發(fā)酵液預(yù)處理和固液分離

發(fā)酵液預(yù)處理和固液分離第1頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四預(yù)處理和固液分離內(nèi)容固液分離發(fā)酵液胞外上清液/濾液預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞內(nèi)富集細(xì)胞第2頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

一、發(fā)酵液預(yù)處理的基本思路

二、預(yù)處理的目的

三、發(fā)酵液預(yù)處理的方法

第一節(jié)發(fā)酵液過(guò)濾特性的改變第3頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四發(fā)酵液成分很復(fù)雜，包含菌（細(xì)胞）體，胞內(nèi)外代謝產(chǎn)物，及剩余的培養(yǎng)基殘分等；不管人們所需要的產(chǎn)物是胞內(nèi)還是胞外，都首先要進(jìn)行培養(yǎng)液的固液分離，才能進(jìn)行后續(xù)的操作；對(duì)于胞外產(chǎn)物，可先將菌體或其他懸浮雜質(zhì)去除，才能從澄清的濾液中提取代謝產(chǎn)物；對(duì)于胞內(nèi)產(chǎn)物，首先富集菌體，再進(jìn)行細(xì)胞破碎和碎片分離，然后才能提取胞內(nèi)產(chǎn)物。一、發(fā)酵液預(yù)處理的基本思路

第4頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四發(fā)酵液的基本特性1、發(fā)酵液成分復(fù)雜。2、發(fā)酵產(chǎn)物濃度低，懸浮液中大部分是水。3、懸浮物顆粒小，相對(duì)密度與液相差別不大。造成液相粘度很大，不宜過(guò)濾。4、菌體、蛋白等固體顆?？蓧嚎s性大。5、產(chǎn)物性質(zhì)不穩(wěn)定，隨時(shí)間易發(fā)生變化，如氧化、污染、蛋白質(zhì)水解等作用的影響。6、發(fā)酵液中含有色素、毒性物質(zhì)、熱源物質(zhì)等，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量安全及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生不利影響。這些特性使得發(fā)酵液的過(guò)濾與分離相當(dāng)困難。第5頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

固液分離方法主要是過(guò)濾和離心。對(duì)于細(xì)菌及某些放線菌，菌體細(xì)小，液體粘度大，不能直接過(guò)濾；若用高速離心，能耗很大，設(shè)備昂貴；若用膜分離技術(shù)（如微濾）易產(chǎn)生膜污染，通量降低。發(fā)酵液中由于菌體自溶，核酸、蛋白質(zhì)及其它有機(jī)粘性物質(zhì)的存在也會(huì)影響固液分離。尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)提高固液分離速度顯得十分必要。預(yù)處理是生化物質(zhì)分離純化過(guò)程中必不可少的首要步驟第6頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、預(yù)處理的目的

預(yù)處理的目的：促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離的效率：（1）改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，包括增大懸浮液中固體粒子的尺寸，降低液體黏度。（2）相對(duì)純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)（高價(jià)無(wú)機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)），以利于后續(xù)各步操作。（3）盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的一相中（多數(shù)是液相）。第7頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四生物技術(shù)下游加工過(guò)程的一般步驟

第8頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、發(fā)酵液預(yù)處理的方法加熱法（Heating）調(diào)節(jié)懸浮液的pH值（RegulationofpH）助濾劑和反應(yīng)劑（FilteraidsandReactant)雜蛋白的去除（Removalofuselessprotein）高價(jià)無(wú)機(jī)離子的去除（Removalofinorganicion）凝聚和絮凝（Coagulationandflocculation）第9頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

降低液體的粘度可以有效提高過(guò)濾的速率。1、降低液體的粘度常用方法有加水稀釋和加熱處理。流體力學(xué)原理過(guò)濾速率與液體的粘度成反比，降低液體粘度可有效提高過(guò)濾速率。第10頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）加水稀釋會(huì)增加懸浮液的體積，加大后續(xù)過(guò)程的處理任務(wù)。稀釋后的過(guò)濾速率提高的百分比必須大于加水比才能有效。第11頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）加熱A、加熱降低液體粘度液體黏度是溫度的指數(shù)函數(shù)，升溫是降低黏度的有效措施。B、加熱使蛋白質(zhì)變性凝固，去除雜蛋白

變性蛋白質(zhì)的溶解度小。第12頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四麥芽汁的黏度-溫度曲線第13頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四麥芽汁40℃粘度為12×10-3升高至75℃其粘度可下降一半以上，過(guò)濾速率可加倍。鏈霉素在pH3.0，加熱至70℃半小時(shí)，粘度下降1/6，過(guò)濾速率可增大10-100倍。第14頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

加熱時(shí)必須嚴(yán)格控制溫度和時(shí)間：加熱溫度不能影響目的產(chǎn)物的活性及其他性質(zhì)。避免氧化、分解、變性等。加熱時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則會(huì)使細(xì)胞溶解，胞內(nèi)物質(zhì)大量外溢，增加發(fā)酵液的復(fù)雜性，影響目的產(chǎn)物的分離純化。第15頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、調(diào)節(jié)pHpH值直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離度和電荷性質(zhì)，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值可改善其過(guò)濾特性。細(xì)胞(碎片)及某些膠體物質(zhì)在某個(gè)pH值下也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于過(guò)濾的進(jìn)行。調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)是除去蛋白質(zhì)的有效方法。大幅度改變pH還能使蛋白質(zhì)變性凝固。通過(guò)調(diào)整pH值改變膜過(guò)濾中易吸附分子的電荷性質(zhì)，可減少膜堵塞和污染；影響離子型絮凝劑的電離度。第16頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四0020040060061218pH4.6pH4.2pH3.8pH2.8FiltrateVolume,cm3Time,minutesTheeffectonfiltratevolumeofpH第17頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

pH值的調(diào)整需要注意：保護(hù)目的物活性，一般不宜過(guò)酸或過(guò)堿。加酸或加堿時(shí)要慢慢地邊加邊攪拌，避免局部濃度過(guò)高，引起目的產(chǎn)物變性。第18頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四采用凝聚與絮凝技術(shù)能有效的改變細(xì)胞、細(xì)胞碎片及溶解大分子物質(zhì)的分散狀態(tài)，使其聚結(jié)成較大的顆粒，便于提高過(guò)濾速率。還能有效的除去雜蛋白質(zhì)和固體雜質(zhì)，提高濾液的質(zhì)量，因此絮凝與凝聚是目前工業(yè)上最常用的預(yù)處理方法之一。3、凝聚Coagulation第19頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四凝聚是指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間擴(kuò)散雙電層電位下降，電排斥作用降低，破壞膠體體系的分散狀態(tài)，使之不穩(wěn)定相互凝集成1mm左右塊狀凝聚體的現(xiàn)象。第20頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量在5*103-1*106之間，分子直徑約1-30nm，呈膠體性質(zhì);蛋白質(zhì)水化層：蛋白質(zhì)分子周圍存在與蛋白質(zhì)分子緊密或疏松結(jié)合的水化層。緊密結(jié)合的水化層可達(dá)到0.35g/g蛋白質(zhì)，而疏松結(jié)合的水化層可達(dá)蛋白質(zhì)分子質(zhì)量的2倍以上；靜電排斥作用：第21頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)膠體雙電層結(jié)構(gòu)發(fā)酵液中菌體表面帶有負(fù)電荷，由于靜電引力使溶液中反離子被吸附在其周圍。正離子同時(shí)受到使它們均勻分布的熱運(yùn)動(dòng)影響，具有離開(kāi)膠粒表面的趨勢(shì)，在界面上形成了雙電層。第22頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四兩種相反作用力下，雙電層分裂成兩部：

1）吸附層（緊密層）；2）擴(kuò)散層。形成了擴(kuò)散雙電層的結(jié)構(gòu)模型。第23頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

雙電層可分為兩部分：緊密層：距膠核表面約一個(gè)離子半徑的stern平面以內(nèi)，正離子被緊密結(jié)合在膠核表面，不流動(dòng)。分散層：緊密層外圍反離子濃度逐漸降低直至達(dá)到主體溶液的平均濃度。滑移面：當(dāng)膠體粒子在溶液中作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，總有一薄層液體，隨著它一起滑移，這一薄層，厚度比吸附層稍大。第24頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四不同界面上形成不同的電位:膠核表面的電位φs是整個(gè)雙電層的電位;Stern平面上的電位為φd;滑移面上的電位為ζ,稱ζ電位。第25頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

