Брожения бульона: сложная многофазная система

Ферментационный отвар представляет собой сложную многофазную систему. Состав ферментационного бульона после микробной ферментации обычно сложный, большую часть которого составляет вода, за которой следуют микробные или животные и растительные фрагменты и небольшое количество неиспользованной культуральной среды. Кроме того, существует определенное количество метаболитов. Присутствие этих веществ может повлиять на эффект фильтрации.

1. Основные характеристики ферментационного бульона:

Понимание этих характеристик ферментационного бульона имеет большое значение для выбора подходящих методов фильтрации и оборудования и оптимизации процессов фильтрации. При фактической эксплуатации необходимо принять соответствующие меры в соответствии с конкретными обстоятельствами для получения высококачественных целевых продуктов. Вообще говоря, характеристики ферментационного бульона в основном проявляются в следующих аспектах:

(1) Сложный состав: Бродильный бульон представляет собой многофазную систему, содержащую две фазы, твердую и жидкую. Среди них твердые компоненты включают бактерии и неиспользованную твердую питательную среду, а жидкие компоненты включают большое количество воды и других веществ, растворенных в воде. Кроме того, ферментационный бульон может также содержать другие вещества, такие как взвешенные вещества, частицы, белки, ионы металлов и т. д.

(2) Низкая концентрация целевого продукта: концентрация целевого продукта в ферментационном бульоне обычно низкая, в основном 1%-10%, что также является важной характеристикой фильтрации ферментационного бульона. Поскольку концентрация целевого продукта низкая, другие примеси и мешающие вещества должны быть удалены как можно больше в процессе фильтрации, чтобы получить целевой продукт высокой чистоты.

(3) Содержит большое количество воды: ферментационный бульон обычно содержит большое количество воды, потому что большое количество воды требуется во время роста и метаболизма микроорганизмов. Поэтому большое количество воды необходимо удалить в процессе фильтрации для получения высокой концентрации целевого продукта.

(4) Может содержать частицы разных размеров и форм: ферментационный бульон может содержать частицы разных размеров и форм, которые могут быть вызваны бактериальным лизисом, разложением твердой культуральной среды и т. Д. Эти частицы могут влиять на эффект фильтрации, поэтому их необходимо обработать или удалить.

(5) Содержит биологически активные вещества: ферментационный бульон содержит много биологически активных веществ, таких как ферменты, цитокины и т. Д. Эти вещества могут влиять на фильтрующую среду, поэтому следует уделять внимание выбору и обработке фильтрующей среды во время процесса фильтрации.

2. Методы предварительной обработки ферментационного бульона:

2,1. Уменьшить вязкость жидкости

Снижение вязкости жидкости может быть достигнуто путем нагрева и разбавления водой. Метод нагрева заключается в снижении вязкости ферментационного бульона путем его нагревания. Повышение температуры ферментационного бульона может эффективно снизить вязкость жидкости, и белок также будет коагулировать с образованием крупных частиц коагулянтов, а фильтрационные характеристики ферментационного бульона были дополнительно улучшены. Однако температуру и время нагрева необходимо строго контролировать, чтобы не повлиять на активность целевого продукта и автолиза клеток. Метод добавления воды заключается в снижении вязкости ферментационного бульона путем добавления воды для его разбавления. Этот метод может в определенной степени снизить вязкость ферментационного бульона, но в то же время он увеличит объем ферментационного бульона и уменьшит концентрацию целевого продукта, который необходимо взвешивать в соответствии с реальной ситуацией.

2,2. Регулировка значения pH

Характеристики фильтрации могут быть улучшены путем регулировать значение пэ-аш. Амфифильные вещества, такие как аминокислоты и белки, могут осаждаться и удаляться в изоэлектрической точке. Изменяя степень ионизации и зарядовые свойства вещества, влияет на растворимость веществ, таких как стенки микробных клеток и белки, тем самым оптимизируя фильтрационные характеристики. Во время мембранной фильтрации регулировка значения pH может изменить свойства заряда легко адсорбируемых молекул и уменьшить засорение и загрязнение мембраны. При соответствующем значении рН клетки, фрагменты клеток и некоторые коллоидные вещества будут склонны флокулировать и образовывать более крупные частицы, что способствует операции фильтрации.

2,3. Добавление реагентов

Добавление реагентов и некоторых растворимых солей в ферментационный бульон не влияет на целевой продукт и может реагировать с примесями с образованием нерастворимых осадков, которые могут устранить влияние определенных примесей в ферментационном бульоне на фильтрацию и улучшить скорость фильтрации.Такие как CaSO4, AlPO4 и т. Д. Сгенерированный осадок может предотвратить слипание мицелия, что делает мицелий блочной структурой. Осадок можно также использовать как помощь фильтра, и может затвердеть коллоиды и суспендировать вещество для того чтобы улучшить представление фильтрации. В продуктах ферментации с полисахаридами в качестве источников углерода ферментационный бульон содержит нерастворимые полисахариды, которые ферментами превращаются в моносахариды для увеличения скорости фильтрации.

