生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座

14.发酵液预处理和固液分离生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第1页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第2页影响发酵液后处理主要原因粘度,杂蛋白影响树脂对产物吸附能力；在萃取操作中，易产生乳化，不利于两相分离；污染滤膜，降低滤速高价无机离子当采取离子交换法提取产物时，影响树脂对生化物质交换容量14.1发酵液预处理降低发酵液粘度去除杂蛋白生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第3页14.1.1凝聚和絮凝技术这两项技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子分散状态、使之聚集，增大致积，利于过滤，惯用于菌体细小且粘度大发酵液预处理中。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第4页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第5页凝聚定义：在中性盐作用下，因为双电层排斥电位降低，而使胶体体系不稳定现象，称凝聚。φsφdζ电位：可测生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第6页ζ电位：ζ电位与扩散层厚度δ和电动电荷密度q成正比。扩散成厚度δ又与溶液离子强度I相关。高价阳离子存在，可压缩扩散层厚度，使电位快速降低。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第7页惯用凝聚剂——高价阳离子凝聚能力次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+惯用电解质：Al2(SO4)3·18H2O、AlCl3·6H2O、FeCl3、ZnSO4、MgSO4生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第8页絮凝定义：是指在一些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使细胞聚集形成粗大絮凝团过程。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第9页惯用絮凝剂：人工高分子聚合物：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯，聚乙稀亚胺衍生物无机高分子聚合物：聚合铝盐、聚合铁盐天然有机高分子絮凝剂：壳聚糖、葡聚糖、明胶、骨胶微生物絮凝剂：糖蛋白，粘多糖，纤维素，核酸生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第10页聚丙烯酰胺絮凝剂生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第11页影响絮凝原因絮凝剂加量絮凝剂分子量溶液pH搅拌速度搅拌时间生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第12页14.1.2杂蛋白其它去除方法变性沉淀热变性：适于热稳定物质大幅度调整pH：依据产物特征反向调整，加有机溶剂等电点沉淀生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第13页化正当沉淀在酸性溶液中，蛋白质与阴离子形成沉淀，如：三氯乙酸，水杨酸盐，钨酸盐，苦味酸盐，鞣酸盐，过氯酸盐等在碱性溶液中，与阳离子形成沉淀，如：Ag+，Cu2+，Zn2+，Fe3+，Pb2+等生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第14页14.1.3高价无机离子去除Ga2+：加入草酸和草酸盐，生成草酸钙；加入磷酸盐，生成磷酸钙Mg2+：加入草酸；加入磷酸盐，生成磷酸镁；三聚磷酸钠（Na5P3O10），生成可溶性络合物Fe3+：加入黄血盐，生成普鲁士兰沉淀生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第15页14.2发酵液固液分离14.2.1影响固液分离原因14.2.2过滤定义：在一定压力差下，利用多孔性介质截留固液悬浮液中固体粒子，进行固液分离方法称为过滤。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第16页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第17页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第18页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第19页过滤介质无定形颗粒：无烟煤、砂、颗粒活性炭、铁矿砂等成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂粘结硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织品、长纤维滤布、短纤维滤布。金属织布：不锈钢丝或铁丝等织布。无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺布等。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第20页过滤设备选择依据被过滤液体特征固形物含量1-10％是采取连续式过滤机极限。生产规模：大规模——连续式小规模——间歇式操作条件操作要求过滤机材料：食品和药品工业—聚丙烯或聚酯生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第21页过滤设备板框过滤机优点：

结构简单、装配紧凑、过滤面积大、允许采取较大操作压力，辅助设备少，动力消耗小，过滤和洗涤质量好，对固形物含量要求低，材料选择范围广。缺点：

设备粗笨、占地面积多、辅助时间长生产效率低。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第22页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第23页

板框过滤机生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第24页真空转鼓过滤机优点：

真空转鼓过滤机含有自动化程度高、操作连续、处理量大。尤其适合固体含量大（>10％）悬浮液分离，在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液过滤分离。缺点：

因为受真空度限制，不适于菌体较小和粘度较大细菌发酵液过滤，且过滤所得固相干度不如加压过滤。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第25页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第26页真空转鼓过滤机生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第27页14.2.3离心定义：借助离心机旋转所产生离心力作用，促使不一样大小，不一样密度粒子分离技术。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第28页离心力（单位质量）分离因数生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第29页粒子重力沉降速度Stokes定律：

