生化分离工程：1-1 预处理和初分离

1、1 2 1.1 发酵液的预处理发酵液的预处理 1.2 固液分离固液分离 1.3 细胞破碎细胞破碎 1.4 包涵体的处理包涵体的处理 3 4 n悬浮液：悬浮液： 固体颗粒在固体颗粒在0.1 m以上的固液分散体系。以上的固液分散体系。 n培养液的组成：培养液的组成： 水水 70-90% 固体细胞及碎片固体细胞及碎片10-30%(对微生物发酵对微生物发酵) 少量的代谢产物少量的代谢产物 细胞破裂后的内容物细胞破裂后的内容物 残存的培养基成分残存的培养基成分 一、概述一、概述 第一节第一节 发酵液的预处理发酵液的预处理 1、 5 n浓度较低，浓度较低，1-10%1-10%，悬浮液中大部分是水；，悬浮液

2、中大部分是水； n悬浮物悬浮物颗粒小颗粒小，相对密度与液相相差不大；，相对密度与液相相差不大； n固体粒子固体粒子可压缩性大可压缩性大； n液相液相粘度大粘度大，大多为非牛顿型流体；，大多为非牛顿型流体； n性质性质不稳定不稳定，随时间变化，随时间变化-易受空气氧化、微易受空气氧化、微 生物污染、生物污染、蛋白酶水解蛋白酶水解等作用的影响。等作用的影响。 6 萃取法提取，易产生乳化现象，不利于两相分离。萃取法提取，易产生乳化现象，不利于两相分离。 离子交换或吸附法提取，影响对产物吸附能力。离子交换或吸附法提取，影响对产物吸附能力。 膜过滤提取，易产生浓差极化，降低滤速，膜易膜过滤提取，易产生浓

3、差极化，降低滤速，膜易 受污染。受污染。 2、发酵液中主要杂质及其对分离的影响、发酵液中主要杂质及其对分离的影响 高价无机离子高价无机离子 当采用离子交换法提取产物时，影响树脂对生化物当采用离子交换法提取产物时，影响树脂对生化物 质的交换容量质的交换容量 粘度粘度,杂蛋白杂蛋白 7 n改变发酵液的物理性质改变发酵液的物理性质(黏度黏度、颗粒、颗粒 、 颗粒稳定性等颗粒稳定性等)，固液分离速度，固液分离速度 ，分离器，分离器 分离效率分离效率 ； n去杂质去杂质 ，特别对后续影响较大的，特别对后续影响较大的 n目标产物转移其中一相目标产物转移其中一相(多数为液相多数为液相)； 预处理的目的预处理

4、的目的 8 n加热加热 n调调pHpH值值 n凝聚及絮凝凝聚及絮凝 n加水稀释法加水稀释法 n冷冻冷冻- -解冻解冻 n去除高价无机离子去除高价无机离子 钙镁铁钙镁铁 n去除色素去除色素 n去除可溶性蛋白去除可溶性蛋白 n降低粘度降低粘度 n增加粒度增加粒度 n去除杂质去除杂质 n便于分离便于分离 二、二、 发酵液预处理的基本方法发酵液预处理的基本方法 9 n最简单和最廉价的处理方法。最简单和最廉价的处理方法。 n黏度黏度 、促凝聚、固体成分体积、促凝聚、固体成分体积 、破坏凝、破坏凝 胶结构、增加空隙率、去蛋白胶结构、增加空隙率、去蛋白 n增加料液的操作特性，可以同时对其灭菌。增加料液的操作

5、特性，可以同时对其灭菌。 n发酵液温度从发酵液温度从2020升温至升温至5050，粘度降低，粘度降低45%45% 1、加热、加热 |只适合于对热稳定性的产物只适合于对热稳定性的产物。 |注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。 10 0 0 200 400 600 612 18 pH4.6 pH4.2 pH3.8 pH2.8 FiltrateVolume/cm 3 Time/min pH值对过滤量的影响 2、调、调pH值：方法简单有效、成本低廉；值：方法简单有效、成本低廉； 11 调节pH的其它作用 n对絮凝有促进作用：细胞、细胞碎片