ζ電位是控制膠粒間電排斥作用的電位，用來(lái)表征雙電層的特征。帶電粒子間的靜電相互作用取決于ζ電位的大小。當(dāng)雙電層的ζ電位足夠大時(shí)，靜電排斥作用抵御分子間的相互吸引作用，使蛋白質(zhì)溶液處于穩(wěn)定狀態(tài)。第26頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四ζ電位電位的計(jì)算

D—

水的介電常數(shù)；q—

膠體的電荷密度，即滑移面上的電荷密度；δ—

擴(kuò)散層的有效厚度，即為吸附層和擴(kuò)散層界面處電位

φd降低到其值為1/e處的距離，不能直接測(cè)定.ζ電位是控制膠粒間電排斥作用的電位，用來(lái)表征雙電層的特征，并作為研究凝聚機(jī)理的重要參數(shù)。第27頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四δ—

擴(kuò)散層的有效厚度式中N一阿伏伽德羅常數(shù)；

T一熱力學(xué)溫度;k—

波爾茲曼常數(shù)；

e—

電子電荷；

Zi—i種反離子的化合價(jià)；

Ci—i種離子的摩爾濃度。第28頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)雙電層與凝聚由上述兩式可知，ζ電位與擴(kuò)散層厚度δ和電動(dòng)電荷密度q成正比，而擴(kuò)散層厚度又與溶液中反離子強(qiáng)度和電荷成反比。對(duì)帶負(fù)電性菌體的發(fā)酵液，高價(jià)陽(yáng)離子的存在，可壓縮擴(kuò)散層的厚度，促使ζ電位迅速降低，而且化合價(jià)越高，這種影響越顯著。第29頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四當(dāng)雙電層的排斥力不足以抗衡膠粒間范德華引力時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，導(dǎo)致膠粒的相互碰撞而聚集。由此可見(jiàn)，在發(fā)酵液中加入具有高價(jià)陽(yáng)離子的電解質(zhì)，由于ξ電位的降低和脫除膠粒表面水化膜，就導(dǎo)致了膠粒間的凝聚作用。第30頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

凝聚價(jià)或凝聚值：

使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度（mmoL/L)，稱為凝聚價(jià)或凝聚值。

電解質(zhì)的凝聚能力用凝聚價(jià)或凝聚值來(lái)表示第31頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Schulze－Hardy法則（叔米-哈第）：反離子的價(jià)數(shù)越高，凝聚價(jià)越小，即凝聚能力越強(qiáng)。陽(yáng)離子對(duì)帶負(fù)電荷的膠粒凝聚能力受化合價(jià)、水化半徑、離子運(yùn)動(dòng)能力的影響，次序?yàn)锳l3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+第32頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四常用的凝聚劑電解質(zhì)有：硫酸鋁Al2(SO4)3?18H2O（明礬）；氯化鋁AlCl3?6H2O;三氯化鐵FeCl3;硫酸亞鐵FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3第33頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四指在某些高分子絮凝劑的作用下，基于架橋作用，使膠粒交聯(lián)成團(tuán)、形成10mm大小的較大絮凝團(tuán)的過(guò)程。

采用凝聚方法得到的凝聚體，其顆粒是比較細(xì)小的，有時(shí)還不能有效的進(jìn)行分離。采用絮凝法則可以形成粗大的絮凝體，使發(fā)酵液較容易分離。

4、絮凝flocculation第34頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四絮凝劑是一類易溶于水的高分子聚合物。其分子量可高達(dá)數(shù)萬(wàn)甚至千萬(wàn)以上，它們具有長(zhǎng)鏈線性結(jié)構(gòu)，其鏈節(jié)上含有許多活性功能基團(tuán)，可以帶有多價(jià)電荷，如陰離子-COOH，陽(yáng)離子-NH2，也可以是不帶電的非離子型基團(tuán)。1）絮凝劑第35頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四它們通過(guò)靜電引力，范德華分子引力或氫鍵作用，強(qiáng)烈的吸附在不同顆粒的表面，當(dāng)一個(gè)高分子聚合物的許多鏈節(jié)分別吸附在不同顆粒的表面上，產(chǎn)生了架橋連接，生成粗大的絮團(tuán)，這就是絮凝作用。只要膠粒相互間排斥電位不太高，高分子聚合物的鏈節(jié)足夠長(zhǎng)，跨越的距離超過(guò)了顆粒間的有效排斥距離，就能把多個(gè)膠粒拉在一起，導(dǎo)致架橋絮凝。第36頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）高分子絮凝劑的吸附架橋作用第37頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）其分子必須含有相當(dāng)多的活性官能團(tuán)，使之能和膠粒表面相結(jié)合。2）要求必須具有長(zhǎng)鏈的線性結(jié)構(gòu)，以便同時(shí)與多個(gè)膠粒吸附形成較大的絮團(tuán)，但相對(duì)分子量不能超過(guò)一定限度，以使其有良好的溶解性。3）對(duì)絮凝劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)的要求第38頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四可分為四類：人工合成有機(jī)高分子聚合物、天然有機(jī)高分子聚合物、無(wú)機(jī)高分子聚合物、微生物絮凝劑4）工業(yè)上使用的絮凝劑A、目前常用的是人工合成有機(jī)高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚乙烯亞胺衍生物；聚丙烯酸類和聚苯乙烯類衍生物。第39頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

高分子聚合物絮凝劑根據(jù)活性基團(tuán)在水中解離情況不同，可分為三類：陰離子型（含有羧基)、陽(yáng)離子型（含有胺基）、非離子型第40頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四聚丙烯酰胺類絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)用量少，一般以mg/L計(jì)量；絮凝體粗大，分離效果好；絮凝速度快；種類多，適用范圍廣。聚丙烯酰胺類絮凝劑的缺點(diǎn)：存在一定的毒性，特別是陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，用于食品和醫(yī)藥工業(yè)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。近年來(lái)發(fā)展的聚丙烯酰胺陰離子絮凝劑，無(wú)毒，可以用于醫(yī)藥和食品上。目前最常見(jiàn)：聚丙烯酰胺類絮凝劑第41頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B、天然有機(jī)高分子絮凝劑

人工合成有機(jī)高分子絮凝劑雖然發(fā)展很快，但還存在著殘留單體有毒，生物降解難等問(wèn)題，所以其應(yīng)用受到了限制。天然有機(jī)高分子絮凝劑具有無(wú)毒，易生物降解，原料來(lái)源廣等優(yōu)點(diǎn)。天然有機(jī)高分子改性絮凝劑根據(jù)原料來(lái)源不同可分為淀粉類、纖維素類、植物膠類和聚多糖類。其中淀粉改性絮凝劑的研究開(kāi)發(fā)最引人注目。第42頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四C、無(wú)機(jī)高分子聚合物

有聚合鐵系和鋁系兩大類鐵系絮凝劑具有操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，受溫度影響小，親和力強(qiáng)，能有效地去除懸浮物、表面活性劑、破壞油水乳狀液的能力很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)腐蝕性強(qiáng)、穩(wěn)定性差。鋁系是目前應(yīng)用廣、工藝較成熟的一類無(wú)機(jī)金屬鹽絮凝劑，絮凝效果好，缺點(diǎn)具毒性等。第43頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四D、微生物絮凝劑微生物絮凝劑是近年來(lái)研究和開(kāi)發(fā)的新型絮凝劑，一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的具有絮凝細(xì)胞功能的代謝產(chǎn)物。包括直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑、利用微生物細(xì)胞壁代謝產(chǎn)物的絮凝劑和克隆技術(shù)所獲得的絮凝劑主要成分是糖蛋白、粘多糖、纖維素及核酸等高分子物質(zhì)。最大的優(yōu)點(diǎn)：安全，無(wú)毒和不污染環(huán)境。第44頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、微生物絮凝劑的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)90年代，如紅平紅球菌及由此制成的NOC-1是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑

2、微生物絮凝劑或?qū)⒋蟛糠痔娲胀ㄐ跄齽?、浮游藻類、草分枝桿菌、硅酸鹽芽孢桿菌。第45頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

