第1页：第六节浓缩
（Consentration）低浓度→高浓度蒸发浓缩、冰冻浓缩、吸收浓缩、超滤法
第2页：一、蒸发浓缩法
- 蒸发：溶液表面的溶剂分子获得的动能超过了溶液内溶剂分子间的吸引力脱离液面逸向空间的过程。任何温度都可蒸发。
- 不挥发性溶质+液体溶剂=溶液
- 任务：将溶液加热沸腾，使溶剂气化除去，从而提高溶质的浓度。（一）、机理
第3页：蒸发速度
- 温度、蒸发面积、液面蒸汽分子密度（蒸汽压）
- 促进蒸发：加热、扩大液体表面积、减压、加速空气流动
- 热敏性的：真空蒸发，薄膜蒸发
第4页：工业发酵常用
- 常压蒸发浓缩设备
- 中央循环管式蒸发器
- 横管式蒸发器
- 夹套式蒸发器
- 夹套带搅拌外循环式蒸发器
- 强制循环式蒸发器
- 薄膜蒸发器蒸发器
- 真空蒸发设备
- 单效蒸发
- 多效蒸发（二）、蒸发浓缩过程的分类
第5页：（三）、蒸发浓缩过程的选择
- 和要求
- 根据蒸发溶液的性质
- 粘度强制循环型、刮板式、升膜式薄膜型
- 热敏性薄膜蒸发器
- 发泡性强制循环、长管膜式
- 腐蚀性用不锈钢、石墨、玻璃或搪瓷以及防腐涂层
- 是否容易结垢强制循环型、升膜式薄膜型
- 是否容易析出晶体强制循环、夹套搅拌
- 保证产品质量、具有较大的生产强度、经济上合理。
第6页：（四）、工业发酵中常用的蒸发浓缩过程
1.强制循环蒸发浓缩过程1.加热室2.捕沫器3.蒸发器4.循环管5.强制循环系统6.电动机优点：料液流速大，传热系数高，加热管壁不易为固体粘附缺点：动力消耗大
第7页：薄膜式蒸发浓缩过程使料液形成一层
- 2.薄膜式蒸发浓缩过程使料液形成一层薄膜液层，迅速加热气化，蒸发速度极快，传热效率甚高。（热敏型产品）
- 管式
- 自然循环升膜式、单流型降膜式、升降膜式
- 回转式
- 刮板式、转盘式、转子式
- 旋风式
- 离心式
- 板式
第8页：1）升膜式蒸发浓缩过程
- 适用于蒸发量较大、热敏性、易生泡沫的物料；不适用粘度大、易结垢结晶的物料
- 优点：构造简单，维护方便，传热效率高，蒸发速度快，停留时间短二次蒸汽成品物料冷凝水蒸汽蒸发管
第9页：降膜式蒸发浓缩过程
- 2)降膜式蒸发浓缩过程
- 料液从顶部成膜状下降
- 传热效率高，流体力学合算
- 但实际操作困难。加热蒸发室分离器
第10页：3）回转式薄膜蒸发浓缩过程
- 又叫搅拌薄膜蒸发器
- 具有加热夹套，其外部有旋转的搅拌器
- 刮板式、转盘式、转子式
- 适用于易结晶、易结垢、高粘度、热敏性物料
第11页：离心式薄膜蒸发浓缩过程
- 4)离心式薄膜蒸发浓缩过程
- 特点：传热效率高、蒸发强度大，适用范围广
- 适用于中高度热敏性、粘稠、非牛顿性流体1.马达2.薄膜蒸发器3.浓缩泵4.橡皮管5.冷凝器6.真空泵7.水环泵8.汽水分离器
第12页：5）板式蒸发浓缩过程
- 实质是升膜式蒸发器
- 优：溶液滞留时间短、体积小、传热总系数高、加热面可调、清洗方便
第13页：二、冰冻浓缩法
- 浓缩生物大分子和具有生理活性的发酵产品
- 先将待浓缩的溶液冷却使之变成固体，然后再缓慢地融化，利用溶剂与溶质融点的差别而达到除去大部分溶剂的目的。
- 酶制剂的盐溶液：水冰冻结晶浮于液面，酶集中于下层溶液，移去上层冰块即可浓缩。
第14页：三、吸收浓缩法
- 通过吸收剂直接吸收除去溶液中溶剂分子的浓缩方法。
