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發(fā)酵液(fermenlatin broth),指的是液體培養(yǎng)基接人微生物菌種,經(jīng)過一段時間培養(yǎng)后,微生物利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分, 合成菌體及分泌產(chǎn)物,這種經(jīng)微生物代謝后的液體叫發(fā)酵液。在發(fā)醉液中含有所需的產(chǎn)物,經(jīng)過一定方法分離提取得到要求的產(chǎn)物。
對放線菌與霉菌發(fā)酵液,采用“精密微孔過濾”或采用“助濾+精密微孔過濾”;對細(xì)菌發(fā)酵液,采用“絮凝+助濾+精密微孔過濾”;對含少量蛋白質(zhì)的發(fā)酵濾液復(fù)濾,采用“助濾+精密微孔過濾”。這種過濾技術(shù),不僅適宜發(fā)酵濾液除菌渣過濾,適宜發(fā)酵液去除殘留菌體與不溶性蛋白質(zhì)的復(fù)濾,也適宜于染菌罐批的過濾。絮凝方法選擇,助濾劑種類,投加量與助濾方法的選擇及微孔過濾機(jī)結(jié)構(gòu)的選擇,應(yīng)根據(jù)發(fā)酵液性能,處理量與處理要求而定,均需通過系統(tǒng)試驗(yàn)與嚴(yán)密計算。
發(fā)酵液的過濾與濾液的進(jìn)一步復(fù)濾是發(fā)酵產(chǎn)物提取工藝中一步很重要操作,它直接關(guān)系產(chǎn)品的質(zhì)量、收率、成本與勞動生產(chǎn)率。目前國內(nèi)普遍采用手動板框壓濾機(jī),該設(shè)備操作簡單,投資省,但是濾液質(zhì)量不高,濾布消耗量大,操作落后,少數(shù)廠采用帶式過濾機(jī),連續(xù)過濾,生產(chǎn)能力大,但濾液質(zhì)量不高;還有一些發(fā)酵液,采用不過濾工藝,直接進(jìn)行離子交換,這方法往往影響產(chǎn)品質(zhì)量與收率,工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用“帶微調(diào)刮刀的硅藻土預(yù)涂的真空轉(zhuǎn)鼓式過濾機(jī)”,因硅藻土的消耗與動力消耗非常大,機(jī)械龐大,價格貴,國內(nèi)難以普遍推廣。
全自動精密微孔過濾機(jī)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在發(fā)酵液的過濾生產(chǎn)中。因發(fā)酵液是非牛頓型液體,成份復(fù)雜,除了代謝產(chǎn)物、菌絲體,還有培養(yǎng)基殘渣、消沫劑等,與其它物料相比,發(fā)酵液過濾有如下特點(diǎn):
1、發(fā)酵液的過濾性能變化大。由于生物反應(yīng)與代謝過程復(fù)雜,同一條件下產(chǎn)生的發(fā)酵液,今天與明天的過濾性能都有很大的差異,即使同一罐放罐的發(fā)酵液,由于菌絲的自溶,其過濾性能也在變化。自溶愈多,過濾愈難;
2、發(fā)酵液過濾濾渣的粘性大:不僅渣與渣的粘性大,與過濾介質(zhì)的粘性也很大,這粘性不僅使過濾阻力增加,而且使濾渣從過濾介質(zhì)上脫離與過濾介質(zhì)的清洗非常困難;
3、發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)多,即使許多蛋白質(zhì)已從極細(xì)的膠體微粒絮凝成微膠團(tuán),但膠團(tuán)往往不到1微米,這些膠團(tuán)在過濾過程中或者堵塞過濾介質(zhì)的毛細(xì)孔,或者易穿濾。
上述這些特點(diǎn)導(dǎo)致發(fā)酵液的過濾的過濾效率不高,過濾阻力大,排渣困難,過濾介質(zhì)易堵塞,過濾物料性能變化幅度大。
發(fā)酵液過濾與復(fù)濾的技術(shù):
根據(jù)發(fā)酵液過濾的上述特性,為了提高發(fā)酵液過濾效率,提高濾液澄明度,提高過濾操作的勞動生產(chǎn)率,減少過濾操作的勞動強(qiáng)度我們采用以下過濾方法:
對霉菌與某些易濾放線菌發(fā)酵液,采用“精密微孔過濾”;
對某些難濾放線菌發(fā)酵液,采用“助濾+精密微孔過濾”;
對非常難濾的細(xì)菌發(fā)酵液,采用“絮凝+助濾+精密微孔過濾”。