2,4. Добавление вспомогательных фильтров

Вспышки, такие как бактериальные клетки и коагулированные белки в ферментационном бульоне, часто малы и легко деформируются. Прямая фильтрация может легко привести к блокировке фильтрующих отверстий фильтрующих материалов, таких как фильтровальная ткань, что приведет к трудностям с фильтрацией. Чтобы улучшить скорость ферментационного бульона, фильтрующие вспомогательные средства обычно добавляют во время предварительной обработки ферментационного бульона. Фильтрующие приспособления представляют собой несжимаемые пористые частицы, которые могут ослабить фильтровальную корку и увеличить скорость фильтрации. Большое количество мелких коллоидных частиц в суспензии адсорбируется на поверхности фильтрующего средства, изменяя структуру фильтрующей корки. Сопротивление к фильтрации снижается. Обычно используемые фильтрующие средства включают неметаллические минералы, такие как диатомовая земля, порошок перлита, активированный уголь, кварцевый песок, порошок асбеста и глину. И органические вещества, такие как целлюлоза (например, опилки, ядро сахарного тростника) крахмал. Минеральные фильтры обладают хорошими фильтрующими эффектами. Но они влияют на комплексное использование фильтровальных тортов. Например, содержание белка уменьшается после добавления минеральных фильтрующих средств к бактериальному фильтру. Как правило, существует три способа использования фильтрующих приспособлений: один заключается в предварительном нанесении фильтрующего приспособления на поверхность фильтрующей среды, другой-в добавлении его непосредственно в бродильную жидкость, или оба метода могут использоваться одновременно. При выборе и использовании фильтрующих средств тип, размер частиц и количество добавляемых фильтрующих средств должны быть выбраны в соответствии с целевым продуктом, фильтрующей средой и условиями фильтрации.

2,5. Коагуляция и флокуляция

Использование технологии коагуляции и флокуляции может эффективно изменять состояние дисперсии клеток, фрагментов клеток и растворенных макромолекул, разрушать их стабильность и заставлять их объединяться в более крупные разделяемые частицы, чтобы увеличить скорость фильтрации и облегчить разделение; в то же время, Он также может эффективно удалять примеси, такие как белки и твердые примеси, и улучшать качество фильтрата. Флокуляция относится к процессу формирования грубых флокулянтов коллоидных частиц на основе мостикования в присутствии определенных полимерных флокулянтов. Это процесс, основанный на физической агрегации. Флокулянт представляет собой водорастворимый полимер с относительной молекулярной массой от десятков тысяч до десяти миллионов. Он имеет длинную цепную структуру и содержит много активных функциональных групп на своих звеньях цепи. Он сильно адсорбируется на поверхности коллоидных частиц за счет электростатического притяжения, силы Ван-дер-Ваальса или водородных связей. Коагуляция относится к явлению, когда коллоидная система становится неустойчивой из-за снижения потенциала отталкивания двойного слоя под действием нейтральной соли. При добавлении к коллоидной суспензии определенного электролита потенциал уменьшается из-за уменьшения двухслойного электрического отталкивания между коллоидными частицами под действием гетерозаряженных ионов электролита, что делает коллоидную систему неустойчивой (дестабилизированной). Коллоидные частицы сталкиваются друг с другом и объединяются в агрегаты размером 1 мм.

Факторы, которые влияют на эффект флокуляции, следующие:

(1) Тип и дозировка флокулянта: Тип и дозировка флокулянта будут влиять на эффект флокуляции. Различные виды флокулянтов имеют разные механизмы действия и сферу применения. Необходимо выбрать подходящий тип флокулянта в соответствии с реальной ситуацией. В то же время дозировка флокулянта также повлияет на эффект флокуляции. Слишком мало или слишком много флокулянта будет иметь неблагоприятное влияние на эффект флокуляции.

(2) Время и температура реакции: время реакции и температура флокулянта и ферментационной жидкости также влияют на эффект флокуляции. Вообще говоря, реакция флокуляции занимает определенное количество времени для завершения. Слишком короткое время реакции может привести к недостаточной флокуляции. В то же время температура будет влиять на активность и скорость реакции флокулянта. Слишком высокая или слишком низкая температура не способствует эффекту флокуляции.

(3) Характеристики и состав ферментационного бульона: Характеристики и состав ферментационного бульона также влияют на эффект флокуляции. Значение pHЗначение, ионная сила, размер и форма взвешенных частиц в ферментационном бульоне будут влиять на эффект флокуляции. Кроме того, макромолекулярные вещества, такие как белки и полисахариды, присутствующие в ферментационном бульоне, также могут влиять на эффект флокуляции.

(4) Механические условия перемешивания и фильтрации: Механические условия перемешивания и фильтрации также являются важными факторами, влияющими на эффект флокуляции. Соответствующее механическое перемешивание может способствовать дисперсии и адсорбции флокулянтов в ферментационном бульоне и улучшить эффект флокуляции. Условия фильтрации будут влиять на разделение и сбор продуктов флокуляции, а несоответствующие условия фильтрации могут привести к плохому эффекту флокуляции. Короче говоря, независимо от того, является ли продукт нам внутриклеточным или внеклеточным, мы должны сначала предварительно обработать ферментационный бульон и отделить твердое вещество от жидкости, прежде чем приступать к последующим операциям. Вышеуказанные способы имеют свои особенности, и обычно несколько способов используются в комбинации для повышения эффективности предварительной обработки ферментационного бульона.