5）影響絮凝效果的因素絮凝劑分子量和類型絮凝劑用量溶液pH攪拌時(shí)間攪拌轉(zhuǎn)速第46頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①

絮凝劑分子量分子量越大，鏈越長(zhǎng)，吸附架橋作用越明顯，但分子量越大，絮凝劑的溶解度越低。第47頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

濃度低時(shí)，加大絮凝劑用量有助于架橋提高絮凝效果，但用量過(guò)多反而會(huì)引起吸附飽和，在膠粒表面形成覆蓋層，而失去與其他膠粒的架橋機(jī)會(huì)，使膠粒更加穩(wěn)定，降低絮凝效果。②

絮凝劑濃度第48頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四絮凝劑的濃度，最佳用量為粒子表面積約有一半被聚合物覆蓋。第49頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

溶液pH的變化會(huì)影響絮凝劑功能團(tuán)的電離度，從而影響分子鏈的伸展形態(tài)。電離度增大，鏈節(jié)上相鄰離子基團(tuán)間的電排斥作用，使分子鏈從卷曲狀態(tài)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，架橋能力提高。③

溶液pH第50頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

剛加入時(shí)攪拌速度加快能使絮凝劑迅速分散，發(fā)揮作用，但絮凝劑形成以后，過(guò)度攪拌會(huì)打碎絮凝團(tuán)。④

攪拌速度第51頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四定義：包括了凝聚和絮凝機(jī)理的過(guò)程稱為混凝。對(duì)于帶負(fù)電荷的菌體或蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，采用陽(yáng)離子型高分子絮凝劑同時(shí)具有降低膠粒雙電層電位和吸附橋架的雙重機(jī)理，所以可單獨(dú)使用。5、混凝第52頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四對(duì)于非離子型和陰離子型高分子絮凝劑，則主要通過(guò)分子之間引力和氫鍵作用產(chǎn)生吸附橋架，所以它常與無(wú)機(jī)電解質(zhì)凝聚劑搭配使用。首先加入電解質(zhì)使懸浮粒子間的雙電層電位降低、脫穩(wěn)、凝聚成微粒，然后再加入絮凝劑絮凝成較大的顆粒。無(wú)機(jī)電解質(zhì)的凝聚作用為高分子絮凝劑的架橋創(chuàng)造了良好的條件，從而大大提高了絮凝的效果。第53頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6、加入助濾劑（filteraids）

一種不可壓縮的多孔微粒，在發(fā)酵液中加入固體助濾劑，則菌體可吸附于助濾劑微粒上，助濾劑就作為膠體粒子的載體，均勻地分布于濾餅層中，降低了濾餅的可壓縮性，減小了過(guò)濾阻力。目前生物工業(yè)中常用的助濾劑是硅藻土，其次是珍珠巖粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纖維素、白土等。第54頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一種是在過(guò)濾介質(zhì)表面預(yù)涂助濾劑；另一種是在發(fā)酵液中直接加入。此法要有一個(gè)攪拌槽，充分?jǐn)嚢?，以防沉淀。也可以兩種方法同時(shí)使用。

1）助濾劑使用方法第55頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A、根據(jù)目的產(chǎn)物選擇目的產(chǎn)物為液相時(shí)，注意產(chǎn)物是否會(huì)被助濾劑吸附，注意pH。目的產(chǎn)物為固相時(shí)，一般使用淀粉、纖維素等不影響產(chǎn)物質(zhì)量的助濾劑。2）助濾劑的選擇和使用第56頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

B、根據(jù)過(guò)濾介質(zhì)和過(guò)濾情況選擇當(dāng)使用粗目的濾網(wǎng)時(shí)，易漏。采用石棉粉、纖維素、淀粉做助濾劑；當(dāng)使用細(xì)目濾布時(shí)，采用細(xì)硅藻土，如采用粗硅藻土，料液中的細(xì)顆粒仍通過(guò)助濾劑將到達(dá)濾布表面，從而使過(guò)濾阻力增大；當(dāng)使用燒結(jié)或粘結(jié)材料時(shí)，宜使用纖維素；可使濾渣易剝離，并防止堵塞毛細(xì)孔。第57頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

C、粒度選擇

助濾劑粒度及粒度分布對(duì)過(guò)濾速率和濾液的澄清度影響很大，要粒度適宜。當(dāng)粒度一定時(shí)，過(guò)濾速率與澄清度成反比，過(guò)濾速率越大，澄清度差；過(guò)濾速率小，澄清度好。助濾劑的粒度必須與懸浮液中固體粒子的尺寸相適應(yīng)，一般應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定選用何種粒度的助濾劑。第58頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

D、使用量

助濾劑使用量要合適，涂層厚度一般在2mm，直接加入時(shí)加量與料液中固形物含量相等。使用硅藻土?xí)r細(xì)粒用量為500g/m3，中粒用量為700g/m3，粗粒用量為700-1000g/m3。第59頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四GradeDensity(kg/m3)pHWaterAdsorption(%)RelativeFlowRateDryWetDiatomaceousEarthsStandardSuper–Cel1302807.0260200512HyfloSuper–Cel14028010.025050053519028010.0250140056031032010.02207500PerlitesTerracel30011026027.5-300Terracel5001302407.5-900TypicalpropertiesofFilterAids第60頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7.加入反應(yīng)劑

加入某些不影響目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)劑，可消除發(fā)酵液中的一些雜質(zhì)對(duì)過(guò)濾的影響，從而提高過(guò)濾速度。

1）加入反應(yīng)劑與某些可溶性鹽類發(fā)生反應(yīng)生成不溶性沉淀,生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具有塊狀結(jié)構(gòu)，又能使蛋白質(zhì)凝固，過(guò)濾性能上升，沉淀本身可作為助濾劑。如在新生霉素發(fā)酵液中加入CaCl2和Na3PO4，生成Ca3(PO4)2沉淀。第61頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）發(fā)酵液中含有不溶性多糖物質(zhì)時(shí)，用酶將其轉(zhuǎn)化為單糖，以提高過(guò)濾速率。如萬(wàn)古霉素用淀粉作培養(yǎng)基，發(fā)酵液過(guò)濾前加入0.025%的淀粉酶，攪拌30min后，再加2.5%硅藻土助濾劑，可提高過(guò)濾效率5倍。第62頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)發(fā)酵液的相對(duì)純化一、高價(jià)無(wú)機(jī)離子的除去二、雜蛋白的去除方法第63頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四發(fā)酵液中雜質(zhì)很多，其中有些雜質(zhì)不僅影響產(chǎn)品的質(zhì)量和收率，同時(shí)對(duì)后繼提取和純化有很大影響。動(dòng)植物或微生物細(xì)胞在合適的培養(yǎng)基及一定條件下生長(zhǎng)、繁殖，并積累一定的代謝產(chǎn)物，其培養(yǎng)液預(yù)處理富含兩大類雜質(zhì)。第64頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高價(jià)無(wú)機(jī)離子（Ca2+、Mg2+、Fe3+）雜蛋白常規(guī)過(guò)濾或膜過(guò)濾時(shí)，易使過(guò)濾介質(zhì)堵塞，影響過(guò)濾效率。采用離子交換和吸附法提取時(shí)會(huì)降低其交換容量和吸附能力，有機(jī)溶劑法或雙水相萃取時(shí)，易產(chǎn)生乳化，使兩相分離不清。因此，在預(yù)處理時(shí)，應(yīng)盡量除去這些物質(zhì)。

在采用離子交換提煉時(shí)，會(huì)影響樹(shù)脂對(duì)生化物質(zhì)的交換容量。第65頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、離子交換法指用陽(yáng)離子交換樹(shù)脂除去發(fā)酵液中的陽(yáng)離子。一、高價(jià)無(wú)機(jī)離子的除去如四環(huán)素和土霉素的發(fā)酵液，鐵離子含量很高，對(duì)成品質(zhì)量與提取影響很大，尤其影響離子交換的吸附容量。一般采用122樹(shù)脂預(yù)先除去。第66頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

