預處理及固液分離技術(shù)PPT學習教案

1、會計學1發(fā)酵液的預處理發(fā)酵液的預處理l目的產(chǎn)品在發(fā)酵液中濃度很低目的產(chǎn)品在發(fā)酵液中濃度很低l與許多雜質(zhì)（溶解的和懸浮的）夾在一起，與許多雜質(zhì)（溶解的和懸浮的）夾在一起，l發(fā)酵液屬于非牛頓型流體發(fā)酵液屬于非牛頓型流體需進行預處理需進行預處理由于由于第1頁/共66頁（在合適的培養(yǎng)基（在合適的培養(yǎng)基pH、溫度和通氣攪拌或經(jīng)厭氧條件下進行生長并合成生物活性物質(zhì)）、溫度和通氣攪拌或經(jīng)厭氧條件下進行生長并合成生物活性物質(zhì)）（包括菌體、胞外代謝產(chǎn)物或胞內(nèi)酶或核酸等）（包括菌體、胞外代謝產(chǎn)物或胞內(nèi)酶或核酸等）第2頁/共66頁第3頁/共66頁例例第4頁/共66頁第5頁/共66頁的膨脹火山巖的膨脹火山巖。第6頁/

2、共66頁第7頁/共66頁第8頁/共66頁第9頁/共66頁第10頁/共66頁第11頁/共66頁天然絮凝劑：多糖、海藻酸鈉、明膠和骨膠等。天然絮凝劑：多糖、海藻酸鈉、明膠和骨膠等。 無毒、無毒、 使用安全、適于食品或醫(yī)藥。使用安全、適于食品或醫(yī)藥。人工合成的絮凝劑：聚丙烯酰胺類、聚苯乙烯類物和聚丙烯酸類聚合物等。人工合成的絮凝劑：聚丙烯酰胺類、聚苯乙烯類物和聚丙烯酸類聚合物等。 某些絮凝劑可能具有一定的毒性，在食品和醫(yī)藥工業(yè)的使用中應考慮最終能否從產(chǎn)品中除去。某些絮凝劑可能具有一定的毒性，在食品和醫(yī)藥工業(yè)的使用中應考慮最終能否從產(chǎn)品中除去。第12頁/共66頁第13頁/共66頁第14頁/共66頁初生

3、壁，次生壁初生壁，次生壁具有很高的機械強度具有很高的機械強度第15頁/共66頁第16頁/共66頁第17頁/共66頁常采用常采用。第18頁/共66頁n在工業(yè)規(guī)模的在工業(yè)規(guī)模的破碎中常采用破碎中常采用高速珠磨機。高速珠磨機。第19頁/共66頁第20頁/共66頁第21頁/共66頁細胞外形較完整、便于后步分細胞外形較完整、便于后步分離等；但酶水解價格高，故小離等；但酶水解價格高，故小規(guī)模應用較廣。規(guī)模應用較廣。第22頁/共66頁第23頁/共66頁第24頁/共66頁第25頁/共66頁第26頁/共66頁 離心分離方法離心分離方法（1 1）差速離心分離生化工業(yè)中最常用分離方法）差速離心分離生化工業(yè)中最常用分

4、離方法實際物系的特點、分離目的、分離程度實際物系的特點、分離目的、分離程度（目標產(chǎn)物和其它組分的性質(zhì)及相互作用等）（目標產(chǎn)物和其它組分的性質(zhì)及相互作用等）選擇適當?shù)牟僮鳁l件（離心轉(zhuǎn)數(shù)和時間）選擇適當?shù)牟僮鳁l件（離心轉(zhuǎn)數(shù)和時間）使料液的不同組分得到分級分離使料液的不同組分得到分級分離第27頁/共66頁細胞破碎液細胞破碎液 離心離心600g,10min沉降層沉降層/細胞核（細胞核（46m)上清液上清液(細胞膜碎片、線粒體、溶菌體細胞膜碎片、線粒體、溶菌體、核糖體、水溶性物質(zhì)、核糖體、水溶性物質(zhì)離心離心 (10000g,10min) 沉降層沉降層（細胞膜碎片、線（細胞膜碎片、線粒體、溶菌酶）粒體、溶

5、菌酶） 上清液上清液（核糖體、水溶性物質(zhì)（核糖體、水溶性物質(zhì)）離心（離心（100000g，3h)上清液上清液(水溶性物質(zhì)）水溶性物質(zhì)）沉降層（核糖體）沉降層（核糖體）細胞破碎液的差速離心分離細胞破碎液的差速離心分離第28頁/共66頁（2 2）區(qū)帶離心生化研究的重要分離手段）區(qū)帶離心生化研究的重要分離手段 （差速區(qū)帶離心和平衡區(qū)帶離心）（差速區(qū)帶離心和平衡區(qū)帶離心）l在離心管中用某種低分子溶質(zhì)（如蔗糖）調(diào)配好密度梯度（從大到小加入）在離心管中用某種低分子溶質(zhì)（如蔗糖）調(diào)配好密度梯度（從大到小加入）l在密度梯度之上加待處理的料液在密度梯度之上加待處理的料液l然后進行離心操作然后進行離心操作區(qū)帶離心

