预处理及固液分离技术课件.ppt

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1、关于预处理及固液分离技术第1页，此课件共78页哦2.1 2.1 概述概述v胞外产物胞外产物 霉菌产生糖化酶等霉菌产生糖化酶等v胞内产物胞内产物 基因重组产品等基因重组产品等 采用机械和非机械的方法，在一定程度上采用机械和非机械的方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产物最大破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产物最大程度地释放到液相中。程度地释放到液相中。第2页，此课件共78页哦2.2 2.2 细胞壁的结构及特点细胞壁的结构及特点微生物：微生物：细菌细菌肽聚糖的网状结构肽聚糖的网状结构 酵母酵母细胞壁结构交联的紧密程度及细胞壁结构交联的紧密程度及 厚度厚度 真菌真菌细胞壁的强度和聚合物网状

2、结构细胞壁的强度和聚合物网状结构植物：主要是网状结构的共价键植物：主要是网状结构的共价键 第3页，此课件共78页哦微生物革兰式阳性菌革兰式阴性菌酵母壁厚（nm）20801025100300层单层多层多层主要组成肽聚糖(4090%)肽聚糖(510%)葡聚糖(3040%)多糖脂蛋白甘露聚糖（30）胞壁酸脂多糖蛋白质磷脂蛋白质脂多糖蛋白质脂类破碎难易程度难相对易最难表表2.1各种微生物细胞壁的结构及组成各种微生物细胞壁的结构及组成第4页，此课件共78页哦2.3 2.3 细胞壁的破碎细胞壁的破碎破碎方法的选择：破碎方法的选择：破碎目的破碎目的 待破碎生物体的类型待破碎生物体的类型v破碎目的：获取产品，

3、考虑破碎收率和能耗；破碎目的：获取产品，考虑破碎收率和能耗；v待破碎生物体的类型：不同生物体对破碎有不待破碎生物体的类型：不同生物体对破碎有不 同的敏感度。同的敏感度。第5页，此课件共78页哦2.3.1 2.3.1 破碎率的评价破碎率的评价破碎率的定义：破碎率的定义：N N0 0：原始细胞数：原始细胞数 N N：经：经t t时间操作后，保存下来的细胞数时间操作后，保存下来的细胞数N N0 0 和和N N的获取：的获取：直接计数法（平板计数，显微镜计数）直接计数法（平板计数，显微镜计数）间接计数法（测破碎细胞释放出活性物质量）间接计数法（测破碎细胞释放出活性物质量）电导率测定法电导率测定法3.1

4、xR/RmR:破碎后释放的化合物的量Rm:理论最大释放量第6页，此课件共78页哦电导率测定法：电导率测定法：细胞破碎后，大量带电细胞破碎后，大量带电荷的物质被释放到水相，使电导率上升荷的物质被释放到水相，使电导率上升，电导率随破碎率的增加呈线性增加。，电导率随破碎率的增加呈线性增加。由于电导率与微生物的种类，处理由于电导率与微生物的种类，处理条件，细胞浓度，温度，悬浮液中电解条件，细胞浓度，温度，悬浮液中电解质含量有关，因此，正式测定应采用其质含量有关，因此，正式测定应采用其它方法测定标准曲线。它方法测定标准曲线。第7页，此课件共78页哦2.3.2 2.3.2 破碎方法破碎方法破碎方式破碎方式

5、机械法机械法非机械法非机械法液体剪液体剪切作用切作用固体剪固体剪切作用切作用干燥干燥处理处理溶胞溶胞作用作用珠磨法珠磨法压榨压榨高压高压匀浆匀浆超声超声破碎破碎酶溶酶溶法法化学法化学法 物理法物理法图图2.2细胞破碎方法分类细胞破碎方法分类第8页，此课件共78页哦图图2.3细胞破碎机理细胞破碎机理第9页，此课件共78页哦2.3.2 2.3.2 破碎方法破碎方法图图2.3 HC23-2.3 HC23-高压细胞破高压细胞破碎机碎机高压匀浆法图图2.4 2.4 DY89-1型电动型电动玻璃匀浆机玻璃匀浆机第10页，此课件共78页哦作用机理：作用机理：细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间细胞悬浮液在高