- 吸收剂：不与溶液起反应，对生物大分子发酵产品不起吸收作用，易与溶液分开，可再生重复利用。
- 聚乙二醇、聚乙烯吡咯酮、蔗糖、凝胶
- 凝胶直接投放、聚乙二醇则需用半透膜隔开。
第15页：四、超滤浓缩法
- 适用于：生物大分子发酵产品的分离，尤其是酶和蛋白质的浓缩或脱盐。
- 用特制的薄膜对溶液中各种溶质分子选择性过滤的方法。半透膜
- 成本低、操作方便、条件温和、回收率高、生物活性保持较好。
第16页：溶液在一定压力下
- 通过膜时，溶液和小分子可透过，大分子物质被截留于原溶液中。
- 操作过程：将滤膜安装在一惰性的多孔支持物上，使用一定的压力（或离心力）将滤液压过滤膜，从而使酶蛋白在滤膜上积聚。浓差极化
第17页：末端封闭式系统
第18页：第七节沉淀法
（Precipitation）
第19页：一、概述
- 最简单常用，氨基酸、酶制剂、抗生素
- 利用某些发酵产品能与某些酸碱或盐类形成不溶性的盐或复合物而从发酵滤液或浓缩液中沉淀下来或结晶析出的一种提取方法。等电点法盐析法金属盐法有机溶剂法
第20页：二、等电点法
（一）原理氨基酸解离成阳离子和阴离子的趋势及程度相等，所带净电荷为零，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸的等电点。等电点时，溶解度最小。-------可沉淀析出。
第21页：各种中性氨基酸的等电点pI氨基酸名称
pI氨基酸名称5.98异亮氨酸6.06甘氨酸5.96缬氨酸6.11丙氨酸5.91苯丙氨酸5.68丝氨酸5.66酪氨酸5.02胱氨酸6.30脯氨酸5.07半胱氨酸6.83羟脯氨酸5.44蛋氨酸5.88色氨酸6.02亮氨酸
第22页：酸性氨基酸等电点pI氨基酸名称
2.78天冬氨酸3.22谷氨酸碱性氨基酸等电点pI氨基酸名称10.67精氨酸9.47赖氨酸7.59组氨酸
第23页：（二）等电点法的应用----提取谷氨酸p
I=（pK羧酸+pK氨基）/2=（2.19+4.28）/2=3.23工艺流程：4~6h母液发酵液第一中和点停酸育晶等电点低速搅拌结晶静置沉降湿谷氨酸菌体细麸离心分离谷氨酸母液20hpH5.0开始慢加HCl慢加HClpH3.0~3.2pH4.5~4.02h
第24页：影响谷氨酸结晶
的主要因素：1.控制加酸速度2.谷氨酸晶粒形成温度在25~30℃之间3.添加a-型晶种4.搅拌有利于均匀调节发酵液温度和pH值，促进晶体长大，并避免晶簇形成5.发酵液产酸愈高，溶液的过饱和率愈大，结晶生成速度愈快，结晶愈好6.发酵液中有其他氨基酸存在时，能促进a-型结晶形成7.钙盐、镁盐杂质的影响
第25页：三、盐析法
- （Salting-out）
- 盐析：在溶液中加入无机盐使溶质溶解度降低而析出的过程。蛋白质的溶解特性：1）蛋白质周围的水化层2）蛋白质作为两性物质，分子间静电互斥作用防止蛋白质凝聚沉淀的屏障（一）、盐析原理
第26页：（1）破坏水化膜
盐析原理（1）破坏水化膜，分子间易碰撞聚集，将大量盐加到蛋白质溶液中，高浓度的盐离子有很强的水化力，于是蛋白质分子周围的水化膜层减弱乃至消失，使蛋白质分子因热运动碰撞聚集。（2）破坏水化膜，暴露出憎水区域，由于憎水区域间作用使蛋白质聚集而沉淀，憎水区域越多，越易沉淀。（3）中和电荷，减少静电斥力，中性盐加入蛋白质溶液后，蛋白质表面电荷大量被中和，静电斥力降低，导致蛋白溶解度降低，使蛋白质分子之间聚集而沉淀