6、法可用于蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離純化，但處理量小，一般僅限于實驗室水平。區(qū)帶離心法可用于蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離純化，但處理量小，一般僅限于實驗室水平。第29頁/共66頁差速區(qū)帶離心差速區(qū)帶離心: : 密度梯度最大的密度密度梯度最大的密度待分離的目標產(chǎn)物密度待分離的目標產(chǎn)物密度得到純化的各組分得到純化的各組分在離心操作中在離心操作中料液中各個組分在密度梯度中以不同的速度沉降料液中各個組分在密度梯度中以不同的速度沉降據(jù)沉降系數(shù)差別形成各自的區(qū)帶據(jù)沉降系數(shù)差別形成各自的區(qū)帶經(jīng)過一定時間經(jīng)過一定時間分別汲取不同的區(qū)帶分別汲取不同的區(qū)帶第30頁/共66頁l料液中高分子物質(zhì)在與自身密度相等的

7、溶劑密度處形成穩(wěn)定的區(qū)帶。料液中高分子物質(zhì)在與自身密度相等的溶劑密度處形成穩(wěn)定的區(qū)帶。l區(qū)帶中的高分子物質(zhì)濃度以該密度處濃度為中心，呈高斯分布。區(qū)帶中的高分子物質(zhì)濃度以該密度處濃度為中心，呈高斯分布。離心的結(jié)果離心的結(jié)果第31頁/共66頁第32頁/共66頁第33頁/共66頁Q=Vg：具有面積的單位，稱為離心沉降面積，是離心機結(jié)構(gòu)和操作條件的函數(shù)。：具有面積的單位，稱為離心沉降面積，是離心機結(jié)構(gòu)和操作條件的函數(shù)。L:離心管長離心管長r2:離心機轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑離心機轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑：旋轉(zhuǎn)角速度：旋轉(zhuǎn)角速度2NN：離心機轉(zhuǎn)數(shù)（：離心機轉(zhuǎn)數(shù)（s-1)gL r2222 =1 1） 管式離心機管式離心機第34頁/共66

8、頁第35頁/共66頁處理能力處理能力Q=Vg2n(r13-r23)23gtan r1、r2分別為分離板的外徑和內(nèi)徑，分別為分離板的外徑和內(nèi)徑，n為分離板數(shù)，為分離板數(shù)， 為分離板與旋轉(zhuǎn)軸的夾角為分離板與旋轉(zhuǎn)軸的夾角.第36頁/共66頁第37頁/共66頁第38頁/共66頁第39頁/共66頁第40頁/共66頁lLspggdV18)(2=2.3.1離心沉降速度離心沉降速度重力重力g作用下的沉降速度作用下的沉降速度dP:粒徑，粒徑， S:顆粒密度，顆粒密度， L：液體密度，：液體密度，L：液體粘度：液體粘度第41頁/共66頁LLspsrNdv9)(2222=22)(181rdVLsps=r: 粒子的離

9、心半徑粒子的離心半徑，：旋轉(zhuǎn)角速度，：旋轉(zhuǎn)角速度，N：離心機轉(zhuǎn)速（：離心機轉(zhuǎn)速（s-1)離心沉降速度離心沉降速度旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)角速度=2N第42頁/共66頁22)(181rdVLLsps=沉降系數(shù)沉降系數(shù) S S ：是溶劑物性的函數(shù)，是溶劑物性的函數(shù)，是溶質(zhì)顆粒濃度的函數(shù)（成反比），是溶質(zhì)顆粒濃度的函數(shù)（成反比），是溶質(zhì)相對分子量的函數(shù)（成正比）是溶質(zhì)相對分子量的函數(shù)（成正比）2Srdtdrvs= =22)(181rdVLLsps=S第43頁/共66頁t=ln(R2/R1)S2R1、R2：旋轉(zhuǎn)軸中心到樣品液表面和離心管底部的垂直距離：旋轉(zhuǎn)軸中心到樣品液表面和離心管底部的垂直距離旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)角