6、压作用下从阀座与阀之间的环隙高速的环隙高速(可达到可达到450m450ms)s)喷出后撞击到碰撞环上，喷出后撞击到碰撞环上，细胞在受到高速撞击作用后，急剧释放到低压环境，细胞在受到高速撞击作用后，急剧释放到低压环境，从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎。高压匀浆从而在撞击力和剪切力等综合作用下破碎。高压匀浆器的操作压力通常为器的操作压力通常为505070MPa70MPa。一、高压匀浆法第11页，此课件共78页哦影响细胞破碎的因素：影响细胞破碎的因素：温度温度压力压力循环操作次数循环操作次数细胞浓度细胞浓度阀座形式阀座形式高压匀浆法第12页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素温

7、度：温度：破碎率随温度的增加而增加破碎率随温度的增加而增加例如：操作温度由例如：操作温度由55增加到增加到3030，破碎率约提高破碎率约提高1.51.5倍。倍。高温对破碎有利，但应考虑热变性高温对破碎有利，但应考虑热变性压力每增加压力每增加10MPa10MPa，温度，温度22。高压匀浆法第13页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素压力：压力：高压匀浆法不能单纯追求高破碎率，随意增加操作不能单纯追求高破碎率，随意增加操作压力。压力。第14页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素阀座形式：阀座形式：在相同的操作压力下，刃缘阀座比平在相同的操作压力下，刃缘阀座比平边

8、阀座破碎率高，但更易磨损。边阀座破碎率高，但更易磨损。高压匀浆法第15页，此课件共78页哦图图2.4 2.4 珠磨机简图珠磨机简图二、珠磨法生产厂商生产厂商:瑞士瑞士WAB公司公司德国西门子机德国西门子机械公司械公司形式：形式：立式立式卧式卧式（效率高）（效率高）第16页，此课件共78页哦原理：原理：在搅拌桨的高速搅拌下微球高速运动，微球和微在搅拌桨的高速搅拌下微球高速运动，微球和微球之间以及微球和细胞之间发生冲击和研磨，使悬球之间以及微球和细胞之间发生冲击和研磨，使悬浮液中的细胞受到研磨剪切和撞击而破碎。产热由浮液中的细胞受到研磨剪切和撞击而破碎。产热由夹套带走。夹套带走。珠磨法第17页，此

9、课件共78页哦珠磨机主体：珠磨机主体：立式和卧式圆筒型腔体立式和卧式圆筒型腔体一般，卧式比立式珠磨破碎效率高：一般，卧式比立式珠磨破碎效率高：因为因为立式机中向上流动的液体在某种程度上会立式机中向上流动的液体在某种程度上会使研磨珠流态化，从而降低其研磨效率。使研磨珠流态化，从而降低其研磨效率。研磨珠：研磨珠：玻璃玻璃(密度为密度为2.5g2.5gcmcm3 3)或氧化或氧化锆锆(密度为密度为6.0 g6.0 gcmcm3 3)微球微球(粒径约粒径约0.10.110mm)10mm)，填充率为，填充率为80808585。第18页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素：影响破碎效率的因素：v转盘外缘速

10、度转盘外缘速度v细胞浓度细胞浓度v珠粒大小及装载量珠粒大小及装载量v温度温度v流速流速珠磨法第19页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素细胞浓度：细胞浓度：影响悬浮液的流变特性，从而影响影响悬浮液的流变特性，从而影响蛋白质的释放，一般由实验确定蛋白质的释放，一般由实验确定一般控制在一般控制在4040左右，细胞湿重左右，细胞湿重/体积体积珠磨法第20页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素珠粒大小及装载量：珠粒大小及装载量：过少不易破碎过少不易破碎过多，能耗大，热扩散性能降低，引起温度升高，不过多，能耗大，热扩散性能降低，引起温度升高，不利搅拌，一般控制利搅拌，

11、一般控制808090%.90%.珠磨法图图2.7微珠直径对破碎率的影响微珠直径对破碎率的影响对对细菌细菌，磨珠越小，磨珠越小，破碎率越高；对破碎率越高；对酵酵母和藻类母和藻类，存在最，存在最佳范围佳范围实验室：实验室：0.2mm工工业：不小于业：不小于0.4mm第21页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素温度：温度：热稳定性，目的产物不受破坏热稳定性，目的产物不受破坏夹套冷却夹套冷却珠磨法第22页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素流量：流量：珠磨法图图2.8流量对破碎速率常数的影响流量对破碎速率常数的影响第23页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎

