微生物实验Word格式.docx
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溶胀率(%)
水分(%)
7~8
60
93
4.5
0.75~0.85
0~14
2.25(水)
46~52
四﹑试剂配制
1﹑上柱交换液
谷氨酸发酵液或等电点母液,含谷氨酸2%左右。
配置方法:
取工厂购回的谷氨酸干粉180g溶于约1.5l自来水中,再加进约100ml浓盐酸使谷氨酸粉溶解,此时pH约为1.5,最后稀释至9l。
2﹑洗脱用碱
4%NaOH溶液。
其配制方法有两种:
①、40gNaOH溶液于1l自来水中。
②﹑工业用碱配成4%浓度(W/W),(约60Be,相对密度1.04)。
3﹑再生用酸
6%(W/W)盐酸溶液。
把大约320ml浓盐酸(36%含量)用自来水稀释至2l。
配成约40Be,相对密度1.028的溶液。
4﹑0.5%茚三酮溶液:
0.5g茚三酮溶于100ml丙酮酸溶液中配制成。
5﹑离交工艺流程
上柱交换液
上柱交换
水洗杂质及疏松树脂
热水预热树脂
热碱洗脱
收集
低流分高流分尾流分
(pH1.5—2.0)(pH2.5—3.0)(pH9—11)
直接等电点提取谷氨酸
在本实验中,低流分和尾流分都弃去不要。
六﹑实验步骤
1﹑检查离交柱工作状况。
检查阀门,管道是否安装妥当,若有渗漏,及时报告。
2﹑计算上柱量
先测量进水后湿树脂的体积及上柱液总氨当量(其方法见后面附录),再按下式计算上柱量。
根据实践,湿树脂实际交换当量为1.2—1.3mg当量/ml湿树脂。
3﹑上柱交换
本实验用顺上柱方式。
先把树脂上的水从底阀排走,排至清水高出树脂面5cm左右,同时调节柱底流出液速度,控制其流速为150ml/min左右。
然后把上柱液放入高位槽中,开启阀门,进行交换吸附。
注意使柱的上下流速平衡,既不“干柱”也要避免上柱液溢出离交柱。
前期流速为150ml/min左右,后期流速为130ml/min左右。
每流出500ml流出液。
用PH试纸及波美比重计测量其PH值及浓度,记录下来。
间断用茚三酮溶液检查是否有谷氨酸漏出。
如有漏出,应减慢流速。
上柱液交换完毕,加入1/3树脂体积的清水将未交换的上柱液全部倒入树脂中交换。
4﹑水洗杂质及疏松树脂
开启柱底清水阀门,使水从下面入反冲洗净树脂中的杂质,注意不要让树脂冲走。
反冲至树脂顶部溢出液清净为止,再把液位降至离树脂面5cm左右,反冲后树脂也被疏松了。
5﹑热水预热树脂
加入树脂体积1倍左右的60~70℃热水到柱上树脂,柱下流速控制为150~180ml/min。
6﹑热碱洗脱
把水位降至离树脂面5cm左右,接着加入60~65℃的4%NaOH溶液到柱上进行洗脱,用碱量按下式计算:
式中:
147—谷氨酸分子量
3—被吸附谷氨酸当量数的倍数
40—NaOH分子量
1.04—4%NaOH的相对密度
每收集300ml流出液检查并记录其PH值及浓度。
柱下流速前期130ml/min,后期为150ml/min。
到流出液PH2.5(浓度约为0.5Be)时,开始收集高流分,此时应加快流速以免“结柱”。
如出现“结柱”,应用热布把玻璃阀门加热使晶溶化。
一直收集到pH9为止。
流完热碱,用60℃热水把碱液压入树脂内,开启柱底阀门,用自来水反冲树脂,直至溢出液清亮,PH值为中性为止。
7﹑收集
把高流分集中到一起,用浓盐酸把全部谷氨酸结晶溶解,测量其总体积及总氨当量。
8﹑等电点提取谷氨酸
把收集液pH调至3.2左右,稍搅拌使氨酸结晶析出,静置冷却过滤。
9﹑树脂再生
洗净树脂后,降低液面至树脂面以下5cm左右,然后通入6%盐酸(W/W),对树脂进行再生。
用酸量按下式计算:
1.8—树脂全交换当量,mg当量/ml湿树脂。
1.2—树脂全交换当量的倍数
6%—盐酸含量
36.5—盐酸分子量
1.027—6%盐酸相对密度
再生树脂流速控制在130—150ml/min。
再生毕,离交柱则可处在可交换状态(树脂为H型)。
七﹑实验报告
(一)实验记录
1﹑离交柱状态
离交柱树脂型号____732#_____,离交柱直径_____94____mm,
湿树脂高度______435____mm,湿树脂装量_____3019___ml,
湿树脂装量__________________ml,湿树脂全交换当量1.8mg当量/ml湿树脂。
2﹑上柱液状态
含谷氨酸量__180.061g_,总体积_____9000___ml,浓度________°
Be,
总氨当量____7497________mg当量。
3﹑谷氨酸上柱交换吸附记录表
时间
4
9
14
19
24
29
34
39
44
流出液
体积(ml)
500
400
流量(ml/min)
130
100
pH值
1.5
1.5
浓度(°
Be)
0.3
茚三酮检测反应
有
无
备注
离子交换柱颜色变化:
4﹑反冲洗柱时间_______30_____min。
5﹑谷氨酸解吸
热水温度_____60______℃,热水数量_______6000______ml。
NaOH_240__g溶解后温度至65℃
洗脱记录表
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0.5
低流分
收集液
尾液
6﹑树脂再生
再生剂种类_____盐酸_____,浓度_____2mol/L____,用量_____6000____ml,
再生过程流速____120________ml/min,再生总时间_______50_______min.