Ca2+的去除一般加草酸，生成不溶性的草酸鈣，還能使蛋白質(zhì)絮凝凝固，提高濾液（也稱為原液）質(zhì)量。但草酸價(jià)格較高，且草酸溶解度較小，故用量大時(shí)，可用其可溶性鹽，如草酸鈉。應(yīng)注意回收草酸。如四環(huán)類抗生素廢液中，加入硫酸鉛，在60℃下反應(yīng)生成草酸鉛。后者在90-95℃下用硫酸分解，經(jīng)過(guò)濾、冷卻、結(jié)晶后可以回收草酸。2、沉淀法第67頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Mg2+的去除

加入三聚磷酸鈉Na5P3O10，它和鎂離子形成可溶性絡(luò)合物后，即可消除對(duì)樹(shù)脂的影響。

Na5P3O10+Mg2+MgNa3P3O10+2Na+第68頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Fe3+的去除

可加黃血鹽使其形成普魯士蘭沉淀而除去。

4Fe3++3K4Fe(CN)6=Fe4[Fe(CN)6]3↓+12K+第69頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、雜蛋白的去除方法沉淀法變性法吸附法第70頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.雜蛋白去除-沉淀法

precipitationA.等電點(diǎn)沉淀法（isoelectricprecipitation

）蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)大都在酸性范圍內(nèi)(pH4.0～5.5)，調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)是除去蛋白質(zhì)的有效方法。B.酸堿調(diào)節(jié)，使蛋白質(zhì)與離子形成沉淀在酸性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陰離子形成沉淀，如三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、苦味酸鹽等；在堿性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陽(yáng)離子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等。第71頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.雜蛋白去除-變性

Denaturation

蛋白質(zhì)從有規(guī)則的排列變成不規(guī)則結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱為變性。變性蛋白質(zhì)溶解度較小。加熱，大幅度調(diào)節(jié)pH值，加酒精、丙酮等有機(jī)溶劑或表面活性劑等。不足之處：加熱法只適合于對(duì)熱較穩(wěn)定的目的產(chǎn)物；極端pH值也會(huì)導(dǎo)致某些目的產(chǎn)物失活，且要消耗大量酸堿；有機(jī)溶劑法通常只適用于所處理的液體數(shù)量較少的場(chǎng)合。

第72頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鏈霉素生產(chǎn)中，采用調(diào)pH至酸性（pH3.0），加熱至70℃，維持半個(gè)小時(shí)的方法來(lái)使蛋白變性，能使過(guò)濾速度增大10-100倍，濾液粘度可降低1/6。檸檬酸發(fā)酵液，采用加熱至80℃以上，使蛋白質(zhì)變性凝固和降低發(fā)酵液粘度，從而大大提高了過(guò)濾速度。第73頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.雜蛋白去除-

吸附法adsorption加入某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。四環(huán)類抗生素生產(chǎn)中，采用黃血鹽和硫酸鋅的協(xié)同作用生成亞鐵氰化鋅鉀K2Zn3[Fe(CN)5]2的膠狀沉淀來(lái)吸附蛋白質(zhì)，利用此法除蛋白質(zhì)已取得很好的效果。在枯草桿菌發(fā)酵液中，常加入氯化鈣和磷酸氫二鈉，這兩者本身生成龐大的凝膠，把蛋白質(zhì)、菌體及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，從而加快了過(guò)濾速度。第74頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第三節(jié)固液分離及設(shè)備一、影響發(fā)酵液固液分離的因素二、常見(jiàn)的固液分離的方法第75頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四大部分工業(yè)生物分離的第一步往往是將不溶物質(zhì)從發(fā)酵液中除去，即固液分離。固液分離是生物產(chǎn)品生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的重要單元操作。培養(yǎng)基、發(fā)酵液、某些中間產(chǎn)品和半成品等都需要進(jìn)行固液分離。其中發(fā)酵液由于種類多，黏度大，和成分復(fù)雜，其固液分離最為困難。第76頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、影響發(fā)酵液固液分離的因素1）發(fā)酵液中懸浮離子的大小第77頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四這些不溶性固體的濃度和顆粒大小的變化范圍很寬。濃度可高達(dá)每單位體積含60%的不溶性固體，又可低至每單位體積僅含0.1%。粒徑的變化可以從直徑約為1um的微生物，到直徑為1mm的不溶性物質(zhì)。第78頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）發(fā)酵液的黏度

固液分離速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分離越困難。影響粘度的因素：菌體的種類和濃度（重要因素）：通常絲狀菌、動(dòng)物或植物細(xì)胞懸浮液粘度較大，濃度增大，粘度也提高。培養(yǎng)液中蛋白質(zhì)、核酸大量存在：通常細(xì)胞破碎或細(xì)胞自溶后粘度增大。因此細(xì)胞破碎的程度應(yīng)控制，發(fā)酵放罐時(shí)間要適宜。第79頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四培養(yǎng)基成分：如用黃豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都會(huì)升高。某些染菌發(fā)酵液，如染細(xì)菌，則粘度會(huì)增大。發(fā)酵過(guò)程的不正常處理，如大量過(guò)剩的培養(yǎng)基和消沫油加入，都會(huì)使粘度增大。第80頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相;收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等）。固液分離的目的第81頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、常見(jiàn)的固液分離方法過(guò)濾(Filtration)離心(Centrifugation)全發(fā)酵液提取(Fermentationextraction)第82頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四不同性狀的發(fā)酵液應(yīng)選擇不同的固液分離方法和設(shè)備。如霉菌和放線菌為絲狀菌，體形大，發(fā)酵液都采用過(guò)濾方法；而細(xì)菌和酵母菌為單細(xì)胞，體形較小，外形尺寸在1-10um范圍。一般采用高速離心機(jī)分離，但若對(duì)其發(fā)酵液采用適當(dāng)?shù)姆椒ń?jīng)預(yù)處理后，也可采用過(guò)濾方法。第83頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）過(guò)濾filtration過(guò)濾操作是借助于過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力差ΔP作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。過(guò)濾介質(zhì)filtermedium

:過(guò)濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿filterpulp

:所處理的懸浮液；濾液filtrate

:通過(guò)多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣filtercake:被截留的固體物質(zhì)。第84頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四所用過(guò)濾的介質(zhì)為硅藻土、砂、顆粒活性炭、玻璃珠、塑料顆粒等，填充于過(guò)濾器內(nèi)構(gòu)成過(guò)濾層，當(dāng)懸浮液通過(guò)過(guò)濾層時(shí)，固體顆粒被阻攔式吸附在濾層的顆粒上，使濾液澄清。過(guò)濾介質(zhì)起著主要的過(guò)濾作用。此種方法適用于固體含量少于0.1g/100mL，顆粒直徑在5~100μm的懸浮液的過(guò)濾分離，如河水、麥芽汁、酒類和飲料等的澄清。1、澄清過(guò)濾第85頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第86頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、濾餅過(guò)濾過(guò)濾介質(zhì)為濾布，當(dāng)懸浮液通過(guò)濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾餅（濾渣）。在濾餅過(guò)濾中，當(dāng)濾餅至一定厚度時(shí)即起主要的過(guò)濾作用。適合于固體含量大于0.1%的懸浮液的過(guò)濾分離。第87頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第88頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A、過(guò)濾推動(dòng)力

懸浮液自身壓強(qiáng)差、重力；懸浮液的—外加壓力；過(guò)濾介質(zhì)的—抽真空；離心力。第89頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B、過(guò)濾阻力介質(zhì)阻力：一般過(guò)濾初較明顯濾餅阻力

