生化分离工程课件

1 概 述吸附(adsorption)：溶質從液相或氣相轉移到固相的現象。吸附機制：固體表面分子(或原子)處於特殊的狀態。固體內部分子所受的力是對稱的，故彼此處於平衡。但在介面分子的力場是不飽和的，即存在一種固體的表面力，它能從外界吸附分子、原子、或離子，並在吸附表面上形成多分子層或單分子層。吸附作用:

物質從氣體或液體濃縮到固體表面從而實現分離的過程吸附劑:

在表面上能發生吸附作用的固體吸附物:

被吸附的物質吸附法的特點：常用於從稀溶液中將溶質分離出來，由於受固體吸附劑的限制，處理能力較小；對溶質的作用較小，這一點在蛋白質分離中特別重要；可直接從發酵液中分離所需的產物，成為發酵與分離的耦合過程，從而可消除某些產物對微生物的抑制作用；溶質和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關係通常是非線性關係，故設計比較複雜，實驗的工作量較大。2 吸附劑1）、吸附劑分類：A、非多孔類：非多孔性固體的比表面僅取決於顆粒的外表面，比較而言比表面積小，用粉碎的方法可以增加其比表面積。B、多孔類：多孔性顆粒的表面是由“外表面”和“內表面”所組成，內表面積可比外表面積大幾百倍。由於顆粒內微孔的存在，比表面很大，可達每克幾百平方米，有較高的吸附勢。2）、常用的吸附劑3）、吸附劑的表徵A、化學成分B、材料結構C、比表面積D、平均孔徑、或平均粒度,及其分佈2 吸附劑4）、比表面積的測定

一般採用B.E.T(Brunueer-Emmett-Teller)法：在液氮溫度下(-196°C)，用吸附劑吸附氮氣，在吸附劑表面形成單分子吸附層，測定氮氣的吸附體積vm(cm3/g)，計算比表面積a(cm2/g): N-阿弗加德羅常數，s-被吸附分子的橫截面積，在-196°C氮氣分子的s=1.6210-15cm2。5）、孔徑及分佈測定

吸附劑的孔徑及分佈可採用水銀壓入法，利用汞孔度計測定。當壓力升高時，水銀可進入到細孔中，壓力p與孔徑d的關係為

-水銀的表面張力(0.48N/m2)，-水銀與細孔壁的接觸角(=140°)。通過測定水銀體積與壓力之間的關係即可求出孔徑的分佈情況。吸附的機理與類型？2 吸附劑6）、吸附力A 範德華力B 靜電作用力C 酶與基質結合時的配位鍵D 疏水相互作用E 空間位阻等F 氫鍵7）、吸附類型A 物理吸附 吸附劑和吸附物通過分子間力(範德華力)產生的吸附稱為物理吸附。這是一種最常見的吸附現象，其特點是吸附不僅限於一些活性中心，而是整個自由介面。B、化學吸附化學吸取附是由於吸附劑在吸附物之間的電子轉移，發生化學反應而產生的，屬於庫侖力範圍，它與通常的化學反應不同的地方在於吸附劑表面的反應原子保留了它或它們原來的格子不變。C 物理吸附與化學吸附的比較D 交換吸附 交換吸附類型:1st 極性吸附:吸附劑表面如為極性分子所組成，則會吸引溶液中逞相反極性的物質或離子而形成雙電層，這種吸附稱為極性吸附。2nd 離子交換:

在吸附劑與溶液間發生離子交換，即吸附劑吸附離子後，它同時要放出等當量的離子於溶液中。

交換吸附的決定因素:1st

離子所帶電荷越多，它在吸附劑表面的相反電荷點上的吸附力就越強2nd

電荷相同的離子，其水化半徑越小，越易被吸附。

2 吸附劑7）、吸附平衡吸附等溫線：當吸附劑與溶液中的溶質達到平衡時，其吸附量q*同溶液中溶質的平衡應與溫度有關。當溫度一定時，吸附量只和濃度有關，q*=f(c)---吸附等溫線。生物分離中至少有四種等溫吸附線(見圖)。A)、Henrytype