12、效率的因素微生物类型：微生物类型：酵母较细菌在珠磨机中更易破碎酵母较细菌在珠磨机中更易破碎，因为细菌细胞的大小仅为酵母细胞，因为细菌细胞的大小仅为酵母细胞的十分之一，在高速珠磨机中不易破的十分之一，在高速珠磨机中不易破碎。碎。珠磨法第24页，此课件共78页哦影响破碎效率的因素影响破碎效率的因素 延长研磨时间，增加珠体装量，提高基延长研磨时间，增加珠体装量，提高基本速度等均可提高细胞破碎率，但高破碎率本速度等均可提高细胞破碎率，但高破碎率，使，使能耗能耗加大。同时加大。同时:1 1、产生较多热能，增加冷却控温的难度；、产生较多热能，增加冷却控温的难度；2 2、大分子目的产物失活增加、大分子目的产

13、物失活增加3 3、细胞碎片较小，碎片不易分离，给后续、细胞碎片较小，碎片不易分离，给后续操作带来困难。操作带来困难。因此因此,破碎率控制在破碎率控制在8080以下。以下。珠磨法第25页，此课件共78页哦图图2.5 JY92-2.5 JY92-型超声波细胞粉碎机型超声波细胞粉碎机三、超声波法第26页，此课件共78页哦作用机理：作用机理：在超声波作用下，液体发生空化作用在超声波作用下，液体发生空化作用(cavitaton)(cavitaton)，空穴的形成、增大和闭合产，空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。超生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。超声波的细胞破碎效率与细胞种类

14、、浓度和超声波的细胞破碎效率与细胞种类、浓度和超声波的声频、声能有关。声波的声频、声能有关。超声波法第27页，此课件共78页哦动力学方程：一级动力学方程：一级超声波法x x：蛋白质释放分率：蛋白质释放分率t t：超声波发射时间（：超声波发射时间（minmin）k k：蛋白质释放常数：蛋白质释放常数(min(min-1-1),),取决于输取决于输 入声能入声能第28页，此课件共78页哦超声波的负面影响：超声波的负面影响：1 1、温度上升：悬浮液预冷，夹套冷却、温度上升：悬浮液预冷，夹套冷却 短期冷却与短期破碎交替短期冷却与短期破碎交替负载因素：声波破碎负载因素：声波破碎/冷却的时间比率。冷却的时

15、间比率。2 2、超声处理会引起诸如游离基这样的化学效应，、超声处理会引起诸如游离基这样的化学效应，破坏目的产物，可加入游离基清除剂（组氨酸，破坏目的产物，可加入游离基清除剂（组氨酸，谷胱甘肽等）予以消除。谷胱甘肽等）予以消除。超声波法第29页，此课件共78页哦影响破碎细胞的因素：影响破碎细胞的因素：振幅：直接与声能有关，影响比速率振幅：直接与声能有关，影响比速率k k粘度：影响能耗，并抑制空穴现象粘度：影响能耗，并抑制空穴现象表面张力：表面活性剂显著影响声波破碎效率，表面张力：表面活性剂显著影响声波破碎效率，因起泡使蛋白质变性，空穴清除因起泡使蛋白质变性，空穴清除悬浮液体体积：大体积需要高的声

16、能悬浮液体体积：大体积需要高的声能超声波法第30页，此课件共78页哦影响破碎细胞的因素：影响破碎细胞的因素：加入珠粒体积与直径加入珠粒体积与直径:加入细小珠粒，利于空穴加入细小珠粒，利于空穴形成，并有辅助形成，并有辅助“研磨效应研磨效应”，提高破碎率。在，提高破碎率。在相同珠粒填充密度下，随珠粒直径变化，相同珠粒填充密度下，随珠粒直径变化，k k存在最存在最大值。大值。探头的材料和形状：选择具有良好声学和机械性能并探头的材料和形状：选择具有良好声学和机械性能并对生物物质无毒的金属材料，如：钛，不锈钢等；探头对生物物质无毒的金属材料，如：钛，不锈钢等；探头的振幅与其面积呈反比，小直径探头，声能限