粒子离心沉降速度生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第30页离心分离方法差速离心——工业上最惯用离心分离方法菌体、细胞大小/μm离心力/g试验室工业规模大肠杆菌2-4150013000酵母2-715008000血小板2-45000－红细胞6-91200－淋巴球7-12500－肝细胞20-30800－生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第31页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第32页区带离心——多用于生化研究事先在离心管中用某种低分子溶质调配好密度梯度，在密度梯度之上加待处理料液后进行离心。惯用密度梯度物质：

蔗糖、CsCl、NaBr生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第33页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第34页试验室惯用转子生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第35页碟片式离心机

是传统离心机，为当前工业上应用最广泛离心机。分离因数可达1000-0，最大处理量到达300m3/h，惯用于大规模分离过程。适用范围

细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片离心分离设备生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第36页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第37页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第38页管式离心机

管式离心机是一个分离效率很高离心分离设备，其转鼓细长，可在15000-50000高转速下工作，分离因数可达104-6×105。它设备简单、操作稳定。适用范围

细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸等。尤其适合普通分离机难以分离固形物含量<1%发酵液分离。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第39页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第40页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第41页倾析式分离机

是一个靠离心力和螺旋推进力作用自动连续排渣离心机。具操作连续、适应性强、结构紧凑和维修方便优点。分离因数为1500-3000。适用范围

尤其适合固形物含量较多悬浮液分离。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第42页14.3全发酵液提取全发酵液提取:从悬浮液中直接提取生化物质膜技术双水相萃取扩张床(膨胀床):expendedbedadsorption生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第43页生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第44页

膨胀床操作过程生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第45页全发酵液萃取装置生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第46页思索题:1.为何要进行发酵液预处理？2.絮凝和凝聚定义和区分。惯用絮凝剂3.发酵液分离主要方法.4.分离和过滤主要设备有哪些?生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第47页5滤饼比阻：8.23X1014cm/g生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第48页15细胞破碎生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第49页定义:细胞破碎就是采取一定方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产物最大程度地释放到液相中，破碎后细胞浆液经固液分离除去细胞碎片后，再采取不一样分离伎俩深入纯化.生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第50页15.1细胞壁组成和结构微生物细胞壁化学组成和结构细菌，肽聚糖网状结构酵母菌：葡聚糖，甘露聚糖，蛋白质真菌：细胞壁更厚植物细胞壁化学组成和结构初生壁，次生壁含有很高机械强度生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第51页15.2细胞破碎技术机械法和非机械法15.2.1机械法机械法主要是利用高压、研磨或超声波等伎俩在细胞壁上产生剪切力到达破碎目标.包含高压匀浆法,珠磨法和超声破碎法生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第52页高压匀浆器影响匀浆破碎主要原因是压力、温度和经过匀浆器阀次数。高压匀浆法适用范围较广，在微生物细胞和植物细胞大规模处理中常采取.生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第53页高速珠磨机(highspcedbeadmill)研磨是惯用一个方法，它将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝等研磨剂一起快速搅拌，使细胞取得破碎。在工业规模破碎中常采取高速珠磨机生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第54页超声波破碎器超声波处理细胞悬浮液时，破碎作用受许多原因影响，通常声强和振幅影响很大，但强度太高易使蛋白质变性，频率改变影响不显著：另外介质离子强度、pH值、菌体种类和浓度也有很大影响.超声波振荡过程中碰到最大问题就是产生热量不轻易驱散，所以影响了它在大规模工业上应用，但在试验室和小规模生产中是一个很好方法生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第55页15.2.2非机械法非机械方法很多，包含酶解、渗透压冲击、冻结和融化、干燥法和化学法溶胞等.1)酶解法是利用酶反应，分解破坏细胞壁上特殊键，从而到达破碎目标。酶解法能够在细胞悬浮液中加入特定酶，也能够采取自溶作用。酶解法优点是发生酶解条件温和、能选择性地释放产物、胞内核酸等泄出量少、细胞外形较完整、便于后步分离等；但酶水解价格高，故小规模应用较广.生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第56页渗透压冲击法冻融法干燥法化学法:采取化学法处理能够溶解细胞或抽提胞内组分。惯用酸、碱、表面活性剂和有机溶剂等化学试剂。生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第57页15.2.3选择破碎方法依据(1)细胞处理量(2)细胞壁强度和结构(3)目标产物对破碎条件敏感性(4)破碎程度适宜操作条件应从高产物释放率，低能耗和便于后步提取这二方面进行权衡生物分离工程细胞破碎专业知识专家讲座第58页15.2.4