在一定溫度下，平衡時吸附劑吸附溶質濃度q*與液相溶質濃度c之間的關係為線性函數：

m為分配係數。 適應條件：在低濃度範圍之內成立。當濃度較高時，上式無效。2 吸附劑B)、Freundlichtype

其經驗公式為 其中，k和n為常數，n一般在1-10之間。Freundlich等溫線可以描述大多數抗生素、類固醇、甾類激素等在溶液中的吸附過程。

C)、Langmuirtype S-為表面活性中心。基於上述平衡，及假定單分子層吸附，得Langmuir型吸附平衡方程

qmax為飽和吸附量，Kb為結合常數。當n個分子在一個活性中心發生吸附時，即存在 此時有： 當吸附劑對溶質的吸附作用非常大時，這時存在n>10，或用前式表示Kb非常大，這時游離的溶質濃度對吸附濃度影響極小，接近不可逆吸附。D)、Rectangletype

如在固定化單克隆抗體的免疫親和吸附中，一般存在n>10。3 離子交換劑1）、離子交換劑A cationexhanger-Na+:

包含強酸性和弱酸性陽離子交換劑B anionexchanger+F-:

包含強鹼性和弱鹼性陰離子交換劑。C 交換劑的種類 小分子類交換劑：苯乙烯-二乙烯苯型、丙烯酸-二乙烯苯型、酚醛型3 離子交換劑高分子類交換劑：Sephadex,Sepharose,BioGel,Cellulose等0.001mmol/l3 離子交換劑2）、性能評價A 交換容量(exchangecapacity)

指單位品質的乾燥離子交換劑或單位體積的濕離子交換劑所能吸附的一價離子的毫摩爾數(mmol)，是表徵交換劑離子交換能力的主要參數。B 交換容量的測定

對於陽離子交換劑：用HCl將其處理成氫型，稱重並測定其含水量；稱數克交換劑，加入到過量已知濃度的NaOH溶液，發生交換反應

待反應達到平衡後(強酸性的需要靜置24h，弱酸性的需靜置數日)，測定剩餘的NaOH摩爾數，就可求得陽離子交換劑的交換容量。

對於陽離子交換劑：將陰離子交換劑轉換成Cl型後，取一定量的Cl型交換劑，通入Na2SO4,

用鉻酸鉀作指示劑，用硝酸銀溶液滴定流出液的Cl-，根據Cl-量計算交換容量。 蛋白質的交換容量：比小分子化合物要小的多(見表)。Why?3 離子交換劑1st樹脂孔道的空間排阻作用大；2nd

交換後排阻其他蛋白質的擴散和交換；3rd

蛋白質的多電荷與多個交換中心結合C 滴定曲線

全面評價表徵交換劑的重要參數方法：1g氫型(或羥型)交換劑+x-ml0.1MNaOH/orHCl

+

水至50ml(其中1支+50ml0.1MNaCl)+靜置24h(對強交換劑)/or7d(對弱交換劑)+

測pH+

作圖意義：1st

強離子交換劑的交換；2nd

弱離子交換劑的交換；3rd

滴定曲線的轉捩點交換容量；4th

轉捩點數交換基團的種類數；5th

交換容量隨pH的變化。3 離子交換劑3)、離子交換平衡A 強電解質XH的分配係數m意義？B 弱電解質XH的分配係數m意義：1stionicstrenght;2nd