17、制在较小的振幅与其面积呈反比，小直径探头，声能限制在较小范围内，并且效率低。范围内，并且效率低。细胞悬浮液的流速：流速增加，破碎率低，处理量细胞悬浮液的流速：流速增加，破碎率低，处理量大大 工业未使用，向大量悬浮液通入足够能量，很工业未使用，向大量悬浮液通入足够能量，很困难，产热问题。困难，产热问题。超声波法第31页，此课件共78页哦机械法破碎细胞的优缺点：机械法破碎细胞的优缺点：优点：优点：v内含物全部释放内含物全部释放v时间短，效率高，成本低时间短，效率高，成本低v通用性强，适于实验室和工业生产通用性强，适于实验室和工业生产缺点：缺点：v需要高的能量需要高的能量v产生高温，高剪切力，引起产

18、品变性失活产生高温，高剪切力，引起产品变性失活v非专一性，碎片分布宽，给分离造成困难非专一性，碎片分布宽，给分离造成困难第32页，此课件共78页哦渗透压冲击法：渗透压冲击法：渗透压冲击渗透压冲击(Osmotic shock)(Osmotic shock)是在各种是在各种细胞破碎法中最为温和的一种，适用于易细胞破碎法中最为温和的一种，适用于易于破碎的细咆，如动物细胞和革兰氏阴于破碎的细咆，如动物细胞和革兰氏阴性菌。性菌。四、物理法第33页，此课件共78页哦冻融法：冻融法：将细胞急剧冻结后在室温缓慢融化，将细胞急剧冻结后在室温缓慢融化，此冻结融化操作反复进行多次，使细胞受此冻结融化操作反复进行多次

19、，使细胞受到破坏。冻结的作用是破坏细胞膜的琉水到破坏。冻结的作用是破坏细胞膜的琉水键结构，增加其亲水性和通透性。键结构，增加其亲水性和通透性。另一方面，出于胞内水结晶使胞内外另一方面，出于胞内水结晶使胞内外产生溶液浓度差，在渗透压作用下引起细产生溶液浓度差，在渗透压作用下引起细胞膨胀而破裂胞膨胀而破裂物理法第34页，此课件共78页哦2.3.2 2.3.2 破碎方法破碎方法干燥法：干燥法：将细胞用不同的方法干燥（真空、冷冻将细胞用不同的方法干燥（真空、冷冻、喷雾和气流等），细胞膜结合水丧失，渗、喷雾和气流等），细胞膜结合水丧失，渗透性发生变化而破裂透性发生变化而破裂缺点：条件变化剧烈，易引起生物

20、物质变性缺点：条件变化剧烈，易引起生物物质变性物理法第35页，此课件共78页哦作用机理：作用机理：酶溶法酶溶法(Enzymaticlysis)(Enzymaticlysis)利用利用酶反应，分解破坏细胞壁上的特殊键或酶反应，分解破坏细胞壁上的特殊键或某种特殊的物质，从而达到破碎细胞壁某种特殊的物质，从而达到破碎细胞壁的目的。的目的。分外加酶法和自溶法两种。分外加酶法和自溶法两种。五、酶溶法第36页，此课件共78页哦优点：优点：v产品释放选择性高产品释放选择性高v抽提速率和收率高抽提速率和收率高v产品破坏少产品破坏少vpHpH、温度外界条件要求低、温度外界条件要求低v不残留细胞碎片不残留细胞碎片

21、酶溶法缺点：缺点：v费用高费用高v通用性差通用性差v存在产品抑制存在产品抑制v不适于工业生产不适于工业生产第37页，此课件共78页哦应用：应用：v原生质体融合原生质体融合v释放出克隆出的胞内蛋白释放出克隆出的胞内蛋白v制取特殊的壁葡萄糖聚合物制取特殊的壁葡萄糖聚合物v与机械法破碎细胞协同使用与机械法破碎细胞协同使用v从细胞内不同的位置选择性的释放蛋白从细胞内不同的位置选择性的释放蛋白酶溶法 第38页，此课件共78页哦作用机理：作用机理：用化学试剂溶解细胞壁或抽提细胞中某用化学试剂溶解细胞壁或抽提细胞中某些组分些组分处理方法：处理方法：表面活性剂；有机溶剂；表面活性剂；有机溶剂；EDTAEDTA

