細(xì)胞分離等生物工程下游技術(shù)詳解演示文稿

細(xì)胞分離等生物工程下游技術(shù)詳解演示文稿當(dāng)前第1頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)（優(yōu)選）細(xì)胞分離等生物工程下游技術(shù)當(dāng)前第2頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)第一節(jié)發(fā)酵液預(yù)處理常用的發(fā)酵液預(yù)處理方法：降低液體的粘度：水稀釋法、加熱法調(diào)整pH值凝聚和絮凝凝聚：在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，從而膠體體系不穩(wěn)定。絮凝：在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團(tuán)的過程。

混凝：前兩者的復(fù)合使用。當(dāng)前第3頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)第一節(jié)發(fā)酵液預(yù)處理加入助濾劑助濾劑：不可壓縮的多孔微粒。硅藻土、纖維素、石棉粉、珍珠巖等。懸浮液中大量的細(xì)微粒子吸附到助濾劑的表面上，其可壓縮性下降了，濾餅疏松，過濾阻力降低了。加入不影響目的產(chǎn)物的反應(yīng)劑當(dāng)前第4頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)第二節(jié)細(xì)胞分離A.重力沉降：細(xì)胞體積小，沉降速度很慢使細(xì)胞聚集成較大的凝聚顆粒，提高沉降速度

高分子絮凝劑：聚丙烯酰胺、聚乙烯酰胺等無機(jī)的凝聚劑：中性鹽（硫酸鋁、氯化鈣等）當(dāng)前第5頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—B.離心沉降離心分離法：

1.差速離心（Differentialcentrifugation）生化工業(yè)中最常用的離心分離法，細(xì)胞的分離為一級分級分離。實(shí)際應(yīng)用中據(jù)實(shí)際物系的特點(diǎn)、分離目的和所需分離程度，選擇適當(dāng)?shù)碾x心機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和時間，可使料液中不同組分得到分級分離。

2.區(qū)帶離心（Zonalcentrifugation）

事先在離心管中用某種低分子溶質(zhì)調(diào)配好密度梯度，再加待處理料液后進(jìn)行離心。離心時，料液中各組分在密度梯度中以不同的速度沉降，形成各自的區(qū)帶而得到分離。蔗糖、CsCl、NaBr密度梯度溶液當(dāng)前第6頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—B.離心沉降離心分離法：低速離心，高速離心，超速離心過濾式離心，沉降式離心冷凍離心：低溫下操作當(dāng)前第7頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—B.離心沉降離心分離設(shè)備：實(shí)驗(yàn)室用離心機(jī)：離心管式轉(zhuǎn)子離心機(jī)間歇式操作各種形式的離心機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前第8頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—B.離心沉降工業(yè)用離心機(jī)：可連續(xù)操作管式離心機(jī)，蝶片式離心機(jī)當(dāng)前第9頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)管式離心機(jī)

管式離心機(jī)能澄清及分離流體物質(zhì)，被應(yīng)用于化學(xué)、生物化學(xué)、制藥、血漿等研究領(lǐng)域。設(shè)備簡單，分離效率高；但生產(chǎn)能力較小。當(dāng)前第10頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)碟式離心機(jī)碟式離心機(jī)是沉降式離心機(jī)中的一種，用于分離難分離的物料（例如粘性液體與細(xì)小固體顆粒組成的懸浮液或密度相近的液體組成的乳濁液等）。碟式分離機(jī)是應(yīng)用最廣的沉降離心機(jī)。碟式離心機(jī)可以完成兩種操作：(1)液-固分離，稱澄清操作；(2)液-液（或液-液-固）分離（即乳濁液的分離），稱分離操作。當(dāng)前第11頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—C.過濾過濾（Filtration）：利用多孔性介質(zhì)截留懸浮液中的固體粒子，進(jìn)行固液分離的方法。

Filtrationseparatessolidfromaliquidbyforcingtheliquid

througha

solid

supportorfiltermedium.

當(dāng)前第12頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—C.過濾通常發(fā)酵液的黏度大，其中的微生物體積小，造成過濾的困難

Howeverthesmallsizeofmicroorganismsmakefiltrationof

biologicalsolutionsconsiderablymorecomplicated.Generally,fermentationbeersandotherbiologicalsolutionsarehardtofilterbecauseofthehighviscosityorhighlycompressiblecakes.