KAX的影響，當KAX

時，3rdpHvalue的影響C 蛋白質的分配係數m意義：

1st |pH-pI|Z 2nd

I 3rd

反粒子m14 吸附操作技術

4.1 固定床吸附操作4.2 膨脹床吸附操作4.3 流化床吸附操作4.4 模擬/移動床吸附操作4.5 攪拌釜吸附操作4.1 固定床吸附操作1)、單柱吸附飽和(最大)吸附濃度q0:與入口料液濃度c0相平衡的吸附濃度。穿透曲線(breakthroughcurve)：穿透時間:一般為出口濃度達到入口濃度的5%-10%的時間。穿透點(breakthroughpoint):洗脫(elution)：再生(re-generation)：濃度波/吸附帶/交換帶：吸附塔中液相或固相溶質濃度從c0/或q0到0的分佈區帶。傳質區：在交換帶中發生的液、固相之間的傳質恒定圖式分佈(constantpatern)：濃度波以恒定的形式移動，一般發生在Langmuir和Freundlich型的吸附操作中。4.1 固定床吸附操作2)、多柱串聯吸附3)、動態法測定吸附量

曲線1為不吸附溶質的穿透曲線，對應的體積為V0。曲線2為吸附溶質的曲線，對應體積為V。吸附劑吸附溶質的量為斜線面積，即為c0(V-V0)。利用不同濃度的溶液反復作吸附操作，即可得到吸附平衡關係q*=f(c).4.2 流化床吸附操作固定床：

在吸附顆粒確定以後，床層的膨脹與通過床層液體的表觀流速U有關。當U不大時，顆粒之間仍保持靜止並互相接解，這為固定床。流化床：

當U增大至起始流態化速度Umf，顆粒不再相互支撐，開始懸浮在液體中；進一步提高U，床層隨之膨脹，床層的壓力降幾乎不變，但床層中顆粒的運動加劇，這時的床層為流化床。優點：A 壓降小，可處理高黏度或固體顆粒的粗料液；B 不需要特殊吸附劑，設備操作簡單。4.3 膨脹床吸附操作固定床優點：流體在介質層中基本上呈平推流，返混小，柱效率高。缺點：無法處理含顆粒的料液，因會堵塞床層，造成壓力降增大而最終使操作無法進行。流化床缺點：存在嚴重的返混，特別是高徑比很小的流化床，使床層理論塔板數降低，吸附劑的利用率低。1)、膨脹床 綜合固定床和流化床的優點，使吸附顆粒按自身的物理性質相對穩定地處在床層中的一定層次上實現穩定分級，而流體保持以平推流的形式流過床層，同時吸附顆粒間有較大的空隙，使料液中的固體顆粒能順利通過床層(見圖)。4.3 膨脹床吸附操作2)、操作

見圖。3)、計算

當顆粒較小時(雷諾數<20),起始流態化速度:

而自由沉降速度Ut為：

液體表觀流速U為Richardson-Zaki公式：

n-係數(層流時為4.8),

-膨脹率。 在穩定膨脹時，通過床層的表觀流速U應在起始流態化速度Umf和自由沉降速度Ut之間。4.4 模擬/移動床吸附操作1）、移動床(movingbed)吸附床：再生床：吸附質的軸向濃度分佈：存在問題A 吸附劑的磨損;B 固相出口的堵塞(為此，必須採用床層震動或用球形旋轉閥等特殊裝置)。4.4 模擬/移動床吸附操作2)、模擬移動床(simulated

)4.5 攪拌釜吸附操作1)、單釜吸附 恒算方程：2)、多級吸附

恒算方程：4.5 攪拌釜吸附操作3)、多級逆流吸附恒算方程：5 Applications1)、分析化學：On-linepre-concentrationofanalytebysolid-phaseextractioninHPLCandCESolidphaseextraction5 Applications2)、膨脹床吸附純化G6PDH

原料液：酵母細胞勻漿液 條件：柱I.D.=10mm,柱高=200mm,表面流速=66-200cm/h。5 Applications3）、食品業：模擬移動床分離葡萄糖和果糖5 Applications4）、污染物治理 廢水、空氣、5 Applications5）、醫藥：尿激酶的製備

吸附現象A rain–damp;B 冰箱除異味C 變色矽膠第一章緒論1.1生化分離的一般過程1.2生化產品的類型1.3生化產品的特點1.4生化分離工作的重要性作業1.1生化分離工作的一般過程