濾餅厚度：隨過(guò)濾進(jìn)行而增加濾餅特性：顆粒形狀、大小

大多情況下，過(guò)濾阻力主要取決于濾餅阻力。可壓縮濾餅：形成的濾餅剛性不足，其內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)隨著濾餅的增厚或壓差的增大而變形，空隙率減小。不可壓縮性濾餅第90頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四C、濾餅的質(zhì)量比阻衡量過(guò)濾特性的主要指標(biāo)是濾餅的質(zhì)量比阻rB，它表示單位濾餅厚度的阻力系數(shù)，決定過(guò)濾的流速。與濾餅的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。對(duì)于可壓縮性濾餅，rB是操作壓力差的函數(shù)：

rB＝r(ΔP)mr-不可壓縮濾渣的比阻，對(duì)于一定的料液為常數(shù)；

m-壓縮性指數(shù)，一般取0.5-0.8，對(duì)不可壓縮性濾餅m為0。對(duì)于不可壓縮性濾餅，rB為常數(shù)，第91頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四濾餅的質(zhì)量比阻與過(guò)濾關(guān)系濾餅的比阻值是隨操作壓力差的提高而增大的。開(kāi)始過(guò)濾時(shí)應(yīng)注意不能很快提高壓差，通常靠液柱的自然壓差進(jìn)料，并應(yīng)緩慢地，逐步地升高壓力，一般在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，壓力差不要超過(guò)0.05MPa，最后的壓差也不超過(guò)0.3－0.4MPa。若操作壓力控制過(guò)高，由于比阻值的急劇增加，會(huì)使過(guò)濾速度很快下降，以至達(dá)到不能繼續(xù)過(guò)濾的程度。第92頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四D、恒壓下的過(guò)濾方程恒壓下，可壓縮性濾餅的比阻應(yīng)為常數(shù)。如過(guò)濾介質(zhì)的阻力相對(duì)較小可以忽略不計(jì)，

q—

到時(shí)間τ時(shí)通過(guò)單位過(guò)濾面積的濾液量，m3；

ΔP—

壓力差，Pa；

μ—

濾液粘度，Pa·s；

rB—

濾餅的質(zhì)量比阻，m/kg；

XB

—

通過(guò)單位體積濾液所形成的濾渣重量(干重),kg／m3；

τ—

過(guò)濾時(shí)間，s第93頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

E.質(zhì)量比阻的計(jì)算質(zhì)量比阻可根據(jù)上式，利用圖解法求得。以τ/q為縱軸，以q為橫軸所得的直線斜率為M，則rB可按下式計(jì)算：

根據(jù)濾餅的質(zhì)量比阻值，可衡量各種不同發(fā)酵液過(guò)濾的難易程度。第94頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

真菌的菌絲比較粗大，如青霉素的重量比阻為(0.15一0.20)xl012m/kg左右，發(fā)酵液容易過(guò)濾。放線菌發(fā)酵液菌絲細(xì)而分枝，交織成網(wǎng)絡(luò)狀，如鏈霉素重量比阻為2000x1012m/kg左右，過(guò)濾較困難，一般需經(jīng)預(yù)處理。細(xì)菌發(fā)酵液的菌體更細(xì)小，質(zhì)量比阻值更大，直接過(guò)濾十分困難，如果不用絮凝等方法預(yù)處理發(fā)酵液，往往難以采用常規(guī)過(guò)濾設(shè)備完成過(guò)濾操作。第95頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第96頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四F、過(guò)濾速度的強(qiáng)化降低濾餅比阻力rB

一切能夠降低rB的方法：如添加電解質(zhì)、絮凝劑、凝固劑、助濾劑等。降低濾液黏度μ

黏度愈低，過(guò)濾阻力愈小。加熱、去雜蛋白、絮凝、調(diào)pH、選擇合適的放罐時(shí)間。第97頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

降低懸浮液中懸浮固體的濃度過(guò)濾速度與獲得濾餅體積成反比。因此應(yīng)盡可能降低培養(yǎng)基配料濃度（如玉米粉、豆餅粉的濃度）。如在鏈霉素發(fā)酵液的培養(yǎng)基中，如以黃豆粉代替玉米漿，則質(zhì)量比阻增大0.6-1.0倍。對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，改善濾液性質(zhì)第98頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四G、過(guò)濾介質(zhì)選擇過(guò)濾介質(zhì)起過(guò)濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力。合理選擇過(guò)濾介質(zhì)：過(guò)濾介質(zhì)所能截留的固體粒子大?。和ǔＲ赃^(guò)濾介質(zhì)的孔徑表示。常用的過(guò)濾介質(zhì)中，纖維濾布所能截留的最小粒子約10μm，硅藻土為lμm，超濾膜可小于0.5μm。過(guò)濾介質(zhì)的透過(guò)性：是指在一定的壓力差下，單位時(shí)間單位過(guò)濾面積上通過(guò)濾液的體積量，它取決于過(guò)濾介質(zhì)上毛細(xì)孔徑的大小及數(shù)目。第99頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）過(guò)濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布。其過(guò)濾性能受許多因素的影響，其中最重要的是纖維的特性、編織紋法和線型。

最高溫度℃密度(kg／m3)吸水率％耐磨棉尼綸滌綸92105—12014515511413816-226.5-8.30.04-0.08良優(yōu)優(yōu)第100頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

濾

液澄清度阻力濾餅中含

水濾餅脫落壽命堵孔傾向平紋斜紋緞紋依次降依次降依次減依次易中長(zhǎng)短依次易第101頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）過(guò)濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是優(yōu)良的過(guò)濾介質(zhì)：①一般不與酸堿反應(yīng)，化學(xué)性能穩(wěn)定；②形狀不規(guī)則，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；③無(wú)毒且不可壓縮，形成的過(guò)濾層阻力不隨操作壓力變化。第102頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

硅藻土過(guò)濾介質(zhì)通常有三種用法：（1）作為深層過(guò)濾介質(zhì)。硅藻土過(guò)濾層具有曲折的毛細(xì)孔道，借篩分、吸附和深層效應(yīng)作用除去懸浮液中的固體粒子，截留效果可達(dá)到1μm。（2）作為預(yù)涂層。在支持介質(zhì)的表面上預(yù)先形成一層較薄的硅藻土預(yù)涂層，用以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道不被濾餅層中的固體粒子堵塞。（3）用作助濾劑第103頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）過(guò)濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，可加工成板狀或管狀，孔隙很小且耐腐蝕，常用于過(guò)濾含有少量微粒的懸浮液。第104頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四典型過(guò)濾設(shè)備：按操作方式分類：間歇過(guò)濾機(jī)、連續(xù)過(guò)濾機(jī)按操作壓強(qiáng)差分類：壓濾、吸濾和離心過(guò)濾實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置板框壓濾機(jī)（間歇操作）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)（連續(xù)操作）過(guò)濾式離心機(jī)3、固液分離過(guò)濾設(shè)備第105頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置第106頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）板框壓濾機(jī)

plateandframefilter

板框壓濾機(jī)的過(guò)濾推動(dòng)力來(lái)自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過(guò)濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。第107頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四板框壓濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開(kāi)有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。第108頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四板框式壓濾機(jī)在過(guò)濾時(shí)，懸浮液由離心泵或齒輪泵經(jīng)濾漿通道打入框內(nèi)，濾液穿過(guò)濾框兩側(cè)濾布，沿相鄰濾板溝槽流至濾液出口，固體則被截留于框內(nèi)形成濾餅。濾餅充滿濾框后停止過(guò)濾?？虬宓?09頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第110頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第111頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四板框壓濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)過(guò)濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不同過(guò)濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強(qiáng)。它最重要的特征是通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓力降可以超過(guò)0.1MPa,這是真空過(guò)濾器無(wú)法達(dá)到的，可以用以過(guò)濾細(xì)小顆粒或液體粘度高的物料。國(guó)內(nèi)廣泛采用。缺點(diǎn)不能連續(xù)操作，設(shè)備笨重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差，非過(guò)濾的輔助時(shí)間較長(zhǎng)（解框、卸餅、洗濾餅、濾布，重新壓緊板框等）。第112頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四自動(dòng)板框式壓濾機(jī)自動(dòng)板框壓濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中可自動(dòng)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度小，輔助操作時(shí)間短。自動(dòng)壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。第113頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3）真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）真空過(guò)濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過(guò)濾操作的推動(dòng)力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過(guò)濾機(jī)和帶式真空過(guò)濾機(jī)。第114頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)是一種連續(xù)操作的過(guò)濾設(shè)備，設(shè)備的主體是一個(gè)由篩板組成能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，表面有一層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布,圓筒內(nèi)沿徑向被筋板分隔成若干個(gè)空間。第115頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；

濾室；分配頭；動(dòng)盤(18個(gè)孔，分別與扇形格的18個(gè)通道相連)；定盤(三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；