6、及某些胶体物质在某对絮凝有促进作用：细胞、细胞碎片及某些胶体物质在某 pH值下可絮凝，利于过滤。值下可絮凝，利于过滤。 n胞内转至胞外。例如四环素类抗生素与钙镁等结合，沉积胞内转至胞外。例如四环素类抗生素与钙镁等结合，沉积 于菌丝体中，草酸酸化，转入水相于菌丝体中，草酸酸化，转入水相 要求：避免过度酸化，碱化，稳定存在要求：避免过度酸化，碱化，稳定存在 常用草酸，有机酸常用草酸，有机酸 12 n凝聚凝聚指在指在电解质电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用下，由于胶粒之间双电层电排斥 作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定而的现象；作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定而的现象； n絮凝絮凝

7、指在某些指在某些高分子絮凝剂高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，存在下，基于桥架作用， 使胶粒形成较大絮凝团的过程。使胶粒形成较大絮凝团的过程。 有效改变分散状态，聚结成较大颗粒，有效改变分散状态，聚结成较大颗粒，提高过滤速率提高过滤速率。 有效地除去杂蛋白和固体杂质，有效地除去杂蛋白和固体杂质，提高滤液质量提高滤液质量。 3、 凝聚和絮凝凝聚和絮凝 13 凝聚剂种类凝聚剂种类： A、无机盐类，如硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、无机盐类，如硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁 B、无机碱，如、无机碱，如Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、CaO等；等； C、聚合无机盐，如聚合铝、聚合铁。、

8、聚合无机盐，如聚合铝、聚合铁。 机理机理：A、破坏双电层，、破坏双电层，B、胶体吸附、胶体吸附 C、氢键结合、氢键结合 1）凝聚作用）凝聚作用 原因：发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子双电原因：发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子双电 层的结构使胶粒之间不易聚集而保持稳定的分散状态。层的结构使胶粒之间不易聚集而保持稳定的分散状态。 14 阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为： Al3+ Fe3+ H+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Li+ 常用的凝聚剂电解质有：常用的凝聚剂电解质有： 硫酸铝硫酸铝 Al2(SO4)318H2O； 氯化铝氯化铝

9、 AlCl36H2O; 三氯化铁三氯化铁 FeCl3; 硫酸亚铁硫酸亚铁 FeSO47H2O ； 石灰；石灰；ZnSO4；MgCO3 15 2）絮凝作用）絮凝作用- 16 n絮凝：高分子聚合物的链节吸附在不同的胶粒表面絮凝：高分子聚合物的链节吸附在不同的胶粒表面 上，产生桥架联结，形成较大的絮团的过程。上，产生桥架联结，形成较大的絮团的过程。 n絮凝团大小：絮凝团大小：10 mm n絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，长链线状，长链线状， 分子量可高达数万至千万以上，含有相当多的活性分子量可高达数万至千万以上，含有相当多的活性 功能团（阴离子型、阳离子型、非离

10、子型）功能团（阴离子型、阳离子型、非离子型）它们通它们通 过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸 附在胶粒的表面。附在胶粒的表面。 17 18 1）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙 烯类衍生物；烯类衍生物； 2）无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等；）无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等； 3）天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、）天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、 明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。 目前常用的

11、高分子聚合物絮凝剂目前常用的高分子聚合物絮凝剂-聚丙烯酰胺类衍生物聚丙烯酰胺类衍生物 有机合成的聚丙烯酰胺类衍生物，根据活性基团在水中解离有机合成的聚丙烯酰胺类衍生物，根据活性基团在水中解离 情况不同，可分为三类：情况不同，可分为三类： 非离子型非离子型 阴离子型（含有羧基）阴离子型（含有羧基） 阳离子型（含有胺基）阳离子型（含有胺基） 工业上使用的絮凝剂可分为三类：工业上使用的絮凝剂可分为三类： 19 聚丙烯酰胺类絮凝剂的聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点优点 l 用量少，一般以用量少，一般以mg/L计量；计量； l 絮凝体粗大，分离效果好；絮凝体粗大，分离效果好； l 絮凝速度快；絮凝速度快； l