動、植物組織、體液等

胞外產物

提取發酵液→預處理→c分離→c破碎→碎片分離→初步純化→精製→製成品培養液加熱沉澱勻化離心沉澱分子篩無菌過濾酶反應調pH離心超聲萃取吸附離子超濾絮凝過濾胞溶過濾萃取親和凍幹錯流過濾研磨錯流過濾超濾吸附噴幹憎水結晶電泳基本定義生化分離工程的定義：為提取生物產品時所需的原理、方法、技術及相關硬體設備的總稱，指從發酵液、動植物細胞培養液、酶反應液和動植物組織細胞與體液等中提取、分離純化、富集生物產品的過程(DownstreamProcessing)。單元操作：

完成一道工序所需的一種方法和手段。

1.2生化產品的類型1.2.1按用途分類食品類。保健品類。醫用類產品（1998年，719種）。抗生素112種農業用產品（1998年，36種）。生物試劑類（1998年，975種）。1.2.2按分子量大小分類

Mass<1000D：抗生素、有機酸、aa、多肽類等

Mass>1000D：酶、抗原、抗體、多肽、蛋白質類1.2.3按發酵時目的產物所在的位置分類

cell內：胰島素、白細胞介素、干擾素、重組蛋白質

cell外：抗生素（青黴素、紅黴素）、胞外酶（α-澱粉酶）等1.3生化產品的特點1)、應用面廣。醫藥衛生、環保、動植物生長調節、食品和試劑等2)、種類繁多。分子量X0–X000000，結構功能複雜，生物活性各異。3)、目的產物在初始物料中的含量低。青黴素（4.2%）、慶大黴素（0.2%）、干擾素（<50ug/ml）。4)、產品價格與產物濃度呈反比:5)、初始物料成分複雜。除少量產物外，還有大量的細胞及碎片、其他代謝物（幾百上千種）、培養基成分、無機鹽等。6)、生物活性物質的穩定性低。易變質、易失活、易變性，對溫度、pH值、重金屬離子、有機溶劑、剪切力、表面張力等非常敏感。7)、產品的品質要求高，尤其是藥品等。成品青黴素對其強致敏原---青黴噻唑蛋白必須控制RIA值（放射免疫測定）小於100（1.5*10-6），蛋白類藥物（雜質<2%）、重組胰島素（Humulin）中雜蛋白小於0.01%。1.4生化分離工作的重要性1)、生化產品的必經的過程(一夫擋關)。2)、回收率不高。抗生素(80%左右)，蛋白質(60-90%)。意義?3)、分離純化昂貴。下游研究費用占整個R&D費用的50%以上；產品的成本構成中分離純化的成本站全部成本的40-80%;精細和藥用產品的成本比率更高;大多數酶70%。意義?4)、基因工程的R&D費用，下游占50-80%。基因工程表達產品成本85-90%；勞動力和物力成本占整個勞動力的70-90%。意義?5)、中藥現代化的重要技術平臺。農學、分離科學、生化分析、藥學等6)、提供產品競爭力的關鍵技術之一。WTO，降低生產成本、提高產品標準。7)、環境污染的治理（慢性鉛中毒）作業：檢閱文獻，談談分離科學的作用

刊原：

1)、純分離分析期刊：Bioassay(IF=6.227);Anal.Chem.(IF=4.650);Separ.PurifMethod(IF=3.600);Electrophoresis(IF=3.465);Adv.Chromatogr(IF=3.067);JChromatogrA(IF=2.768);LCGC-MagSepSci(IF=2.393);JChromatogrB(IF=1.867)。調研論文數/月、本學科國際發展的速度

2)、綜合性期刊：Nature(IF=27.074);Science(IF=21.911);Proc.Natl.Acad.Sci.USA(IF=10.520)。生物學論文的比例，分離分析在其中的作用？

3)、生物工程類期刊：CancerGeneTher(IF=5.925);Bio-Technol(IF=3.519);ApplEnvironMicrob(IF=3.129);Yeast(IF=2.809);CurrOpinBiotech(IF=2.699);BiotechnolBioeng(IF=2.350)。分離分析科學承擔的作用？