二﹑谷氨酸在732#树脂吸附曲线图
(即流出液的pH~T﹑Be~T﹑或pH—V﹑Be—V图)
三﹑谷氨酸在732#树脂解吸曲线图
四﹑离子交换谷氨酸提取率计算
五﹑问题讨论
1﹑通过所学的离交知识,结合本实验,试分析影响离子交换谷氨酸提取率的主要因素。
1.树脂物理性质:
树脂颗粒大小,交联度(交联度越低,扩散越容易)
2.溶液中离子浓度,适当提高浓度可加快扩散;
离子大小,半径较小容易扩散
3.温度,提高温度以高粒子扩散系数
4.PH,谷氨酸属于两性物质,PH调节至等电点,适合结晶
5.控制离子交换速度,太快交换不充分,太慢浪费时间;
洗脱速度也要适当
6.结晶时,合理控制晶点,PH,搅拌速度。
7.实验操作过程中,防止漏液损失谷氨酸;
防止柱结,使料液交换困难。
2﹑对谷氨酸在732#树脂的吸附以及解吸曲线图进行解释说明。
3﹑对本实验存在的问题提出你的意见。
1.由于前组实验洗脱不充分,导致一开始上柱交换时就有谷氨酸洗脱下来。
以后做完实验同学们一定要记得进行充分洗脱再生;
2.漏液情况很严重,可以改进一下装置
3.我们组预习不够充分,做的时候手忙脚乱,没有充分掌握实验原理。
以后做实验要记得预习
4.结晶后称重,这一步设计的不完善,我们只能用粗糙的办法称取了湿重,造成一定误差;
之后的实验可以增加结晶干燥这一步骤
5.用碱液洗脱时,由于配置氢氧化钠的量很大,但是溶解又发出大量的热,这一步骤比较危险;
而且氢氧化钠溶解相对困难,这一步骤可以进行改进
6.实验很多装置准备的不充分,有些手忙脚乱,对实验有一定的影响。
搭档之间的配合很重要,我们虽然只有两个人可是配合很默契也能完成实验任务。
附录一谷氨酸浓度的测定
一﹑原理
氨基酸具有酸性的—COOH基和碱性的—NH2基。
它们相互作用而使氨基酸成为中性的内盐,因此不能用氢氧化钠直接滴定当加入甲醛溶液时,—NH2基与甲醛结合,从而使其碱性消失,这样就可以用强碱标准溶液来滴定—COOH基,便可测定氨基酸含量。
二﹑试剂配制
1﹑40%中性甲醛溶液
市售甲醛试剂浓度为40%。
以酚酞为指示剂用0.1mol/lNaOH将40%甲醛中和至微红色。
使用前中和。
2﹑0.1mol/lNaOH标准溶液。
3、酚酞指示剂
三、测定步骤
吸取检液2ml于250ml三角烧瓶中,加蒸馏水30~40ml和3滴酚酞指示剂,用0.1mol/lNaOH滴至微红色,加入甲醛溶液5ml摇匀,立即用0.1mol/lNaOH滴至微红色,记录加甲醛后耗NaOH的毫升数。
四、谷氨酸含量的计算
附录二0.1N氢氧化钠溶液的标定
称取4克分析纯氢氧化钠溶于少量已煮沸并放冷的蒸馏水中,弃去下面碳酸钠沉淀物,取上层清液,用上述蒸馏水稀释至1000ml,此溶液浓度约为0.1N,准确浓度可用酚酞作指示剂,用邻苯二甲酸氢钾标定。
标定方法如下:
取分析纯邻苯二甲酸氢钾在105℃烘箱内至恒重,准确称取0.5克,共称三份,分别置于250毫升的三角瓶内。
加无二氧化碳的蒸馏水100毫升,使邻苯二甲酸氢钾完全溶解,加2~3滴酚酞指示剂,用0.1N氢氧化钠滴至粉红色为终点。
W×
1000
NNaOH=——————
204.2×
V
204.2——
邻苯二甲酸氢钾的当量;
W——称取邻苯二甲酸氢钾的克数;