12、种类多，适用范围广。种类多，适用范围广。 聚丙烯酰胺类絮凝剂的聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点缺点 u存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺，存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺， 用于食品和医药工业时应谨慎。用于食品和医药工业时应谨慎。 20 1) 絮凝剂浓度絮凝剂浓度 2) 絮凝剂分子量絮凝剂分子量 3) 絮凝剂类型絮凝剂类型 4) 溶液的溶液的pH 5) 搅拌速度和时间搅拌速度和时间 6) 发酵液的性质发酵液的性质 影响絮凝效果的因素：影响絮凝效果的因素： 21 絮凝剂浓度絮凝剂浓度 浓度增加有助于架桥充分，但是过多的加量会引起吸浓度增加有助于架桥充分，但是过多的加量会引起吸 附饱和，在胶

13、粒上形成覆盖层而产生再次稳定现象。附饱和，在胶粒上形成覆盖层而产生再次稳定现象。 22 23 分子量提高、链增长，可使架桥效果明显，但分子量分子量提高、链增长，可使架桥效果明显，但分子量 不能超过一定的限度，因为随分子量提高，高分子絮凝剂不能超过一定的限度，因为随分子量提高，高分子絮凝剂 的水溶性降低，因此，分子量的选择应适当，的水溶性降低，因此，分子量的选择应适当， 高分子絮凝剂分子量高分子絮凝剂分子量 24 溶液溶液pH的变化会影的变化会影 响絮凝剂功能团的电离响絮凝剂功能团的电离 度，从而影响分子链的度，从而影响分子链的 伸展形态。伸展形态。 电离度电离度增大，链节上增大，链节上 相邻离

14、子基团间的电排相邻离子基团间的电排 斥作用，使分子链从卷斥作用，使分子链从卷 曲状态变为伸展状态，曲状态变为伸展状态， 架桥能力提高。架桥能力提高。 25 n絮凝剂的类型絮凝剂的类型 q阳离子型阳离子型絮凝剂适合酸性和中性环境；细胞壁表面带有负电絮凝剂适合酸性和中性环境；细胞壁表面带有负电 ，多选用阳离子型。，多选用阳离子型。 q阴离子型阴离子型絮凝剂适合中性和碱性环境；絮凝剂适合中性和碱性环境； q非离子型非离子型絮凝剂适合从强酸性到碱性环境。絮凝剂适合从强酸性到碱性环境。 n搅拌速度和时间搅拌速度和时间 速度不宜过快，时间不宜过长速度不宜过快，时间不宜过长 n发酵液的性质（细胞浓度，表面电

15、荷）；发酵液的性质（细胞浓度，表面电荷）； 26 微生物絮凝剂微生物絮凝剂 n新型絮凝剂，微生物或其分泌物，具有絮凝细胞功能新型絮凝剂，微生物或其分泌物，具有絮凝细胞功能 n包括：包括： q直接利用微生物细胞的絮凝剂直接利用微生物细胞的絮凝剂 q利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂 q克隆技术所获得的絮凝剂克隆技术所获得的絮凝剂 n主要成分：糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物主要成分：糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物 质。质。 n优点：安全，无毒和不污染环境优点：安全，无毒和不污染环境。 27 常见微生物絮凝剂种类常见微生物絮凝剂种类 1 1、微生物絮凝剂