22、螯合剂；螯合剂；变性剂变性剂取决于化学试剂的类型及细胞壁、细胞膜取决于化学试剂的类型及细胞壁、细胞膜的结构与组成。的结构与组成。六、化学渗透法第39页，此课件共78页哦优点：优点：v产物释放有一定的产物释放有一定的 选择性选择性v不需要特殊设备不需要特殊设备v细胞外形保持完整，细胞外形保持完整，细胞碎片少，浆液粘细胞碎片少，浆液粘 度低，利于后续分离度低，利于后续分离化学渗透法缺点：缺点：v通用性差通用性差v时间长，效率低时间长，效率低v某些化学试剂有毒某些化学试剂有毒第40页，此课件共78页哦比较项目 机械法 非机械法比较项目 机械法 非机械法破碎机理 切碎细胞溶解局部壁膜效率效率高效率低碎

23、片大小 碎片细小 碎片较大设备需专用设备不需专用设备内含物释放全部部分通用性强差粘度高（核酸多）低（核酸少）经济成本低成本高时间时间短时间长应用范围实验室、工业范围实验室范围表表2.3机械破碎法和非机械破碎法的比较机械破碎法和非机械破碎法的比较第41页，此课件共78页哦破碎技术的选择原则：破碎技术的选择原则：v目的产物在细胞质中，需机械破碎法目的产物在细胞质中，需机械破碎法v目的产物在细胞膜附近，可采用非机械破目的产物在细胞膜附近，可采用非机械破碎法碎法v目的产物与细胞膜或细胞壁结合，可采用目的产物与细胞膜或细胞壁结合，可采用两种方法结合两种方法结合 处理量的大小，细胞壁的强度和结构，目处理量

24、的大小，细胞壁的强度和结构，目标产物对破碎条件的敏感性，破碎后固标产物对破碎条件的敏感性，破碎后固-液液分离的难易程度分离的难易程度第42页，此课件共78页哦破碎技术的研究发展方向：破碎技术的研究发展方向：v多种破碎方法结合多种破碎方法结合v与上游过程结合与上游过程结合 1 1、培养过程控制、培养过程控制 2 2、寄主细胞选择、寄主细胞选择 3 3、克隆噬菌体溶解基因、克隆噬菌体溶解基因 4 4、耐高温产品的基因表达、耐高温产品的基因表达v与下游结合与下游结合 从后分离过程考察细胞破碎技术从后分离过程考察细胞破碎技术第43页，此课件共78页哦第三节第三节固固-液分离技术液分离技术固固-液分离是

25、指将发酵液中的悬浮固体，如液分离是指将发酵液中的悬浮固体，如细胞、菌体、细胞碎片以及蛋白质等的沉细胞、菌体、细胞碎片以及蛋白质等的沉淀物或它们的絮凝体分离除去。淀物或它们的絮凝体分离除去。方法：方法：F过滤过滤：利用介质过滤；：利用介质过滤；F重力沉降重力沉降：在沉降槽中利用重力作用沉降：在沉降槽中利用重力作用沉降固体颗粒；固体颗粒；F离心离心：分离心沉降、离心过滤；：分离心沉降、离心过滤；第44页，此课件共78页哦一、过滤技术一、过滤技术F最常用、最简单的固最常用、最简单的固-液分离方法。（过液分离方法。（过滤速度的强化）滤速度的强化）（一）基本原理（一）基本原理利用多孔性介质利用多孔性介质

26、截留固截留固-液悬浮液中的液悬浮液中的固体粒子，进行固固体粒子，进行固-液分离的方法。液分离的方法。滤浆、滤饼、滤渣、滤液。滤浆、滤饼、滤渣、滤液。三种分类方法：按流动方向、按压力、三种分类方法：按流动方向、按压力、按方式分。按方式分。第45页，此课件共78页哦（二）（二）过滤介质过滤介质F过滤介质也称滤材，应由惰性材料制成，过滤介质也称滤材，应由惰性材料制成，既不与滤液起反应，也不吸附或很少吸既不与滤液起反应，也不吸附或很少吸附待滤液中的有效成分；耐酸、耐碱、附待滤液中的有效成分；耐酸、耐碱、耐热，适用于各种滤液；过滤阻力小、耐热，适用于各种滤液；过滤阻力小、滤速快、反复应用易清洗；应具有足