助濾:選擇對發(fā)酵液中有效成份不吸附,在過濾壓差作用下,顆粒不變形,顆粒之間、顆粒與過濾介質(zhì)之間無粘附性的粉末作為助濾劑。硅藻土、α纖維素、珍珠巖粉及其它某些粉末可作為發(fā)酵液過濾的助濾劑。助濾方式有兩種:
表面預(yù)涂:過濾介質(zhì)的表面預(yù)涂一層1~2mm的助濾層,主要防止過濾介質(zhì)微孔不被蛋白質(zhì)等細(xì)小微粒堵塞,使粘性濾渣不直接粘附在過濾介質(zhì)表面,卸渣完全,過濾介質(zhì)清洗方便。
本體助濾:在過濾料液中加進(jìn)一定比例的助濾劑微粒,由于助濾劑是無壓縮性又有一定多孔性的顆粒,在發(fā)酵液的濾渣層中由助濾劑形成骨架,濾渣的壓縮性顯著減少,過濾阻力也減少,這樣可使難濾的發(fā)酵液與澄明度低的初濾液的復(fù)濾能維持相當(dāng)時間,如果沒有本體助濾,由于濾層壓縮性能很大,濾速下降很快,過濾過程就無法繼續(xù)進(jìn)行。
絮凝:對于細(xì)菌發(fā)酵液,即使采用大量助濾劑作預(yù)涂與本體助濾,也難以進(jìn)行有效過濾, 因?yàn)榧?xì)菌發(fā)酵液中的菌體都是不超過0.5微米的微粒,不僅微粒小,而且壓縮性也大,在過濾過程中,在濾液的流速作用下,這些微粒還會在助濾劑堆積層孔隙中位移,最后大部分在過濾介質(zhì)表面被截留,形成一層比阻很大的濾渣層。這種濾渣層的存在使過濾速度極慢,過濾難以正常進(jìn)行。
對于這類發(fā)酵液,過濾之前應(yīng)進(jìn)行絮凝預(yù)處理,通過絮凝劑與菌絲體或其它膠體物質(zhì)之間的正負(fù)電荷吸引以及吸附等機(jī)理,絮凝劑可使這類發(fā)酵液很快產(chǎn)生絮凝作用,使0.5微米以下的微粒形成較大的絮凝膠團(tuán)。經(jīng)過這種絮凝以后,再利用助濾劑,就可以做到既濾液清,又濾速較快。
全自動精密微孔過濾機(jī):本文所敘述的精密微孔過濾技術(shù)是剛性的高分子精密微孔過濾技術(shù),它以剛性高分子微孔燒結(jié)管為介質(zhì)進(jìn)行濾渣過濾,
與其它過濾技術(shù)相比有如下的特色:
“絮凝+助濾+精密微孔過濾”的實(shí)驗(yàn):
特以肌苷發(fā)酵液進(jìn)行過濾試驗(yàn):肌苷是細(xì)菌發(fā)酵液,以SX蛋白質(zhì)絮凝劑進(jìn)行絮凝,以珍珠巖作助濾,以精密微孔過濾管作過濾介質(zhì)。
肌苷發(fā)酵液絮凝液的助濾試驗(yàn)數(shù)據(jù)
過濾壓差(Mpa) |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
0.1 |
珍珠巖粉預(yù)涂層厚度(mm) |
3 |
3 |
3 |
1.5 |
本體助濾的珍珠巖投量(%) |
4 |
2 |
0 |
0 |
濾渣層平均比阻(L/m2) |
4*1013 |
1.13*1014 |
1.78*1015 |
1.4*1016 |
濾渣體積與濾液體積之比 |
0.24:1 |
0.15:1 |
0.02:1 |
0.02:1 |
在1小時之內(nèi)平均濾速(L3/m2h) |
86 |
65 |
45 |
16 |
濾渣層厚度(mm) |
21 |
10 |
1 |
1 |
表中給出肌苷發(fā)酵液的絮凝液“助濾+精密微孔過濾”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
由表中數(shù)據(jù)可知,本體投加量從0增加到4%,平均濾速成直線增加,但是濾渣厚度也成倍增加。一般投加量不應(yīng)超過2%。
“助濾+精密微孔過濾”已用于幾種放線菌發(fā)酵液的過濾與濾液復(fù)濾,如柔紅霉素、鹽霉素、阿維菌素、葡萄糖酸鈣發(fā)酵液,也成功用于酶法生產(chǎn)的丙烯酰胺液體的精密過濾,這些應(yīng)用都明顯提高濾液的澄明度,改善后步操作的效率與質(zhì)量。
本方法對Vc發(fā)酵液,肌苷發(fā)酵液、桿菌肽等細(xì)菌發(fā)酵液等也成功進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),證明完全可用于這些發(fā)酵液過濾,在進(jìn)行異亮氨酸發(fā)酵液試驗(yàn)時,特地讓發(fā)酵液在35℃條件下自溶一星期,使發(fā)酵液菌絲基本自溶,這種發(fā)酵液采用本技術(shù)能很順利地過濾,將這種過濾液繼續(xù)提取產(chǎn)品,最后結(jié)果表明,產(chǎn)品收率沒有下降。