V——滴定时消耗氢氧化钠的毫升数;
实验二动态作图法测定气升式反应器的溶氧系数
一、实验目的:
气升式生物反应器是高效低能耗的一种反应器,它是利用空气喷射动能和流体在罐内的重度差造成的流体循环流动,来实现发酵液的搅拌、混合和传氧的。
其特点为:
结构简单、加工安装方便、密封性能好、染菌机会小、电耗低、流场剪切力小,在某些方面比机械搅拌生物反应器更为优越。
应用测氧电极的动态法,可动态测定真实发酵液的溶氧系数Kla,手续简便,可用于发酵过程的控制。
本实验学习和掌握动态作图法测定气升式反应器的溶氧系数Kla。
二、实验原理:
在没有微生物耗氧时,据传质理论可得出气液传质积分式:
(α为积分常数)
向反应器的新鲜自来水通气,溶氧值随时间而不断改变,然后以
对t作图,得一直线,其斜率为
。
三、实验装置
实验装置为5升气升式发酵罐,可以控制和显示罐内温度、气体流量。
一、实验方法和步骤:
1、用小水桶装4升自来水,加0.5g
作催化剂,加0.35g
去除水中溶解氧,搅拌至完全溶解,用量杯倒入发酵罐中。
2、溶氧电极放入发酵罐中。
3、观察溶氧仪读数,当溶氧仪读数降至1mg/l以下时,调节空气流量至设定值,当溶氧升到2mg/L时开始按表记录不同的通气时间及对应的溶氧值至饱和。
4、更换自来水,改变通气量,按上述步骤重新测定
本实验做三个通气量:
转子流量最高量程为6L/min的罐做:
2L/min、4L/min、6L/min.
实验记录和结果整理:
1,实验记录:
水温30℃
饱和溶氧c*6.1mg/L,反应器容积5升,装液量4升
2,以
通气量:
2L/min
通气量:
4L/min
6L/min
二、实验结果讨论:
1,试比较本实验
测定法与实验一所用的方法的优缺点;
气升式发酵罐
优点:
1.记录数据较多,相对来说减少实验误差,提高准确性。
2.气升式生物反应器是高效低能耗的一种反应器,结构简单、加工安装方便、密封性能好、染菌机会小、电耗低、流场剪切力小,在某些方面比机械搅拌生物反应器更为优越。
缺点:
1.氧传递速率较慢,耗时较长;
2.器外加入药品并进行搅拌,亚硫酸钠易氧化,除氧效果有差异。
机械搅拌罐
1.药品在反应器内溶解,防止器外氧气进入,提高效率,节能
2.机械搅拌加快溶氧
1.耗电量大,剪切力大
2.测量数据有限,容易产生较大误差
2,气升式反应器有何优缺点,如何提高其
(1)结构简单,基本原理也不复杂,与带搅拌桨的浆式反应器相比能耗较低
(2)依靠气体产生定向循环,而非离心泵类机械设备,流动形式确定,液体循环强烈,内部无运动部件,具有较小的剪切应力,能量耗散很均匀,对剪切力敏感物料具有特别重要的意义;
(3)与传统的鼓泡塔相比,其可操作量的气体和液体流速范围大得多;
(4)供气效率高,升气管中通气可大于鼓泡反应器进气量,有利于好氧类反应;
(5)流化效果极佳,可以是固体颗粒,甚至较重的颗粒完全保持悬浮状态。
(1)需要非常大的空气吞吐量;
(2)相间混和接触较差;
(3)当循环的有机体和操作条件发生变化时,底物、营养物和氧的量不能保持一致;
(4)混和与通气是耦合问题,也即很难在不改变通气的条件下改善混和状况。
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