27、够滤速快、反复应用易清洗；应具有足够的机械强度；价廉、易得。的机械强度；价廉、易得。第46页，此课件共78页哦滤纸。滤纸。脱脂棉。脱脂棉。织物介质。织物介质。烧结金属过滤介质。烧结金属过滤介质。多孔塑料过滤介质。多孔塑料过滤介质。垂熔玻璃过滤介质。垂熔玻璃过滤介质。过滤介质的种类过滤介质的种类常用滤纸的孔径为常用滤纸的孔径为17m。适用于口服液体制剂的过滤。适用于口服液体制剂的过滤。包括棉织品纱布、帆布等。包括棉织品纱布、帆布等。多孔陶瓷。多孔陶瓷。微孔滤膜。微孔滤膜。第47页，此课件共78页哦普通漏斗。普通漏斗。垂熔玻璃滤器。垂熔玻璃滤器。砂滤棒。砂滤棒。板框式压滤机。板框式压滤机。微孔滤膜

28、过滤器。微孔滤膜过滤器。（三）过滤装置（三）过滤装置常用玻璃漏斗和布氏漏斗，常用滤纸、长纤常用玻璃漏斗和布氏漏斗，常用滤纸、长纤维和脱脂棉以及绢布等作过滤介质。维和脱脂棉以及绢布等作过滤介质。其它：其它：超滤装置、钛滤器、多孔聚乙烯烧结超滤装置、钛滤器、多孔聚乙烯烧结管过滤器等。管过滤器等。第48页，此课件共78页哦（四）常用的过滤方法（四）常用的过滤方法F1.常规过滤常规过滤F2.错流过滤（膜分离技术）错流过滤（膜分离技术）第49页，此课件共78页哦常规过滤常规过滤F提高过滤速度和过滤质量是过滤操作的提高过滤速度和过滤质量是过滤操作的目标目标F滤饼阻力是影响过滤的主要因素滤饼阻力是影响过滤的

29、主要因素F操作前可对悬浮液（培养液）优化操作前可对悬浮液（培养液）优化过滤设备及其结构过滤设备及其结构第50页，此课件共78页哦优点优点过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。对不同过滤特性的发酵液适应性强。缺点缺点不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。由多个中空滤框和实心滤板交替排列在支架上组成，由多个中空滤框和实心滤板交替排列在支架上组成，是一种加压下间歇操作的过滤设备。广泛应用于培养是一种加压下间歇操作的过滤设备

30、。广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的悬浮液的分离。的分离。板框式压滤机板框式压滤机第51页，此课件共78页哦第52页，此课件共78页哦第53页，此课件共78页哦真空过滤机：真空过滤机：真空度真空度2.7X102.7X102 26.7X106.7X104 4PaPa 连续操作，辅助设备多，投资大。连续操作，辅助设备多，投资大。结构：由筛板组成能转动的水平圆筒，其上有一层金结构：由筛板组成能转动的水平圆筒，其上有一层金属丝网，网上覆盖滤布。属丝

31、网，网上覆盖滤布。圆筒内沿径向被筋板分成若干个空间，每个空间圆筒内沿径向被筋板分成若干个空间，每个空间以单独孔道通到圆筒颈端面的分配头上，分配头以单独孔道通到圆筒颈端面的分配头上，分配头内沿径向隔离成内沿径向隔离成3 3个室，个室，分别与待滤液、真空、压缩空气管路相通。分别与待滤液、真空、压缩空气管路相通。第54页，此课件共78页哦圆筒转速：圆筒转速：0.52r/min，依次进行过滤依次进行过滤 洗涤洗涤 吸干吸干 吹松吹松 卸饼等操作。卸饼等操作。过滤面积：过滤面积：1、5、20、40，最大，最大50m2GP型为刮刀卸料，型为刮刀卸料，GPX型为绳索卸料。型为绳索卸料。第55页，此课件共78

32、页哦第56页，此课件共78页哦混合物中悬浮颗粒的性质混合物中悬浮颗粒的性质和大小和大小混合液的黏度混合液的黏度操作条件操作条件助滤剂的使用助滤剂的使用过滤分离设备和技术过滤分离设备和技术（王）影响过滤的因素（王）影响过滤的因素第57页，此课件共78页哦F一般情况下，悬浮颗粒越大，粒子越坚一般情况下，悬浮颗粒越大，粒子越坚硬，大小越均匀，过滤越容易进行。硬，大小越均匀，过滤越容易进行。F流体黏度越大，过滤越困难。通常混合液的组流体黏度越大，过滤越困难。通常混合液的组成越复杂，浓度越高，黏度越大。成越复杂，浓度越高，黏度越大。（1）混合物中悬浮颗粒的性质和大小）混合物中悬浮颗粒的性质和大小（2）混