16、的商业化生产始于、微生物絮凝剂的商业化生产始于2020世纪世纪9090年代，如红平年代，如红平 红球菌及由此制成的红球菌及由此制成的NOC-1NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂是目前发现的最佳微生物絮凝剂 2 2、浮游藻类、草分枝杆茵、硅酸盐芽孢杆菌。、浮游藻类、草分枝杆茵、硅酸盐芽孢杆菌。 28 4、高价无机离子的去除高价无机离子的去除 Ca 2+ -生长所必须元素生长所必须元素 去除剂：草酸或钠盐去除剂：草酸或钠盐 草酸钙促进蛋白质凝固，提高滤液过滤速度和滤液草酸钙促进蛋白质凝固，提高滤液过滤速度和滤液 质量质量 链霉素发酵液预处理方法：草酸量链霉素发酵液预处理方法：草酸量8-12kg

17、/m3 搅拌搅拌 30-60min，调，调pH2.8-3.5以除去金属离子。以除去金属离子。 29 nMg 2+ - 三聚磷酸盐三聚磷酸盐 三聚磷酸钠（三聚磷酸钠（NaNa5 5P P3 3O O10 10）， ）， 对钙镁鉄离子都有作用对钙镁鉄离子都有作用 nFe 3+ -黄血盐，碱化黄血盐，碱化 生成物：普鲁士蓝，氢氧化铁生成物：普鲁士蓝，氢氧化铁 30 5、杂蛋白去除方法杂蛋白去除方法 蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。 l在酸性溶液中带正电荷；在酸性溶液中带正电荷； l在碱性溶液中带负电荷。在碱性溶液中带负电荷。 在某一在某一pH下，净电荷为零，溶

18、解度最小下，净电荷为零，溶解度最小-等电点。等电点。 沉淀法沉淀法 31 l在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子，如三氯乙酸盐、水，如三氯乙酸盐、水 杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉 淀；淀； l在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子，在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子，如如Ag+、Cu+、 Zn+、Fe+和和Pb+等形成沉淀。等形成沉淀。 酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。 32 变性法变性法 加热，加热， 大幅度调节大幅度调节pH值，值， 加酒精、丙酮等有机溶剂

19、或表面活性剂等。加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。 不足之处不足之处 a. 加热法只适合于对热较稳定的目的产物；加热法只适合于对热较稳定的目的产物； b. 极端极端pH值也会导致某些目的产物失活，且要消耗大量酸碱；值也会导致某些目的产物失活，且要消耗大量酸碱； c. 有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。 33 在四环素类抗生素中，采用黄血盐和硫酸锌的协同在四环素类抗生素中，采用黄血盐和硫酸锌的协同 作用生成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质；作用生成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质； 在枯草杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二

20、钠，在枯草杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二钠， 两者生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶两者生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶 性粒子吸附并包裹在其中除去。性粒子吸附并包裹在其中除去。 吸附法吸附法 34 一一 过滤过滤 以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液以某种多孔物质为介质，在外力的作用下，使悬浮液 中的液体通过介质的孔道，而大于孔径的固体颗粒被中的液体通过介质的孔道，而大于孔径的固体颗粒被 截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。 第二节第二节 分离方法分离方法 要求：滤速快、滤液澄清，高收率。要求：滤速快、滤液澄清，高收

21、率。 35 滤浆：原悬浮液。滤浆：原悬浮液。 滤饼：截留的固体物滤饼：截留的固体物 质。质。 过滤介质：多孔物质。过滤介质：多孔物质。 滤液：通过多孔通道的滤液：通过多孔通道的 液体。液体。 过滤操作示意图过滤操作示意图 ( (滤饼过滤滤饼过滤) ) （一）概述（一）概述 1 1、常规过滤常规过滤操作操作 36 2 2、过滤基础理论、过滤基础理论 Darcy定理定理 U = 流体的速度流体的速度(in: m/s)， p = 压力差压力差(in: Pa)，l = 床层厚度床层厚度(in: m)，K = Darcys 渗透系数，与流体和床层的性质有关。渗透系数，与流体和床层的性质有关。 37 膜面