在過濾前，一般需對料液進(jìn)行絮凝或凝聚等預(yù)處理，此外可添加助濾劑提高過濾速度。當(dāng)前第13頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—C.過濾過濾方法：澄清過濾，濾餅過濾：P53重力過濾，加壓過濾，真空過濾，離心過濾切向流過濾：P57-當(dāng)前第14頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—C.過濾過濾設(shè)備：板框過濾機(jī)用于各種懸浮液的固液分離，適用范圍廣。應(yīng)用于食品、環(huán)保、輕工、醫(yī)藥、化工、冶金、石油等工業(yè)。特別適用于大批量啤酒、白酒、葡萄酒、食用油等液體飲料的精濾或除菌過濾。當(dāng)前第15頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)板框過濾機(jī)當(dāng)前第16頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—C.過濾板框壓濾機(jī)1.結(jié)構(gòu)：若干板，框交替排列，板，框都用支耳架在一對橫梁上，用壓緊裝置壓緊或拉開。2.濾板結(jié)構(gòu)：凹凸紋路作用支撐濾布，提供濾液或洗滌液的流道。分為洗滌板和非洗滌板兩種。3.濾框結(jié)構(gòu)：有供料漿通過的暗孔，料漿在壓差的推動下籍框兩側(cè)覆蓋的濾布進(jìn)行過濾分離。4.過濾操作液體流動路徑：料漿沿1通道輸入，通過濾框的暗孔進(jìn)入濾框，框中的料漿在壓差的推動下籍框兩側(cè)覆蓋的濾布進(jìn)行過濾分離。濾餅在框內(nèi)兩側(cè)生成并增長，濾液通過濾布流到濾板板面的凹槽后因板面凹槽有暗孔與2、4通道相連或與3通道相連，故濾液可由三條通道流到過濾機(jī)外。當(dāng)前第17頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞分離—C.過濾硅藻土過濾機(jī)：硅藻土的使用方法：作為過濾介質(zhì)作為支持介質(zhì)加入到懸浮液中按支撐單元分：板框過濾機(jī)，葉片式過濾機(jī)等當(dāng)前第18頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)第三節(jié)細(xì)胞破碎許多生物產(chǎn)物在細(xì)胞培養(yǎng)過程中不能分泌到胞外，而保留在細(xì)胞內(nèi)。破碎細(xì)胞的目的就是使細(xì)胞壁和細(xì)胞膜受到不同程度的破壞或破碎，釋放其中的目標(biāo)產(chǎn)物。當(dāng)前第19頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞破碎應(yīng)考慮破碎細(xì)胞的結(jié)構(gòu)微生物細(xì)胞,動物細(xì)胞,植物細(xì)胞真核細(xì)胞：細(xì)胞壁成分為纖維素或幾丁質(zhì)，或兼有該兩種成分。

不同種類的細(xì)胞結(jié)構(gòu)差別很大，破碎的難易程度也不同，由難到易的大致排列順序?yàn)椋褐参锛?xì)胞＞真菌（如酵母菌）＞革蘭氏陽性細(xì)菌＞革蘭氏陰性細(xì)菌＞動物細(xì)胞。當(dāng)前第20頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)革蘭氏陽性細(xì)菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)革蘭氏陽性（G+）細(xì)菌的細(xì)胞壁具有較厚（30-40nm）而致密的肽聚糖層，多達(dá)20層磷壁酸：是革蘭氏陽性菌的特有的成分，可加強(qiáng)肽聚糖的結(jié)構(gòu)。當(dāng)前第21頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁革蘭氏陰性細(xì)菌的外膜壁膜間隙O-特異多糖(O-polysaccharide)核心多糖(core-polysaccharide)蛋白質(zhì)類脂A(LipidA)孔蛋白(脂多糖)磷脂分子脂蛋白當(dāng)前第22頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)當(dāng)前第23頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞破碎目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性釋放

選擇性釋放目標(biāo)產(chǎn)物，使其他物質(zhì)盡量少地釋放出來，并盡量降低細(xì)胞的破碎程度，對下游分離純化有利。當(dāng)前第24頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞破碎一、機(jī)械破碎：