10、速度2N N：離心機轉(zhuǎn)數(shù)（：離心機轉(zhuǎn)數(shù)（s-1)2.3.4 分離因數(shù)分離因數(shù) Z=42N2r/g 是離心力與重力的比值，是離心力與重力的比值， 是衡量離心程度的參數(shù)是衡量離心程度的參數(shù)（r: 粒子的離心半徑）粒子的離心半徑）第44頁/共66頁（差速區(qū)帶離心和平衡區(qū)帶離心）（差速區(qū)帶離心和平衡區(qū)帶離心）2.3.5 離心分離方法（差速離心及區(qū)帶離心）離心分離方法（差速離心及區(qū)帶離心）（1）差速離心分離生化工業(yè)中最常用分離方法）差速離心分離生化工業(yè)中最常用分離方法實際物系的特點、分離目的、分離程度實際物系的特點、分離目的、分離程度（目標產(chǎn)物和其它組分的性質(zhì)及相互作用等）（目標產(chǎn)物和其它組分的性質(zhì)及相

11、互作用等）選擇適當?shù)牟僮鳁l件（離心轉(zhuǎn)數(shù)和時間）選擇適當?shù)牟僮鳁l件（離心轉(zhuǎn)數(shù)和時間）使料液的不同組分得到分級分離使料液的不同組分得到分級分離第45頁/共66頁細胞破碎液細胞破碎液 離心離心600g,10min沉降層沉降層/細胞核（細胞核（46m)上清液上清液(細胞膜碎片、線粒體、溶菌體細胞膜碎片、線粒體、溶菌體、核糖體、水溶性物質(zhì)、核糖體、水溶性物質(zhì)離心離心 (10000g,10min) 沉降層沉降層（細胞膜碎片、線（細胞膜碎片、線粒體、溶菌酶）粒體、溶菌酶） 上清液上清液（核糖體、水溶性物質(zhì)（核糖體、水溶性物質(zhì)）離心（離心（100000g，3h)上清液上清液(水溶性物質(zhì)）水溶性物質(zhì)）沉降層（核

12、糖體）沉降層（核糖體）細胞破碎液的差速離心分離細胞破碎液的差速離心分離第46頁/共66頁（2）區(qū)帶離心生化研究的重要分離手段）區(qū)帶離心生化研究的重要分離手段 （差速區(qū)帶離心和平衡區(qū)帶離心）（差速區(qū)帶離心和平衡區(qū)帶離心）l在離心管中用某種低分子溶質(zhì)（如蔗糖）調(diào)配好密度梯度（從大到小加入），在離心管中用某種低分子溶質(zhì)（如蔗糖）調(diào)配好密度梯度（從大到小加入），l在密度梯度之上加待處理的料液在密度梯度之上加待處理的料液l然后進行離心操作。然后進行離心操作。區(qū)帶離心法可用于蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離純化，但處理量小，一般僅限于實驗室水平。區(qū)帶離心法可用于蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分離純化，但處理量小

13、，一般僅限于實驗室水平。第47頁/共66頁差速區(qū)帶離心差速區(qū)帶離心: 密度梯度最大的密度密度梯度最大的密度待分離的目標產(chǎn)物密度待分離的目標產(chǎn)物密度.得到純化的各組分得到純化的各組分在離心操作中在離心操作中料液中各個組分在密度梯度中以不同的速度沉降料液中各個組分在密度梯度中以不同的速度沉降據(jù)沉降系數(shù)差別形成各自的區(qū)帶據(jù)沉降系數(shù)差別形成各自的區(qū)帶經(jīng)過一定時間經(jīng)過一定時間分別汲取不同的區(qū)帶分別汲取不同的區(qū)帶第48頁/共66頁l料液中高分子物質(zhì)在與自身密度相等的溶劑密度處形成穩(wěn)定的區(qū)帶。料液中高分子物質(zhì)在與自身密度相等的溶劑密度處形成穩(wěn)定的區(qū)帶。l區(qū)帶中的高分子物質(zhì)濃度以該密度處濃度為中心，呈高斯分布

14、。區(qū)帶中的高分子物質(zhì)濃度以該密度處濃度為中心，呈高斯分布。離心的結(jié)果離心的結(jié)果第49頁/共66頁第50頁/共66頁Q=Vg：具有面積的單位，稱為離心沉降面積，是離心機結(jié)構(gòu)和操作條件的函數(shù)。：具有面積的單位，稱為離心沉降面積，是離心機結(jié)構(gòu)和操作條件的函數(shù)。L:離心管長離心管長r2:離心機轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑離心機轉(zhuǎn)筒內(nèi)徑：旋轉(zhuǎn)角速度：旋轉(zhuǎn)角速度2NN：離心機轉(zhuǎn)數(shù)（：離心機轉(zhuǎn)數(shù)（s-1)gL r2222 =1） 管式離心機管式離心機第51頁/共66頁處理能力處理能力Q=Vg2n(r13-r23)23gtan r1、r2分別為分離板的外徑和內(nèi)徑，分別為分離板的外徑和內(nèi)徑，n為分離板數(shù)，為分離板數(shù)， 為分離板與旋