濾漿槽。第116頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第117頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒(méi)角約900-1300，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)(轉(zhuǎn)速約0.5-2r／min)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的3個(gè)室相通，可順序進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。即整個(gè)圓筒分為過(guò)濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)，卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域。第118頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)可吸濾、洗滌、卸餅、再生連續(xù)化操作，生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)強(qiáng)度小。缺點(diǎn)：輔助設(shè)備多，投資大，且由于真空過(guò)濾，推動(dòng)力?。ú怀^(guò)8×104Pa），濾餅濕度大（20％～30％）。主要適用霉菌發(fā)酵液，對(duì)菌體細(xì)小、黏度大鋪助濾劑。對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。第119頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第120頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四過(guò)濾機(jī)外涂有厚厚的一層硅藻土，水和酶可以滲透過(guò)去，而培養(yǎng)基和微生物卻被黏著在硅藻土表面上。轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，發(fā)酵液噴散開(kāi)來(lái)。水和酶被吸進(jìn)過(guò)濾機(jī)的中央，培養(yǎng)基和微生物則留在硅藻土表面，稍后用巨型刀片將硅藻土及附著其上的培養(yǎng)基及微生物一同去除。第121頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第122頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3）帶式真空過(guò)濾機(jī)帶式真空過(guò)濾機(jī)（是自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能按工藝要求進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速以及操作方便和動(dòng)力消耗低的一種新型高效的脫水設(shè)備。第123頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四帶式真空過(guò)濾機(jī)流程1、進(jìn)料→過(guò)濾→濾餅洗滌→吸干→卸料→濾布清洗連續(xù)進(jìn)行，配有PLC控制，自動(dòng)化程度高。

2、真空過(guò)濾盤分段設(shè)計(jì)，可滿足不同物料過(guò)濾、洗滌、吸干的工藝要求，濾帶運(yùn)行速度采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)不同物料有廣泛的適應(yīng)性。3、在同一設(shè)備上可采用多次逆流洗滌得到高濃度的濾液，也可采用并流洗滌或順流洗滌獲得高純度的濾餅。第124頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四水平帶式真空過(guò)濾器簡(jiǎn)圖第125頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第126頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

水平圓盤過(guò)濾器1—分配頭2—螺旋輸送器3—過(guò)濾盤水平回轉(zhuǎn)翻盤式真空過(guò)濾器第127頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

優(yōu)點(diǎn)：處理量大，濾餅厚度可達(dá)200mm，并可根據(jù)對(duì)物質(zhì)的洗凈要求進(jìn)行濾餅洗滌，洗滌效果良好，操作靈活。缺點(diǎn)：占地面積大，有效過(guò)濾面積小，投資高。第128頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過(guò)濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過(guò)濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。4）離心過(guò)濾機(jī)（centrifugalfilter）第129頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四設(shè)備主要結(jié)構(gòu)過(guò)程特點(diǎn)適用性板框壓濾機(jī)濾板/濾框/夾緊機(jī)構(gòu)/機(jī)架裝合過(guò)濾洗滌卸渣整理加壓過(guò)濾，推動(dòng)力較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；過(guò)濾面積大，能耗少；間歇操作；洗滌時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。應(yīng)用廣泛。對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒(濾網(wǎng)、濾布)/分配頭、濾漿槽過(guò)濾洗滌吹干卸渣連續(xù)化生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高真空過(guò)濾，推動(dòng)力較小；，濾餅濕度大，設(shè)備投資高適于粒度中等，粘度不太大的物料離心過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓(濾網(wǎng)、濾布)/機(jī)架過(guò)濾洗滌卸渣離心過(guò)濾，推動(dòng)力最大；濾液濕度小，設(shè)備成本高，應(yīng)用廣泛，過(guò)濾面積小。幾種過(guò)濾設(shè)備的比較第130頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5）硅藻土過(guò)濾機(jī)diatomitefilter硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，由于硅藻土具有細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強(qiáng)的特性，所以它是一種性能優(yōu)良的工業(yè)濾劑。硅藻土過(guò)濾是以硅藻土作為過(guò)濾介質(zhì)，它是一種預(yù)涂型過(guò)濾器，預(yù)涂、過(guò)濾、反沖洗是硅藻土過(guò)濾的一般工藝過(guò)程。在釀造、飲料、酒類和水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)主要用于酒類和飲料過(guò)濾。

第131頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四硅藻土過(guò)濾機(jī)第132頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四硅藻第133頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四硅藻土過(guò)濾機(jī)第134頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四又稱切向流過(guò)濾（Cross-FlowFiltration）傳統(tǒng)過(guò)濾時(shí)過(guò)濾液體垂直于過(guò)濾介質(zhì)，過(guò)濾阻力主要來(lái)之濾餅。錯(cuò)流過(guò)濾打破了傳統(tǒng)過(guò)濾的機(jī)制，即液體的流向和濾膜相切。在壓力推動(dòng)下，懸浮液以高速在管狀濾膜的內(nèi)壁作切向流動(dòng)，利用流動(dòng)的剪切作用將過(guò)濾介質(zhì)表面的固體（濾餅）移走，而附著在濾膜上的濾餅很薄，因而能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定不變的過(guò)濾速度。６）錯(cuò)流過(guò)濾第135頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四微濾過(guò)程示意圖,料液快速經(jīng)過(guò)薄膜,以減少形成濾餅錯(cuò)流過(guò)濾第136頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四朗極化工公司膜澄清過(guò)濾和膜濃縮的“錯(cuò)流過(guò)濾系統(tǒng)”

陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾第137頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四錯(cuò)流過(guò)濾特點(diǎn)收率高（97-98%）質(zhì)量好減少處理步聚染菌罐也能進(jìn)行處理介質(zhì)阻力大不能得到干濾餅需要大的膜面積目前適用于小分子的分離第138頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）離心分離

離心和過(guò)濾一樣，也是固液分離的一種單元操作。對(duì)于一些濃度較小，粒徑較大，硬度較強(qiáng)的不溶物，我們可以采用過(guò)濾方法分離。而對(duì)于一些固體顆粒小、溶液粘度大的生物體系，過(guò)濾實(shí)際上是很難進(jìn)行的，必須采用離心技術(shù)方能達(dá)到目的。第139頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異，在離心場(chǎng)中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過(guò)程。與過(guò)濾設(shè)備相比，離心設(shè)備的價(jià)格昂貴。但當(dāng)固體顆粒細(xì)小而難以過(guò)濾時(shí)，離心操作往顯得十分有效。1、離心分離的概念

第140頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四離心沉降是科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)際中最為廣泛使用的非均相分離手段，不僅適用于菌體和細(xì)胞的回收或除去，而且可用于血球、胞內(nèi)細(xì)胞器、病毒以及蛋白質(zhì)的分離，也廣泛應(yīng)用于液-液分離。對(duì)大多數(shù)生物發(fā)酵液可以離心但不能有效地過(guò)濾分離，所以離心往往是很有效的方法。第141頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四優(yōu)點(diǎn)

分離速度快；分離效率高；液相澄清度好。缺點(diǎn)

與過(guò)濾設(shè)備相比，設(shè)備投資高；能耗大；離心產(chǎn)生的固體濃縮物和過(guò)濾產(chǎn)生的濃縮不同,通常情況下離心只能得到一種較為濃縮的懸浮液或漿體，而過(guò)濾可獲得的水分含量較低的濾餅。2、離心分離的特點(diǎn)

第142頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、離心分離顆粒沉降速度d－顆粒直徑；ρp

－顆粒密度；ρm

－液體介質(zhì)密度；η－液體介質(zhì)粘度；ω－旋轉(zhuǎn)角速度；r－轉(zhuǎn)軸中心到顆粒中心距離。

與顆粒直徑有關(guān)，大顆粒容易沉降。與顆粒密度和介質(zhì)密度之差(ρp-ρm)成正比。與介質(zhì)粘度成反比，隨介質(zhì)粘度增大而減小。增大離心力（ω2r）可提高沉降速度。對(duì)沉降速度小的顆粒，提高轉(zhuǎn)速是有效的方法。離心力Fc=ω2r第143頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