4)、國產期刊：ScienceinChinaB(IF=0.332);ScienceinChinaA(IF=0.266);ChineseScienceBulletin(IF=0.218);ProgNatSci(IF=0.255)。生物學論文的比例，分離分析科學在其中承擔的作用？其他感想？第一章緒論1.5 生化分離工程的分類1.6 方法選擇的基本原則1.7 設計前應瞭解的資訊1.8 對環境的考慮1.9 分離效率的評價1.10 生化分離技術的發展趨勢1.5 生化分離工程的分類原理技術應用Phasechange1)、蒸餾乙醇沸點和蒸汽壓2)、精餾有機溶劑回收0h3)、蒸發制鹽、抗生素富集Extraction1)、液-液萃取抗生素分配係數2)、液-固萃取中藥分離

3)、固相萃取天然產物4h4)、雙水相萃取酶

5)、反膠束萃取DNA重組蛋白質

6)、超臨界萃取中藥提取Densitydifference1)、常規離心細胞分離比重、密度2)、高速離心細胞、病毒分離2h3)、超速離心病毒,細胞器,DNA1.5 生化分離工程的分類Membrane1）、常規過濾發酵液膜分離2）、微濾細菌、細胞碎片

3）、超濾蛋白質、酶4h4）、納濾有機物回收,污水治理

5）、反滲透海水淡化、污水處理Solubility1）、結晶味精溶解度2）、鹽析蛋白質、酶4h3）、有機試劑蛋白質

4）、等電點法蛋白質、酶1.5 生化分離工程的分類Absorbance1）、非特異性吸附抗生素(吸附)2）、特異性吸附抗體2h3）、親和吸附抗原抗體

4）、離子交換抗生素Chromatography1）、凝膠抗生素、蛋白質(色譜或層析)2）、親和色譜抗體6h3）、離子交換蛋白質ElectricField1）、磁性免疫微球抗原抗體(場致分離)2）、區帶電泳蛋白質6h3）、等速電泳蛋白類

4）、等點聚焦電泳蛋白類1.6 方法選擇的基本原則1)、盡可能簡單、低耗、高效、快速。

反面例子----中藥現代化、超臨界萃取； 正面例子2)、分離步驟盡可能少。Why? A)、

φn

為總回收率，λn

為各單元回收率。意義？ 分離步驟越多，回收率越低；如φ10=0.9510=0.63，φ5=0.955=0.77 B)、分離步驟多，設備投入大，人員物資消耗大，生產週期長

How?1.6 方法選擇的基本原則3)、避免相同原理的分離技術多次重複出現 比喻，分子篩和超濾技術按分子量大小分離，重複應用兩次以上，意義就不大了。4)、儘量減少新化合物進入待分離的溶液。

A)、引起新的化學污染；B)、蛋白質的變性失活

5)、合理的分離步驟次序。原則是：先低選擇性，後高選擇性；先高通量，後低通量；先粗分，後精分；先低成本，後高成本。1.7 設計前應瞭解的資訊1）、在設計前，首先要掌握的產物物化性質，主要包括：(1)、溶解度及影響因素，包括溫度、pH值、有機溶劑和鹽等；(2)、分子量和分子形狀。對於高分子物質非常有意義；(3)、沸點和蒸汽壓。對於熱穩定的小分子物質非常有意義；(4)、極性大小；(5)、分子電荷及影響因素，包括pH值和鹽等；(6)、功能團。功能團為萃取劑和特異性吸附的選擇提供依據；(7)、免疫原性。設計親和色譜；(8)、穩定性及其影響因素，包括溫度、pH值、毒性試劑等(如青黴素低pH不穩定)；(9)、分子的淌度及影響因素，包括pH值、離子強度和鹽等；(10)、等電點pI；1.7 設計前應瞭解的資訊2）、成品規格（或產品品質標準）表1.3五肽胃泌素的上海市藥品標準（1993年版32頁）指標名稱指標含量（C37H49N7O9S）97.0-103.0