33、合液的黏度）混合液的黏度（3）操作条件）操作条件F温度升高，流体黏度降低；调整温度升高，流体黏度降低；调整pH也可也可改变流体黏度。改变流体黏度。第58页，此课件共78页哦 助滤剂助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，吸附胶体，扩大过滤它能使滤饼疏松，吸附胶体，扩大过滤面积，滤速增大。面积，滤速增大。常用的助滤剂常用的助滤剂有硅藻土、纤维素、石有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等，棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀粉等，其中最常用的是硅藻土。其中最常用的是硅藻土。助滤剂的使用方法有两种助滤剂的使用方法有两种：一种是在：一种是在过滤介质表面预涂助滤剂

34、，另一种是直过滤介质表面预涂助滤剂，另一种是直接加入发酵液，也可两种方法同时兼用。接加入发酵液，也可两种方法同时兼用。（4）助滤剂的使用）助滤剂的使用第59页，此课件共78页哦助滤剂使用要点助滤剂使用要点根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂品种根据过滤介质和过滤情况选择助滤剂品种根据目的物性质选择助滤剂品种根据目的物性质选择助滤剂品种粒度选择：粒度选择：实验确定实验确定用量的确定用量的确定预涂助滤剂时，间隙操作助滤剂的最小厚度预涂助滤剂时，间隙操作助滤剂的最小厚度为为2mm；连续操作则要根据所需的过滤速率；连续操作则要根据所需的过滤速率来确定。来确定。第60页，此课件共78页哦增大过滤的表面积增大

35、过滤的表面积选择合适的过滤介质选择合适的过滤介质增加助滤剂增加助滤剂增加过滤推动力增加过滤推动力提高温度。提高温度。（5）过滤分离设备和技术）过滤分离设备和技术为提高过滤速率和效果一般采用如下措施：为提高过滤速率和效果一般采用如下措施：第61页，此课件共78页哦二、沉降二、沉降F重力沉降是由地球引力作用而发生的颗重力沉降是由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程。粒沉降过程。F根据沉降力的不同分成重力沉降式和离根据沉降力的不同分成重力沉降式和离心沉降式两类。心沉降式两类。F主要有矩形水平流动池、圆形径向流动主要有矩形水平流动池、圆形径向流动池等。池等。F设备体积庞大、分离效率低；设备简单、设备体积庞

36、大、分离效率低；设备简单、能耗低。能耗低。第62页，此课件共78页哦 三、离心技术三、离心技术 分离较难分离物系分离较难分离物系 在液相非均匀体系中，利用离心力来达到液液在液相非均匀体系中，利用离心力来达到液液分离、液固分离、液液固分离的方法都称为分离、液固分离、液液固分离的方法都称为离心分离。其中液固分离分离心沉降和离心过离心分离。其中液固分离分离心沉降和离心过滤。滤。第63页，此课件共78页哦离心分离方法离心分离方法（1 1）差速离心分离生化工业中最常用分离方法）差速离心分离生化工业中最常用分离方法实际物系的特点、分离目的、分离程度实际物系的特点、分离目的、分离程度（目标产物和其它组分的性

37、质及相互作用等）选择适当的操作条件（离心转数和时间）选择适当的操作条件（离心转数和时间）使料液的不同组分得到分级分离使料液的不同组分得到分级分离第64页，此课件共78页哦细胞破细胞破碎液碎液 离心离心600g,10min沉降层沉降层/细胞核（细胞核（46m)上清液上清液(细胞膜碎片、线粒体、溶菌体、细胞膜碎片、线粒体、溶菌体、核糖体、水溶性物质核糖体、水溶性物质离心离心(10000g,10min)沉降层沉降层（细胞膜碎片、线（细胞膜碎片、线粒体、溶菌酶）粒体、溶菌酶）上清液上清液（核糖体、水溶性物质（核糖体、水溶性物质）离心（离心（100000g，3h)上清液上清液(水溶性物质）水溶性物质）沉