機(jī)械破碎的原理是細(xì)胞在機(jī)械作用力下受到壓縮和剪切而破碎。細(xì)胞越小，所需壓縮或剪切力越大，越難破碎。處理量大、效率高、速度快，是工業(yè)規(guī)模的主要手段

當(dāng)前第25頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)1.高壓勻漿：

破碎原理：主要利用細(xì)胞懸液在高壓作用下液相剪切力以及細(xì)胞與固定表面的撞擊力而使之破碎。

壓力通常為20-70MPa適用于酵母和大多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞的破碎需冷卻處理，以保護(hù)產(chǎn)物的生物活性當(dāng)前第26頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞破碎2.珠磨

破碎原理：利用在高速攪拌作用下，細(xì)胞和微球相互磨擦碰撞而破碎。細(xì)胞受研磨剪切和撞擊而破碎特點(diǎn)：適用范圍較廣；但有效能量利用率很低，設(shè)計(jì)操作時應(yīng)充分考慮冷卻系統(tǒng)的熱交換能力；影響破碎率的操作參數(shù)較多。當(dāng)前第27頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)3.撞擊破碎細(xì)胞冷凍后成為剛性球體，再進(jìn)行高速撞擊而破碎特點(diǎn)：細(xì)胞破碎均勻；可通過調(diào)節(jié)載氣壓力控制細(xì)胞破碎程度；適用于細(xì)胞器（如線粒體、葉綠體）的回收。當(dāng)前第28頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)4.超聲波破碎

破碎原理：超聲波作用下液體發(fā)生空化作用，產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎。影響因素：細(xì)胞種類、濃度和超聲波的能量等。特點(diǎn)：適用范圍廣,適用于多數(shù)微生物細(xì)胞的破碎。但有效能量利用率極低，操作中產(chǎn)生熱，需在冰水或有外部冷卻的容器中進(jìn)行,故不易放大，多在實(shí)驗(yàn)室使用。當(dāng)前第29頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞破碎二、化學(xué)和生物化學(xué)法1.酸堿處理2.化學(xué)試劑處理：增大細(xì)胞壁通透性表面活性劑、螯合劑、有機(jī)溶劑、變性劑3.酶溶：利用溶解細(xì)胞壁的酶處理細(xì)胞不同的細(xì)胞用不同的酶：如溶菌酶適用于細(xì)菌；而酵母細(xì)胞的酶溶需用Zymolyase、-1,6-葡聚糖酶或甘露糖酶；破壞植物細(xì)胞則用纖維素酶。4.自溶：通過調(diào)節(jié)溫度、pH或添加有機(jī)溶劑，誘使細(xì)胞產(chǎn)生溶解自身的酶的方法。當(dāng)前第30頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)

機(jī)械破碎法與化學(xué)破碎法的比較機(jī)械破碎法優(yōu)點(diǎn)：處理量大、破碎效率高、速度快，適用于工業(yè)規(guī)模的細(xì)胞破碎。缺點(diǎn)：由于操作條件比較劇烈，往往容易造成細(xì)胞的過度破碎，不利于后續(xù)處理。化學(xué)破碎法優(yōu)點(diǎn)：選擇性高，胞內(nèi)產(chǎn)物的總釋放率低，料液粘度小，有利于后處理過程。缺點(diǎn)：適用范圍小，通用性差，破碎速度慢，處理時間長，破碎效率低，不適于大規(guī)模細(xì)胞破碎操作。由以上比較可知，兩種方法各有利弊，把二者結(jié)合起來使用，則可起到取長補(bǔ)短的作用，能夠得到很好的破碎效果。當(dāng)前第31頁\共有34頁\編于星期四\21點(diǎn)細(xì)胞破碎三、物理滲透法

1.滲透壓沖擊法：破碎原理：細(xì)胞在高滲透壓介質(zhì)中平衡后，再突然將其轉(zhuǎn)至低滲透壓環(huán)境中，水會大量進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞壁和膜脹破。特點(diǎn):溫和，適用于易于破碎的細(xì)胞（動物細(xì)胞和革蘭氏陰性菌）

當(dāng)前第32頁\共有34頁\編