分離因數(shù)Fr（離心力強(qiáng)度）：離心力與重力的比值，表示粒子在離心機(jī)中產(chǎn)生的離心加速度與自由下降的加速度之比;分離因數(shù)Fr是離心分離設(shè)備的一重要技術(shù)指標(biāo)，是衡量離心程度的參數(shù)。在轉(zhuǎn)鼓直徑相同的情況下，離心分離因數(shù)越大，則轉(zhuǎn)速越高，離心力也越強(qiáng)，反之離心分離因數(shù)越小，則轉(zhuǎn)速較低，離心力也小。第144頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四離心力與轉(zhuǎn)速rpm/minRCF徑向距離（cm）第145頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在科技文獻(xiàn)中，說(shuō)到離心條件時(shí)，有時(shí)用轉(zhuǎn)速表示，如12000rpm；有時(shí)用離心力表示，如1000g離心力。離心力為1000g，即Fr=1000。此時(shí)的轉(zhuǎn)速可由下式推導(dǎo)得出：

r×ω2=r×4π2N2=1000g

轉(zhuǎn)速N=[1000g/（r×4π2）]1/2第146頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、沉降系數(shù)S是離心技術(shù)中一個(gè)最基本的物理量，稱為沉降系數(shù)。沉降系數(shù)S：指物質(zhì)在單位離心場(chǎng)的沉降速度，是關(guān)于蛋白質(zhì)等生物大分子的一個(gè)重要參數(shù)，一般用斯維德貝格（Svedberg）單位表示，1S=10-13s。第147頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

通過(guò)υg=dr／dt=Srω2的積分式，可得到溶質(zhì)完全沉淀所需要的時(shí)間：在生物化學(xué)研究中，沉降系數(shù)S有兩個(gè)重要用途：1）預(yù)計(jì)沉降時(shí)間R1、R2分別表示旋轉(zhuǎn)軸心到樣品表面和離心管底部的垂直距離。R2R1第148頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量越大，沉降系數(shù)越大。因此，若已知S，就可以計(jì)算溶質(zhì)的離心沉降速度。2）測(cè)定物質(zhì)分子質(zhì)量M：該分子不含水的相對(duì)分子重量；R：氣體常數(shù)；T：絕對(duì)溫度；S：分子的沉降系數(shù)；ν：分子的微分比容（當(dāng)一克溶質(zhì)加到一個(gè)大體積的溶液中所占有的體積）；ρ：溶劑的密度。第149頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四按速度和離心力：1、常速離心機(jī)最大轉(zhuǎn)速8000rpm(r/min),相對(duì)離心力(RCF)104g以下,用于細(xì)胞、菌體和培養(yǎng)基殘?jiān)确蛛x；2、高速（冷凍）離心機(jī)

1×104-2.5×104rpm，相對(duì)離心力104-105g,用于細(xì)胞碎片、較大細(xì)胞器、大分子沉淀物等分離；3、超速離心機(jī)轉(zhuǎn)速2.5-8×104rpm，相對(duì)離心力5×105g；用于DNA、RNA蛋白質(zhì)、細(xì)胞器、病毒分離純化；檢測(cè)純度；沉降系數(shù)和相對(duì)分子量測(cè)定等。5、離心機(jī)的種類與用途對(duì)于常速和高速離心機(jī)，由于所分離的顆粒大小和密度相差較大，只要選擇好離心速度和時(shí)間，就能達(dá)到分離效果。第150頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四按離心機(jī)的作用方式：斜角式平拋式管式蝶式螺旋式多室第151頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）斜角式離心機(jī)是一類結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室常用離心機(jī)，指離心管腔與轉(zhuǎn)軸成一定傾角的轉(zhuǎn)子；角度越大，沉降越結(jié)實(shí)，分離效果越好，角度越小，顆粒沉降距離短，沉降速度快，但分離效果差。顆粒在角轉(zhuǎn)子中沉降時(shí)，先沿離心力方向撞向離心管，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一側(cè)會(huì)出現(xiàn)顆粒沉積。第152頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1）斜角式離心機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可裝載較多的樣品使用較高的轉(zhuǎn)速。加速或減速時(shí)，對(duì)樣品有攪動(dòng)。有些梯度離心要求用角轉(zhuǎn)頭，否則形成的梯度不均一，線性很差。第153頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2）平拋式離心機(jī)平拋式離心機(jī)一類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室常用的低中速離心機(jī)，轉(zhuǎn)速一般在3000-6000rpm。轉(zhuǎn)子活動(dòng)管套內(nèi)的離心管，靜止時(shí)垂直掛在轉(zhuǎn)頭上，旋轉(zhuǎn)時(shí)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從垂直懸吊上升到水平位置（約200—800rpm）。顆粒在水平轉(zhuǎn)子中的沉降是沿管子軸向移動(dòng)。樣品便于收集受振動(dòng)和變速攪亂后對(duì)流現(xiàn)象小，但轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最高轉(zhuǎn)速相對(duì)要低容量也小一些。

第154頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四平拋式離心機(jī)轉(zhuǎn)子第155頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四３）管式離心機(jī)

（tubular-bowlcentrifuge）管式離心機(jī)具有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)而高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有縱向平板，其下部有進(jìn)料口。上部?jī)蓚?cè)有重液相和輕液相出口。第156頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四管式離心機(jī)待處理的物料在一定壓力（3×104Pa左右）下由進(jìn)料管經(jīng)底部空心軸進(jìn)入鼓內(nèi)，靠擋板分布于鼓的四周，并使料液迅速達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓相同的角速度。轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)物料高速旋轉(zhuǎn)，在離心力下，懸浮液沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁向上流動(dòng)的，料液在離心力場(chǎng)的作用下因其密度差的存在而分離。澄清后的液相流動(dòng)到轉(zhuǎn)鼓上部的排液口排出。比重大的固體微粒逐漸沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣層，達(dá)到一定數(shù)量后，停機(jī)人工清除。第157頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

第158頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四管式離心機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可提供較大離心力，轉(zhuǎn)速高，分離因數(shù)高達(dá)15000-65000。管狀離心機(jī)可以冷卻，有利蛋白質(zhì)分離間歇操作，須定時(shí)拆卸、清洗適用于于分離乳濁液及含細(xì)顆粒的稀懸浮液，適用于固含量低于1%，顆粒度小于5微米，黏度大的懸浮液澄清或固液兩相密度差較小的分離。第159頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4）碟片式離心機(jī)disk-bowlcentrifuge是在管式離心機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在轉(zhuǎn)鼓中加入了許多重迭的碟片，縮短了顆粒的沉降距離，提高了分離效率。

是生物工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種離心機(jī)

有一個(gè)密封的轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)裝十至上百個(gè)錐頂角為60~100゜錐形碟片。碟片間的距離一般為0.5-2.5mm,第160頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四碟片式離心機(jī)工作原理當(dāng)懸浮液在動(dòng)壓頭的作用下，經(jīng)中心管流入高速旋轉(zhuǎn)的碟片之間的間隙時(shí)，便產(chǎn)生了慣性離心力，其中密度較大的固體顆粒在離心力作用下向上層碟片的下表面運(yùn)動(dòng)，而后在離心力作用下被向外甩出，沿碟片下表面向轉(zhuǎn)子外圍下滑，而液體則由于密度小，在后續(xù)液體的推動(dòng)下沿著碟片的隙道向轉(zhuǎn)子中心流動(dòng)，然后沿中心軸上升，從套管中排出，達(dá)到分離的目的

第161頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四碟片式離心機(jī)類型人工排渣的碟片離心機(jī)碟片上不開(kāi)孔，只有一個(gè)清液排出口。沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的沉渣，間歇排出。只適用于固體顆粒含量很少的懸浮液。噴嘴排渣的碟片離心機(jī)當(dāng)固體顆粒含量較多時(shí)，可采用具有噴嘴排渣的碟式離心沉降機(jī)。在有特殊形狀內(nèi)壁的轉(zhuǎn)鼓壁上開(kāi)設(shè)若干噴嘴

活門（活塞）排渣的碟片離心機(jī)這是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的機(jī)型，它和相同直徑的活塞機(jī)相似，其速度可增加23%~30%，故可使分離因素達(dá)15000左右，可用于酶制劑，疫苗和胰島素等生產(chǎn)中分離物的澄清。第162頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四碟片式離心機(jī)第163頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5）螺旋式離心機(jī)scroll-typecentrifuge連續(xù)操作的沉降設(shè)備。轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有可旋轉(zhuǎn)的螺旋輸送器，其轉(zhuǎn)數(shù)比轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)數(shù)稍低。有立式和臥式兩種，臥螺機(jī)是一種全速旋轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)料、分離和卸料的離心機(jī)，最大離心力可達(dá)6000，操作溫度可達(dá)300℃用于分離含固量較多的懸浮液，生產(chǎn)能力較大。第164頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四螺旋式離心機(jī)工作原理轉(zhuǎn)鼓與螺旋以一定差速同向高速旋轉(zhuǎn)，懸浮液通過(guò)螺旋輸送器的空心軸進(jìn)入機(jī)內(nèi)中部，由進(jìn)料管連續(xù)引入螺旋內(nèi)筒，加速后進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓。在離心力場(chǎng)作用下，固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷定推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出機(jī)外，較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排出機(jī)外。第165頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6）多室式multichambercentrifuge