22、上堆积的颗粒随着时间的增加而增加，过滤阻力增膜面上堆积的颗粒随着时间的增加而增加，过滤阻力增 大，膜渗透速率下降。大，膜渗透速率下降。 要周期性停下来清洗膜表面的污染层，或者更换膜。要周期性停下来清洗膜表面的污染层，或者更换膜。 操作简单，适于小规模场合。操作简单，适于小规模场合。 常规过滤常规过滤 38 n菌种：真菌，放线菌，细菌菌种：真菌，放线菌，细菌 n培养基：黄豆，花生，淀粉，后期加培养基：黄豆，花生，淀粉，后期加 油油-未用完培养基未用完培养基 n发酵时间：菌丝自溶前放罐发酵时间：菌丝自溶前放罐 n助滤剂助滤剂 3、发酵条件与过滤、发酵条件与过滤 霉菌和放线菌为丝状菌，体形较大，发酵

23、霉菌和放线菌为丝状菌，体形较大，发酵 液采用过滤方法；液采用过滤方法； 细菌和酵母菌为单细胞，体形较小，其发细菌和酵母菌为单细胞，体形较小，其发 酵液采用高速离心分离，如对发酵液进行酵液采用高速离心分离，如对发酵液进行 预处理，也可用过滤进行固液分离。预处理，也可用过滤进行固液分离。 39 （二）二）过滤介质过滤介质 无定形颗粒：无烟煤、砂、颗粒活性炭等无定形颗粒：无烟煤、砂、颗粒活性炭等 成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂 粘结的硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。粘结的硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。 非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织

24、品、长纤非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织品、长纤 维滤布、短纤维滤布。维滤布、短纤维滤布。 金属织布：不锈钢丝或铁丝等的织布。金属织布：不锈钢丝或铁丝等的织布。 无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺布等。无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺布等。 40 （三）（三） 改善过滤性能的方法改善过滤性能的方法 对于难过滤的发酵液，必须设法改善过滤性能、降低滤对于难过滤的发酵液，必须设法改善过滤性能、降低滤 饼的比阻值，以提高过滤速度。饼的比阻值，以提高过滤速度。 改善过滤性能的方法：改善过滤性能的方法： 1、预处理发酵液。等电点，蛋白质变性、吸附以及凝聚、预处理发酵液。等电点，蛋白质变性、吸附以及

25、凝聚 和絮凝等方法和絮凝等方法。 2、加入助滤剂，直接在发酵液中形成填充一凝固剂。、加入助滤剂，直接在发酵液中形成填充一凝固剂。 3、酶解作用、酶解作用 41 2. 2. 加入助滤剂加入助滤剂 n助滤剂助滤剂:不可压缩的多孔微粒，使滤饼疏松，滤速增大。不可压缩的多孔微粒，使滤饼疏松，滤速增大。 悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上， 改变了滤饼结构，降低了过滤阻力。改变了滤饼结构，降低了过滤阻力。 n常用的助滤剂有：常用的助滤剂有： 硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭 粒、膨胀珍珠岩、未活化的炭、炉渣、

26、重质碳酸钙及其混粒、膨胀珍珠岩、未活化的炭、炉渣、重质碳酸钙及其混 合物。合物。 n助滤剂特点：颗粒均匀、质地坚硬、粒状物质，助滤剂特点：颗粒均匀、质地坚硬、粒状物质， 42 n用量标准用量标准：A A、单位质量助滤剂所产生的最大滤液产、单位质量助滤剂所产生的最大滤液产 量；量；B B、最快流速、最快流速 n使用方法使用方法：A A、预涂层；、预涂层；B B、按一定比率混合。、按一定比率混合。 n最常用助滤剂最常用助滤剂：硅藻土：硅藻土 n细粒，用量为细粒，用量为500 g/m3；中等粒度，用量；中等粒度，用量700 g/m3； 粗粒，用量粗粒，用量700-1000 g/m3。 43 Time

