生物分離工程細(xì)胞破碎MicrosoftPowerPoint演示文稿課件

14.發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離影響發(fā)酵液后處理的主要因素粘度,雜蛋白影響樹脂對產(chǎn)物的吸附能力；在萃取操作中，易產(chǎn)生乳化，不利于兩相的分離；污染濾膜，降低濾速高價無機(jī)離子當(dāng)采用離子交換法提取產(chǎn)物時，影響樹脂對生化物質(zhì)的交換容量14.1發(fā)酵液的預(yù)處理降低發(fā)酵液粘度去除雜蛋白凝聚定義：在中性鹽作用下，由于雙電層排斥電位的降低，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象，稱凝聚。φsφdζ電位：可測ζ電位：ζ電位與擴(kuò)散層厚度δ和電動電荷密度q成正比。擴(kuò)散成厚度δ又與溶液的離子強(qiáng)度I有關(guān)。高價陽離子的存在，可壓縮擴(kuò)散層厚度，使電位迅速降低。絮凝定義：是指在某些高分子絮凝劑存在下，基于架橋作用，使細(xì)胞聚集形成粗大的絮凝團(tuán)的過程。常用絮凝劑：人工高分子聚合物：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯，聚乙稀亞胺的衍生物無機(jī)高分子聚合物：聚合鋁鹽、聚合鐵鹽天然有機(jī)高分子絮凝劑：殼聚糖、葡聚糖、明膠、骨膠微生物絮凝劑：糖蛋白，粘多糖，纖維素，核酸聚丙烯酰胺絮凝劑14.1.2雜蛋白的其他去除方法變性沉淀熱變性：適于熱穩(wěn)定物質(zhì)大幅度調(diào)整pH：根據(jù)產(chǎn)物特性反向調(diào)節(jié)，加有機(jī)溶劑等電點沉淀化合法沉淀在酸性溶液中，蛋白質(zhì)與陰離子形成沉淀，如：三氯乙酸，水楊酸鹽，鎢酸鹽，苦味酸鹽，鞣酸鹽，過氯酸鹽等在堿性溶液中，與陽離子形成沉淀，如：Ag+，Cu2+，Zn2+，F(xiàn)e3+，Pb2+等14.1.3高價無機(jī)離子的去除Ga2+：加入草酸和草酸鹽，生成草酸鈣；加入磷酸鹽，生成磷酸鈣Mg2+：加入草酸；加入磷酸鹽，生成磷酸鎂；三聚磷酸鈉（Na5P3O10），生成可溶性絡(luò)合物Fe3+：加入黃血鹽，生成普魯士蘭沉淀過濾設(shè)備選擇的依據(jù)被過濾液體的特性固形物含量1-10％是采用連續(xù)式過濾機(jī)的極限。生產(chǎn)規(guī)模：大規(guī)?！B續(xù)式小規(guī)?！g歇式操作條件操作要求過濾機(jī)的材料：食品和藥品工業(yè)—聚丙烯或聚酯過濾設(shè)備板框過濾機(jī)優(yōu)點：

結(jié)構(gòu)簡單、裝配緊湊、過濾面積大、允許采用較大的操作壓力，輔助設(shè)備少，動力消耗小，過濾和洗滌質(zhì)量好，對固形物含量要求低，材料選擇范圍廣。缺點：

設(shè)備笨重、占地面積多、輔助時間長生產(chǎn)效率低。真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)優(yōu)點：

真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)具有自動化程度高、操作連續(xù)、處理量大。特別適合固體含量大（>10％）的懸浮液的分離，在發(fā)酵工業(yè)中廣泛用于霉菌、放線菌和酵母發(fā)酵液或細(xì)胞懸浮液的過濾分離。缺點：

由于受真空度的限制，不適于菌體較小和粘度較大的細(xì)菌發(fā)酵液的過濾，且過濾所得固相的干度不如加壓過濾。離心力（單位質(zhì)量）分離因數(shù)粒子的重力沉降速度Stokes定律：

粒子的離心沉降速度離心分離方法差速離心——工業(yè)上最常用的離心分離方法菌體、細(xì)胞大小/μm離心力/g實驗室工業(yè)規(guī)模大腸桿菌2-4150013000酵母2-715008000血小板2-45000－紅細(xì)胞6-91200－淋巴球7-12500－肝細(xì)胞20-30800－區(qū)帶離心——多用于生化研究事先在離心管中用某種低分子溶質(zhì)調(diào)配好密度梯度，在密度梯度之上加待處理的料液后進(jìn)行離心。常用密度梯度物質(zhì)：

蔗糖、CsCl、NaBr實驗室常用的轉(zhuǎn)子碟片式離心機(jī)

是傳統(tǒng)離心機(jī)，為目前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的離心機(jī)。分離因數(shù)可達(dá)1000-20000，最大處理量達(dá)到300m3/h，常用于大規(guī)模的分離過程。適用范圍

細(xì)菌、酵母菌、放線菌、細(xì)胞碎片離心分離設(shè)備管式離心機(jī)