多室式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)有若干同心圓筒組成的環(huán)狀分離室加長(zhǎng)了被分離液體的流程，使液層減薄，增加了沉降面積，減少了沉降距離。同時(shí)還有粒度篩分的作用，懸浮液中的粗顆粒沉降到靠近內(nèi)部的分離室壁上，細(xì)顆粒則沉降到靠近外部的室壁上，澄清的分離液經(jīng)溢流排出。常用于抗菌素液－液萃取分離，果汁和酒類飲料的澄清等。第166頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①冷凍離心機(jī)使用前先降溫。②離心前一定注意平衡。③離心時(shí)蓋子一定要蓋好④低轉(zhuǎn)速時(shí)液體不要加得太滿，避免甩出腐蝕性液體傷害離心機(jī)。⑤離心設(shè)備一般價(jià)格不菲，其關(guān)鍵部位為軸，使用特殊的材料制成，既有剛性又有韌性，應(yīng)注意保護(hù)。

使用中應(yīng)注意的問(wèn)題第167頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6、超離心法利用物質(zhì)的沉降系數(shù)、質(zhì)量和形狀不同，應(yīng)用強(qiáng)大的離心力（相對(duì)離心力5*105g），將混合物中各組分分離，濃縮、提純的方法，稱為超離心法。運(yùn)用超離心法已經(jīng)成功分離制備各種亞細(xì)胞物質(zhì)，如線粒體、微粒體、溶酶體、DNA和各種RNA。如用5*105g的強(qiáng)大離心力，長(zhǎng)時(shí)間離心（17h以上），可獲得具有生物活性的DNA、m-RNA、t-RNA等，為遺傳工程提供了必需基礎(chǔ)，是現(xiàn)代生物技術(shù)領(lǐng)域研究中不可缺少的實(shí)驗(yàn)室分析制備手段。第168頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A、超離心的原理粒子在沉降場(chǎng)沉降的基本公式：如果粒子在離心場(chǎng)中作勻速直線運(yùn)動(dòng)，則Uw=dr/dt結(jié)合兩式積分，得適用范圍：不適用于非球形粒子；只適用于牛頓流體的稀溶液即在某種介質(zhì)中，使一種球形粒子從液體的彎月面沉降到離心管某部（如底部）所需的時(shí)間。第169頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

在某一轉(zhuǎn)速時(shí)，沉降一組均勻的球形顆粒所需要的時(shí)間與它們的直徑的平方以及它們的密度和懸浮介質(zhì)的密度之差成反比，與介質(zhì)的黏度成正比。當(dāng)粒子直徑d和密度ρs不同時(shí)，移動(dòng)同樣距離所需的時(shí)間不同，在同樣的沉降時(shí)間，其沉降的位置也不同。這是超離心技術(shù)的基礎(chǔ)。第170頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B、超離心技術(shù)的分類①粒子差速離心定義：采用逐漸增加離心速度或低速和高速交替進(jìn)行離心，使沉降粒子，在不同離心速度及不同離心時(shí)間下分批分離的方法。目的：以菌體細(xì)胞的收集或除去為目的，是分級(jí)離心操作的一種特殊情況，稱為一級(jí)分級(jí)分離。一般用于分離沉降系數(shù)相差較大的粒子。第171頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

172細(xì)胞破碎液離心600g，10min[沉降層]細(xì)胞核(4-6μm)[上清液]細(xì)胞膜碎片線粒體(1μm)溶酶體(0.25-0.5μm)核糖體(18nm)水溶性物質(zhì)離心10000g，10min[沉降層]細(xì)胞碎片線粒體溶酶體[上清液]核糖體水溶性物質(zhì)離心100000g，3h[沉降層]核糖體[上清液]水溶性物質(zhì)細(xì)胞破碎液的差速離心分級(jí)第172頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

缺點(diǎn)：每次沉降粒子不是均一的，在某離心力下除了大粒子都沉淀以外，部分中粒子及少部分小也可能沉淀下來(lái)；且數(shù)目隨離心時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，不容易得到粒度均勻的粒子，需要將沉淀重新懸浮，洗滌，再次離心，反復(fù)數(shù)次，才有較好的效果。第173頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②一般密度梯度離心、分級(jí)區(qū)帶離心離心時(shí)把混合樣品鋪放在一個(gè)連續(xù)的液體梯度上，然后進(jìn)行離心，由于不同組份顆粒在梯度液體里沉降速率的差別，而在離心的某一時(shí)刻，使得粒子在完全沉降之前，形成了數(shù)個(gè)含單一組分顆粒的區(qū)帶。利用生物組份在尺寸上的差異而形成的沉降速率不同，選擇在某一特定時(shí)刻，當(dāng)各個(gè)純樣品區(qū)帶之間的距離拉得最遠(yuǎn)時(shí)停止離心，即可達(dá)到分離的目的。僅用于有一定沉降系數(shù)差的粒子，與粒子密度無(wú)關(guān)，因此大小相同，密度不同的粒子（如線粒體、溶酶體和過(guò)氧化物酶）不能用此法分離。用于RNA-DNA混合物及其他細(xì)胞成分的分離。第174頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③等密度梯度離心定義：當(dāng)不同粒子存在密度差時(shí)，在離心力場(chǎng)作用下，粒子或向下沉降，或向上浮起，一直移動(dòng)到與它們密度恰好相等的位置上（即等密度點(diǎn)）并形成區(qū)帶。其結(jié)果是依樣品物質(zhì)密度的不同在梯度溶劑中形成一個(gè)個(gè)區(qū)帶。位于等密度點(diǎn)上的粒子沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，區(qū)帶的形狀和位置都不受離心時(shí)間的影響，體系處于動(dòng)態(tài)平衡。分離效率僅取決于粒子的密度差，與粒子的大小、形狀無(wú)關(guān)。密度差越大，分離效果越好。分類：預(yù)形成梯度；自形成梯度（平衡等密度梯度）。第175頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四A、預(yù)形成密度離心需要預(yù)先制備密度梯度，常用的梯度介質(zhì)主要是非離子型化合物（如蔗糖、甘油等）。離心管底部到上部逐漸加液的方式形成不連續(xù)梯度溶液，也可以通過(guò)一個(gè)梯度混合器產(chǎn)生連續(xù)梯度密度，這個(gè)密度包括了所有需要研究的密度范圍。離心時(shí)把樣品鋪放在梯度介質(zhì)的液面上，直到粒子的漂浮密度和梯度的密度相等時(shí)，粒子才發(fā)生沉降，交排列成不同的區(qū)帶。預(yù)形成密度離心的密度梯度中最大密度小于待分離的目標(biāo)產(chǎn)物的密度。第176頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

方法：1、事先調(diào)配好的不同濃度的蔗糖溶液，依濃度由大到小逐層加入離心管中即可形成密度梯度。2、如果要制成連續(xù)的蔗糖密度梯度，則將一定濃度的蔗糖溶液高速離心一段時(shí)間即可。3、除蔗糖外，如CsCl（可用于核酸的分離）和NaBr（可用于脂蛋白的分離）等，在離心力的作用下可以自動(dòng)形成密度梯度。4、等密度離心法一般適用于蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離純化。5、缺點(diǎn)是處理量小，僅限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。第177頁(yè)，共195頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B、自形成梯度的等密度離心（平衡等密度離心）在這種離心法中，介質(zhì)的梯度不是預(yù)先配制，而是在離心過(guò)程中，由于離心力的作用而逐漸形成的。常用的梯度介質(zhì)有粒子型鹽類如：銫鹽或銣鹽和三碘化苯衍生物等。離心時(shí)把密度均一的介質(zhì)溶液和樣品混合后裝入離心管中，通過(guò)離心自形成梯度，讓粒子在梯度中形成再分配離心達(dá)到