15、轉(zhuǎn)軸的夾角為分離板與旋轉(zhuǎn)軸的夾角.第52頁/共66頁V=P(RC+Rm)P:壓力差：濾液粘度RC：濾餅阻力Rm：過濾介質(zhì)阻力第53頁/共66頁2.4.2 傳統(tǒng)過濾設(shè)備（封頭過濾）傳統(tǒng)過濾設(shè)備（封頭過濾）1）板框壓濾機）板框壓濾機 傳統(tǒng)的過濾設(shè)備，至今仍在各個領(lǐng)域廣泛應用，發(fā)酵工業(yè)中以抗菌素生產(chǎn)廠用得最多。傳統(tǒng)的過濾設(shè)備，至今仍在各個領(lǐng)域廣泛應用，發(fā)酵工業(yè)中以抗菌素生產(chǎn)廠用得最多。 結(jié)構(gòu)簡單，裝配緊湊，過濾面積大；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允許采用較大的操作壓力 ，輔助設(shè)備及動力消耗少，過濾和洗滌的質(zhì)量好；，輔助設(shè)備及動力消耗少，過濾和洗滌的質(zhì)量好；能分離某些含固形物

16、較少的、難以過濾的懸浮液或膠體懸浮液，對固形物含量高的懸液也能適用；能分離某些含固形物較少的、難以過濾的懸浮液或膠體懸浮液，對固形物含量高的懸液也能適用；濾餅的含水率低，可洗滌，維修方便；濾餅的含水率低，可洗滌，維修方便； 第54頁/共66頁板框壓濾機的缺點是設(shè)備笨重，間歇操作，裝拆板框勞動強度大，占地面積多，輔助時間長，生產(chǎn)效率低板框壓濾機的缺點是設(shè)備笨重，間歇操作，裝拆板框勞動強度大，占地面積多，輔助時間長，生產(chǎn)效率低。第55頁/共66頁第56頁/共66頁3） 過濾離心過濾離心 應用離心力代替壓力差作為過濾推動力的分離方法。應用離心力代替壓力差作為過濾推動力的分離方法。 第57頁/共66頁

17、幾乎所有的用膜進行的生化固液分離都采用切向流的方式。幾乎所有的用膜進行的生化固液分離都采用切向流的方式。第58頁/共66頁第59頁/共66頁2.4.5 過濾介質(zhì)的種類及其選擇過濾介質(zhì)的種類及其選擇 【了解了解】(1)無定形顆粒、顆?；钚蕴康龋沙涮钣谶^濾器內(nèi)作澄清過濾用。無定形顆粒、顆粒活性炭等，可充填于過濾器內(nèi)作澄清過濾用。(2)成形顆粒：燒結(jié)金屬、燒結(jié)塑料等，做成圓筒形或板狀用于澄清過濾。成形顆粒：燒結(jié)金屬、燒結(jié)塑料等，做成圓筒形或板狀用于澄清過濾。(3)非金屬織布：棉，化學纖維非金屬織布：棉，化學纖維(維尼龍、尼龍等維尼龍、尼龍等)、長纖維濾布與短纖維濾布、長纖維濾布與短纖維濾布 (4)

18、金屬織物：主要用于預涂層的場合金屬織物：主要用于預涂層的場合(5)無紡布等：紙、氈、石棉板以及合成纖維無紡布等，大多用精密過濾無紡布等：紙、氈、石棉板以及合成纖維無紡布等，大多用精密過濾第60頁/共66頁雙水相萃取是水相中加入高分子化合物形成密度不同的兩相，用于萃取蛋白質(zhì)。雙水相萃取是水相中加入高分子化合物形成密度不同的兩相，用于萃取蛋白質(zhì)。l膜分離速度慢，易出現(xiàn)污染和蛋白質(zhì)滯留。膜分離速度慢，易出現(xiàn)污染和蛋白質(zhì)滯留。l用離心機分離不易除掉某些絮狀小碎片用離心機分離不易除掉某些絮狀小碎片第61頁/共66頁表面活性強的物質(zhì)優(yōu)先吸附于分散相（氣相）與連續(xù)相的界面處，被氣泡帶出連續(xù)相而達到濃縮。表面活性強的物質(zhì)優(yōu)先吸附于分散相（氣相）與連續(xù)相的界面處，被氣泡帶出連續(xù)相而達到濃縮。泡沫分離操作簡單、耗能低，適于較低濃度下的分離。泡沫分離操作簡單、耗能低，適于較低濃度下的分離。原理原理第62頁/共66頁應用：在生物技術(shù)領(lǐng)域主要用于細胞收集或去除、蛋白質(zhì)和酶的提取及天然產(chǎn)物的濃縮和分離。應用：在生物技術(shù)領(lǐng)域主要用于細胞收集或去除、蛋白質(zhì)和酶的提取及天然產(chǎn)物的濃縮和分離。第63頁/共66頁發(fā)酵液的預處理發(fā)酵液的預處理預