管式離心機(jī)是一種分離效率很高的離心分離設(shè)備，其轉(zhuǎn)鼓細(xì)長，可在15000-50000的高轉(zhuǎn)速下工作，分離因數(shù)可達(dá)104-6×105。它設(shè)備簡單、操作穩(wěn)定。適用范圍

細(xì)胞、細(xì)胞碎片、細(xì)胞器、病毒、蛋白質(zhì)、核酸等。特別適合一般分離機(jī)難以分離的固形物含量<1%發(fā)酵液的分離。傾析式分離機(jī)

是一種靠離心力和螺旋的推動力作用自動連續(xù)排渣的離心機(jī)。具操作連續(xù)、適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊和維修方便的優(yōu)點。分離因數(shù)為1500-3000。適用范圍

特別適合固形物含量較多的懸浮液的分離。14.3全發(fā)酵液提取全發(fā)酵液的提取:從懸浮液中直接提取生化物質(zhì)膜技術(shù)雙水相萃取擴(kuò)張床(膨脹床):expendedbedadsorption

膨脹床操作過程全發(fā)酵液萃取裝置思考題:1.為什么要進(jìn)行發(fā)酵液預(yù)處理？2.絮凝和凝聚的定義和區(qū)別。常用的絮凝劑3.發(fā)酵液分離的主要方法.4.分離和過濾的主要設(shè)備有哪些?5濾餅的比阻：8.23X1014cm/g15細(xì)胞破碎定義:細(xì)胞破碎就是采用一定的方法，在一定程度上破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，設(shè)法使胞內(nèi)產(chǎn)物最大程度地釋放到液相中，破碎后的細(xì)胞漿液經(jīng)固液分離除去細(xì)胞碎片后，再采用不同的分離手段進(jìn)一步純化.15.1細(xì)胞壁的組成和結(jié)構(gòu)微生物細(xì)胞壁的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)細(xì)菌，肽聚糖的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)酵母菌：葡聚糖，甘露聚糖，蛋白質(zhì)真菌：細(xì)胞壁更厚植物細(xì)胞壁的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)初生壁，次生壁具有很高的機(jī)械強(qiáng)度15.2細(xì)胞破碎技術(shù)機(jī)械法和非機(jī)械法15.2.1機(jī)械法機(jī)械法主要是利用高壓、研磨或超聲波等手段在細(xì)胞壁上產(chǎn)生的剪切力達(dá)到破碎目的.包括高壓勻漿法,珠磨法和超聲破碎法高壓勻漿器影響勻漿破碎的主要因素是壓力、溫度和通過勻漿器閥的次數(shù)。高壓勻漿法的適用范圍較廣，在微生物細(xì)胞和植物細(xì)胞的大規(guī)模處理中常采用.高速珠磨機(jī)(highspcedbeadmill)研磨是常用的一種方法，它將細(xì)胞懸浮液與玻璃小珠、石英砂或氧化鋁等研磨劑一起快速攪拌，使細(xì)胞獲得破碎。在工業(yè)規(guī)模的破碎中常采用高速珠磨機(jī)超聲波破碎器超聲波處理細(xì)胞懸浮液時，破碎作用受許多因素的影響，通常聲強(qiáng)和振幅影響很大，但強(qiáng)度太高易使蛋白質(zhì)變性，頻率的變化影響不明顯：此外介質(zhì)的離子強(qiáng)度、pH值、菌體的種類和濃度也有很大的影響.超聲波振蕩過程中遇到的最大問題就是產(chǎn)生的熱量不容易驅(qū)散，所以影響了它在大規(guī)模工業(yè)上的應(yīng)用，但在實驗室和小規(guī)模生產(chǎn)中是一種很好的方法15.2.2非機(jī)械法非機(jī)械方法很多，包括酶解、滲透壓沖擊、凍結(jié)和融化、干燥法和化學(xué)法溶胞等.1)酶解法是利用酶反應(yīng)，分解破壞細(xì)胞壁上特殊的鍵，從而達(dá)到破碎目的。酶解法可以在細(xì)胞懸浮液中加入特定的酶，也可以采用自溶作用。酶解法的優(yōu)點是發(fā)生酶解的條件溫和、能選擇性地釋放產(chǎn)物、胞內(nèi)核酸等泄出量少、細(xì)胞外形較完整、便于后步分離等；但酶水解價格高，故小規(guī)模應(yīng)用較廣.滲透壓沖擊法凍融法干燥法化學(xué)法:采用化學(xué)法處理可以溶解細(xì)胞或抽提胞內(nèi)組分。常用酸、堿、表面活性劑和有機(jī)溶劑等化學(xué)試劑。15.2.3選擇破碎方法的依據(jù)(1)細(xì)胞的處理量(2)細(xì)胞壁的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)(3)目標(biāo)產(chǎn)物對破碎條件的敏感性(4)破碎程度適宜的操作條件應(yīng)從高的產(chǎn)物釋放率，低的能耗和便于后步提取這二方面進(jìn)行權(quán)衡15.2.4破碎技術(shù)研究的方向(1)多種破