2022第十届上海国际生物发酵产品与技术装备展览会
2022年12月1-3日 上海新国际博览中心

【生物发酵展资讯】分离纯化:从分散系的角度深刻理解发酵后处理工艺

分离纯化:从分散系(Dispersive system)的角度深刻理解发酵后处理工艺

前言:

分散系在自然界及人类社会各行业中广泛存在,对于液体深层发酵而言,从培养基的配置、发酵过程的变化以及后处理各个工序,大量混合物以分散系状态存在。本文从梳理分散系概念开始逐步拓展到发酵系统中相关技术问题。

分散系

分散系是混合分散体系的简称,把一种(或多种)物质分散在另一种(或多种)物质中所得到的体系,叫做分散系。前者属于被分散的物质,称作分散质;后者起纳容分散质的作用,称作分散剂。
整个分散系的性质会随着分散质粒子大小的改变而改变,我们现阶段了解的分散系有三种:浊液,胶体,溶液。
分散系=分散相(分散质)+分散剂

 

分散系分类、性质及举例:

发酵与分散系的关系

发酵液中含有有各类无机盐离子(<1nm);各类蛋白、多肽多糖(1nm<<100nm),细胞碎片、死菌等(100nm<),则发酵液当属复杂分散系。如下说明:
发酵阶段的泡沫属于液溶胶一类,分散质为空气
后处理过程的发酵醪也是液溶胶,分散质为大蛋白和肽等
发酵阶段的发酵醪同时具有浊液的性质,细胞碎片、活菌等共同组成分散剂。
溶胶分类

胶体特性

丁达尔效应:区分胶体和溶液的最简易的办法就是利用丁达尔效应。一束光透过胶体,从入射光的垂直方向看到一条光亮的“通路”,这种现象就是丁达尔现象或称为丁达尔效应。
电泳现象:对于不同的胶粒,它表面的组成情况不一样,有的胶粒带正电荷,有的胶粒带负电荷。如果在胶体中通入直流电,他们会向阳、阴极移动。但是胶体是呈电中性的。
聚沉作用:带电荷的胶体粒子可以通过加入电解质溶液,加入带相反电荷的胶体或加入电解质可以发生聚沉。不带电荷的胶体粒子可以通过加热而发生聚沉。发生聚沉作用是因为胶体会从均一的状态变成类似于沉淀的凝胶。
介稳性:胶体的稳定性介于溶液和浊液之间,在一定条件下能稳定存在,属于介稳体系。

 

胶体具有介稳性的两个原因

胶体粒子可以通过吸附而带有电荷,同种胶粒带同种电荷,而同种电荷会相互排斥,不容易发生聚沉。
胶体粒子在不停地做布朗运动,与重力作用相同时便形成沉降平衡的状态。
据以上各类型分散性的特性,发酵液的后处理工艺就会非常容易设计和理解:

1. 对于混合分散系中的浊液分散质,可以通过离心、板框等手段去除;
2. 根据分散质的粒子直径,溶液系统中的盐类能透过几乎所有膜类产品,可以选用不同规格的为滤膜、纳滤膜进行除盐作业;
3. 对于混合分散体系中的胶体部分,则可根据不同胶体分散质(各类酶、肽、多糖等)的介稳性进行操作,通过调整分散体系的温度(热沉淀)、pH(等电点沉淀)或加入定量的电解质(盐析)等进行操作,使目标产物从而得到分离。
4. 对于高纯度要求的产品,仅仅通过分散系的性质原理无法达到纯化目的,需要进一步进行针对工艺设计。
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文章来源:发酵大师网,发酵展周彬整理发布

生物发酵展参展、参观:周彬13167144125

 

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