38、降层（核糖体）沉降层（核糖体）细胞破碎液的差速离心分离细胞破碎液的差速离心分离第65页，此课件共78页哦（2 2）速率区带离心生化研究的重要分离手段）速率区带离心生化研究的重要分离手段（差速区带离心和平衡区带离心）（差速区带离心和平衡区带离心）l在离心管中用某种低分子溶质（如蔗糖）调配好在离心管中用某种低分子溶质（如蔗糖）调配好密度梯度（从大到小加入）密度梯度（从大到小加入）l在密度梯度之上加待处理的料液在密度梯度之上加待处理的料液l然后进行离心操作然后进行离心操作区带离心法可用于蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯区带离心法可用于蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯化，但处理量小，一般仅限于实验室水

39、平。化，但处理量小，一般仅限于实验室水平。第66页，此课件共78页哦差速区带离心差速区带离心:密度梯度最大的密度密度梯度最大的密度待分离的目标产物密度待分离的目标产物密度得到纯化的各组分得到纯化的各组分在离心操作中在离心操作中料液中各个组分在密度梯度中以不同的速度沉降料液中各个组分在密度梯度中以不同的速度沉降据沉降系数差别形成各自的区带据沉降系数差别形成各自的区带经过一定时间经过一定时间分别汲取不同的区带分别汲取不同的区带第67页，此课件共78页哦平衡区带离心平衡区带离心平衡区带离心的密度梯度比差速离心的密度梯度大。平衡区带离心的密度梯度比差速离心的密度梯度大。l料液中高分子物质在与自身密度相

40、等的溶剂密度处形成料液中高分子物质在与自身密度相等的溶剂密度处形成稳定的区带。稳定的区带。l区带中的高分子物质浓度以该密度处浓度为中心，呈高斯分布。区带中的高分子物质浓度以该密度处浓度为中心，呈高斯分布。离心的结果离心的结果第68页，此课件共78页哦（3 3）等密度离心法）等密度离心法 F等密度离心的有效分等密度离心的有效分离仅取决于粒子的密离仅取决于粒子的密度差，与粒子的大小度差，与粒子的大小和形状无关，但是此和形状无关，但是此二者决定着达到平衡二者决定着达到平衡的速度、时间和区带的速度、时间和区带宽度。宽度。第69页，此课件共78页哦离心分离设备及处理能力离心分离设备及处理能力离心机是生物

41、相关实验室及生物制品生产企业广离心机是生物相关实验室及生物制品生产企业广泛使用的分离设备。泛使用的分离设备。l实验室用离心机以离心管式转子离心机为主，为实验室用离心机以离心管式转子离心机为主，为间歇式。（一般为冷冻离心机）间歇式。（一般为冷冻离心机）l工业用离心设备一般要求有较大的处理能力并连工业用离心设备一般要求有较大的处理能力并连续操作。续操作。常用的有管式和蝶式两大类。常用的有管式和蝶式两大类。第70页，此课件共78页哦第71页，此课件共78页哦离心机处理能力（一定时间内处理多少料液量）离心机处理能力（一定时间内处理多少料液量）1 1）管式离心机管式离心机第72页，此课件共78页哦2 2

42、）碟片式离心机）碟片式离心机第73页，此课件共78页哦原理原理离心分离机（离心分离机（100m）与离心澄清与离心澄清机在构造及分离机制方面很相似。机在构造及分离机制方面很相似。清液液固分离固体轻液重液隔板液液固分离碟片式分离机的原理：固体第74页，此课件共78页哦 颗粒以平均速度颗粒以平均速度v v达到上碟片的底表面上，此达到上碟片的底表面上，此时，颗粒将不再具有平行于隙道向着轴线的速度时，颗粒将不再具有平行于隙道向着轴线的速度v vf f,在离心力作用下，沿着底表面向外滑去，至碟在离心力作用下，沿着底表面向外滑去，至碟片的周边处，被摔入碟片组与鼓壁形成的环形空片的周边处，被摔入碟片组与鼓壁形成的环形空间中间中0.52.5mm颗粒甩向四周清液沿进料管周围排出料液第75页，此课件共78页哦第76页，此课件共78页哦大容量冷冻离心机大容量冷冻离心机F离心分离设备离心分离设备第77页，此课件共78页哦感谢大家观看第78页，此课件共78页哦