第27页：
第28页：第七节 沉淀法
- （二）、影响酶制剂盐析的主要因素
- 1.盐析剂的种类：
- 盐析作用要强
- 盐析用盐需有较大的溶解度
- 盐析用盐必须是惰性的
- 来源丰富、经济在相同离子强度下，盐的种类对蛋白质溶解度的影响有一定差异，一般的规律为：半径小的高价离子的盐析作用较强，半径大的低价离子作用较弱阴离子盐析效果：柠檬酸＞PO43-＞SO42-＞CH3COO-＞Cl-＞NO3-＞SCN-阳离子盐析效果：NH4+＞K+＞Na+＞高价阳离子阴离子的影响大于阳离子
第29页：常用的盐
- 硫酸铵、硫酸钠、磷酸钾、磷酸钠硫酸铵是最常用的蛋白质盐析沉淀剂
- （1）价廉；
- （2）溶解度大，温度系数小，许多蛋白质可以盐析出来；
- （3）硫酸铵分段盐析效果也比其他盐好，
- （4）不易引起蛋白质变性。
- 缺点：
- （1）水解变酸；
- （2）高pH释氨，腐蚀；
- （3）残留产品有影响。
第30页：盐析剂的用量
- 2.盐析剂的用量
- 一般说来，离子强度越大，蛋白质的溶解度越低。
- 盐析剂的用量与所沉淀的蛋白种类和蛋白液中的杂质性质、数目有关，应以最高用量为准。
- 搅拌
- 可加快盐溶、加速胶体溶液的破坏、利于酶沉
- 剧烈则起泡沫，变性蛋白，引起氧化，影响沉淀
第31页：盐析的pH值
- 3.盐析的温度一般常温
- 4、盐析的pH值
- 一般来说，蛋白质所带净电荷越多溶解度越大，净电荷越少溶解度越小，在等电点时蛋白质溶解度最小。
- 为提高盐析效率，多将溶液PH值调到目的蛋白的等电点处。
- 注意在水中或稀盐液中的蛋白质等电点与高盐浓度下所测的结果是不同的，需根据实际情况调整溶液PH值，以达到最好的盐析效果。
- 5、酶液中的杂质
- 重金属，失活
第32页：（三）、盐析法提取四环素发酵滤液四环素
的钙盐沉淀草酸钙加入CaO调pH至9.0调pH至4.0调pH至4.6~4.8四环素碱成品活性炭脱色草酸水溶液四环素粗碱四环素的酸性溶液
第33页：四、有机溶剂沉淀法
- 1.原理：
- 有机溶剂破坏蛋白质胶体颗粒周围的水化层，使蛋白质分子相互碰撞结合成聚集物，形成沉淀。
- 优：浓度范围大，产品纯度高
- 缺：溶剂消耗大，低温，收率低
- 常与吸附法连用
第34页：有机溶剂沉淀法提取酶制剂
2.有机溶剂沉淀法提取酶制剂的影响因素A.有机溶剂种类丙酮>乙醇>甲醇B.温度溶解放热，搅拌，少量多次，同时控制温度C.pH和时间因为会导致变性，所以处理时间要快D.溶液中的盐类加入对酶保护的盐类，减少损失，并利过滤E.吸附剂的性质和用量酶底物做吸附剂，可保护；玉米淀粉
第35页：有机溶剂沉淀法提取氨基酸常用乙醇
3.有机溶剂沉淀法提取氨基酸常用乙醇，若在乙醇中溶解度高，则用甲醇等。发酵液除去菌体滤液有机溶剂调pH至等电点氨基酸析出溶剂回收混合液
第36页：五、热沉淀法
- 在较高温度下，热稳定性差的蛋白质将发生变性沉淀。
- 根据蛋白质间的热稳定性的差别进行蛋白质的热沉淀，分离纯化热稳定性高地目标产物。
- kD=Zexp(-E/RT)kD变性速率常数Z频率因子E变性活化能R气体常数T绝对温度
第37页：六、其他沉淀法
- 蛋白质的沉淀剂：
- 非离子型聚合物PEG
- 聚电解质酸性多糖、CMCC、海藻酸盐、果胶酸盐、卡拉胶
- 某些多价金属离子钙、镁、锰、锌