27、/min 18 (b)Effectoffilteraid 1%filter aidinfeed 2% 3% 5% 0 0 100 400 600 612 FiltrateVolume/cm3 助滤剂对过滤量的影响助滤剂对过滤量的影响 44 v 如果发酵液中有不溶解的多糖存在，则最好用酶将它转化如果发酵液中有不溶解的多糖存在，则最好用酶将它转化 为单糖，以提高过滤速度。为单糖，以提高过滤速度。 v 例如：例如：万古霉素用淀粉作培养基，加入淀粉酶后，能使过万古霉素用淀粉作培养基，加入淀粉酶后，能使过 滤速度加快。滤速度加快。 3、采用酶制剂分解黏性物质、采用酶制剂分解黏性物质 45 滤饼滤饼 传统

28、的过滤 cake Conventional filtration 46 （四）错流过滤（四）错流过滤 维持恒压下高速过维持恒压下高速过 滤的技术，操作特滤的技术，操作特 点：悬浮液在过滤点：悬浮液在过滤 介质表面作切向流介质表面作切向流 动，其剪切作用将动，其剪切作用将 过滤介质表面的固过滤介质表面的固 体（滤饼）移走。体（滤饼）移走。 47 48 特点特点 n介质阻力大介质阻力大 n不能得到干滤饼不能得到干滤饼 n 需要大的膜面积需要大的膜面积 n 收率高收率高 （97-98%） n 质量好质量好 n 减少处理步骤减少处理步骤 n 染菌罐也能进行处理染菌罐也能进行处理 49 企业常用过滤设备

29、企业常用过滤设备 q传统的板框式传统的板框式 过滤机过滤机 q旋转式真空过旋转式真空过 滤设备滤设备 （五）（五） 50 过滤设备过滤设备 板框压滤机板框压滤机 优点优点 过滤面积大，结构过滤面积大，结构 简单，价格低，动简单，价格低，动 力消耗少，对不同力消耗少，对不同 过滤特性的发酵液过滤特性的发酵液 适应性强。适应性强。 缺点缺点 不能连续操作，设不能连续操作，设 备笨重，劳动强度备笨重，劳动强度 大，卫生条件差，大，卫生条件差， 非过滤的辅助时间非过滤的辅助时间 较长。较长。 广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、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发酵液

30、的固液分离。适合于酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于 固体含量固体含量1-10%的悬浮液的分离。的悬浮液的分离。 51 板框压滤机：由滤板、滤框排列构成滤室，在输料泵的压力作板框压滤机：由滤板、滤框排列构成滤室，在输料泵的压力作 用下，将料液送进各滤室，通过过滤介质实现固液分离。用下，将料液送进各滤室，通过过滤介质实现固液分离。 广泛应用于化工、染料、石油、陶瓷、制药、制糖、食品、淀广泛应用于化工、染料、石油、陶瓷、制药、制糖、食品、淀 粉及各行业的污水处理等粉及各行业的污水处理等 52 板框压滤机板框压滤机 （链接）（链接） 53 应用：大规模生物分离，低黏度发酵液应用：大规模生物分

31、离，低黏度发酵液 优点：、大规模，自动化、操作简单。优点：、大规模，自动化、操作简单。 、滤布装卸容易、易保养维护。、滤布装卸容易、易保养维护。 、特别适合固体含量大（、特别适合固体含量大（1010）的悬浮液，广泛）的悬浮液，广泛 用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离。用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离。 缺点：、占地大，单位体积利用率低。缺点：、占地大，单位体积利用率低。 、周期性中断进料、滤布利用率低。、周期性中断进料、滤布利用率低。 、受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的、受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的 细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干

32、度不如加压过滤。细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机 54 55 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机 n封闭型的可过滤挥发性和封闭型的可过滤挥发性和 有生物危害物质，一般用有生物危害物质，一般用 于小规模生产。于小规模生产。 56 离心分离离心分离 在液相非均一系统中，利用离心力达到液液、液固、在液相非均一系统中，利用离心力达到液液、液固、 液液固分离的方法，统称为离心分离。液液固分离的方法，统称为离心分离。 （一）概述（一）概述 二二 离心分离离心分离 优点：优点： 1.1.分离速度快，分离效率高、液相澄清度好；分离速度快，分离效率高、液相澄清度好；

33、2.2.适用于：适用于： n难过滤的发酵液：不能过滤的悬浮液，以及忌用助滤剂、或助滤剂无效的悬难过滤的发酵液：不能过滤的悬浮液，以及忌用助滤剂、或助滤剂无效的悬 浮液；浮液； n其他难分离的固液分离；其他难分离的固液分离； n互不相溶液互不相溶液液分离，如液液萃取；液分离，如液液萃取； n特殊离心：密度梯度分离，超离心分离特殊离心：密度梯度分离，超离心分离 缺点：缺点： n分离得到的不是滤饼一样的半干物，而是浆状物；分离得到的不是滤饼一样的半干物，而是浆状物； n处理量小；处理量小； n设备投资高、能耗大。设备投资高、能耗大。 特点 （二）（二） 离心分离原理离心分离原理 离心沉降：依靠离心力

34、的作用，使流体中的离心沉降：依靠离心力的作用，使流体中的 颗粒产生沉降运动，称为离心沉降。颗粒产生沉降运动，称为离心沉降。 沉降速度沉降速度(服从斯托克斯定律服从斯托克斯定律)为为 2 2 1 8 p rp d r u 最终沉降速率与粒子直径的平方成正比，与粒子和流体最终沉降速率与粒子直径的平方成正比，与粒子和流体 的密度差成正比，而与流体的粘度成反比；的密度差成正比，而与流体的粘度成反比； （三（三 ） 分类分类 普通离心机普通离心机高速离心机高速离心机超速离心机超速离心机 最大转速 (rpm) 600025000可达75000以上 最大RCF（g ） 600089000可达510000以上

35、 分离形式固液沉淀固液沉淀分离密度梯度区带分离或差速沉 降分离 转子角式和外摆式 转子 角式、外摆式转子等角式、外摆式、区带转子等 仪器结构性 能和特点 速率不能严格 控制，多数室 温下操作 有消除空气和转子间摩擦 热的制冷装置，速率和温 度控制较准确、严格。 备有消除转子与空气摩擦热 的真空和冷却系统，有更为 精确的温度和速度控制、监 测系统、有保证转子正常运 转的传动和制动装置等 应用收集易沉降的 大颗粒（如酵 母细胞等） 收集微生物、细胞碎片、 大细胞器、硫酸铵沉淀物 和免疫沉淀物等。但不能 有效沉淀病毒、小细胞器 （如核糖体）、蛋白质等 大分子。 主要分离细胞器、病毒、核 酸、蛋白质、

36、多糖等甚至能 分开分子大小相近的同位素 标记物15N-DNA和未标记的 DNA。 1.1.管式离心机管式离心机 n应用：应用：A、液-液分离(连续式)，B、低固体含 量(1%)的固-液分离(间歇式)。 n主要技术指标：主要技术指标：A、离心管直径40-150mm， 长径比4-8；B、离心强度800015000g；C、 处理能力100-400L/h；D、适应的颗粒直径 0.01-100m，固液密度差大于0.01g/cm3，固 体含量小于1% n优点：优点：A、结构简单，价廉，B、分离效果好 ，分离因子高800015000g n缺点：缺点：A、处理能力有限; nB、低固体含量的悬浮液(1%) （四）常用离心设备（四）常用离心设备 n最简单，可提供较最简单，可提供较 大离心力；大离心力； n管状离心机可以冷管状离心机可以冷 却，热不稳定物质却，热不稳定物质 生产有利；生产有利； n悬浮液由管底进，悬浮液由管底进， 澄清液由管口流出澄清液由管口流出 。 Tubular bowl n管壁上沉积物为浓浆管壁上沉积物为浓浆 n可连续加料，固体流出物损失使离心不能可连续加料，固体流出物损失使离心不能 正常进行，须定时拆卸、清洗，这种间断正常进行，须定时拆卸、清洗，这种间断 性操作也是最大的缺点性操作也是最大的缺点 适用范围适用范围 细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸等。