比旋光度-25˚~-29˚

吸收值比A(280nm):A(288nm)=1.12-1.22

氨基酸各氨基酸之比為1

乾燥失重，%0.5

3）、進料的組成和物性

(1)、目的產物的濃度。高？低？

(2)、物料中的與目的產物相近物質組成的物理化學性質。

(3)、目的產物的定位。是胞內還是胞外？

(4)、菌種的種類和形態。

(5)、微生物的含量和發酵液的黏度。1.7 設計前應瞭解的資訊4）、生產規模

1.5）、危害性(1)、離心產生的氣溶膠、發酵產生的廢氣、乾燥產生的粉塵等。(2)、目的產物本身的危害性；抗腫瘤代謝類藥物，類固醇類抗生素，激素類藥物等。(3)、試劑危害。萃取試劑CCl4、甲苯、苯、二甲苯、CNBr。(4)、微生物的危害。重組DNA工程菌不能任意排放。這一菌種為新的物種，不能排除對生態系統和人的危害。6）、分批分離還是連續純化1.8 對環境的考慮1）、廢水

A、除菌過濾和滅菌處理；

B、符合BOD的要求；2）、廢料

A、滅菌處理；

B、綜合利用：動物飼料、飼料添加劑，有機肥料3）、廢氣

A、除菌過濾和滅菌處理；

B、廢氣（有機溶劑）回收4）、溶劑的回收

A、減少環境排放，減少污染；

B、迴圈利用，減低成本

1.9 分離效率的評價1）、濃縮率（富積率，concentrationfactor）

原料(Rawmaterial)

分離器

產品(Product)

FW,VW,cT,W,cX,W

廢液(Wastefluid)意義：1）、如mT

>1，則目標產物得到富積；2）、如mT

=mX，則目標產物未得到分離純化。

1.9 分離效率的評價2)分離因數(separativefactor)，或分離係數(separativecoefficient)

1.

意義：A、目標產物濃度

，雜質濃度

，則分離因數大，分離效率

；B、

=1時，則未分離。故在分離為主要目的時,

3)回收率(recovery)：4)純化因數(purificationfactor)

對於具有生物活性的蛋白質或酶，常常用分離前後目標產物的比活

2.

A[inU/mg]之比表示目標產物的分離純化程度，1.10生化分離技術的發展趨勢存在的問題：研發費用高、成本高、週期長——生物工程發展的瓶頸如何解決？1)、加強基礎理論研究

A、研究非理想溶液中溶質與添加物料之間的選擇性機制、影響因素1.B、研究介面的結構、動力學和傳質機制，以及影響因素2.C、下游加工過程的數學模型的建立和電腦模擬。難

2)、完善老技術：正確對待“新”、“老”分離技術1.10生化分離技術的發展趨勢3)、發明新技術研發新型高效經濟的分離技術推進各分離技術的雜交分離技術與發酵技術結合強化化學對分離技術的影響1.4)、高效分離技術的工程化5)、分離技術的環保化Thankyouforyourjoin第二章發酵液的預處理和菌體的回收

2.1固液分離的分類2.2發酵液的組成2.3培養液的基本特徵2.4懸浮液的預處理預處理的目的預處理方法2.5過濾基礎理論

Darcy定理、Kozeny’s方程、比阻定義、Ruth’s方程、恒壓過濾方程2.6常用新型篩檢程式2.7篩檢程式的選擇2.8中試設計的路線2.1固液分離的類型1、過濾(重力篩檢程式、壓濾器、真空篩檢程式)

2、離心

3、重力沉降

4、氣懸浮2.2發酵液的組成懸浮液： 指固體顆粒在0.1

m以上的固液分散體系。生物細胞培養液基本上也是懸浮液。培養液的組成：

水70-80%+

固體細胞及碎片20-30%(對微生物發酵)+

少量的代謝成物

+

細胞破裂後的內容物+

殘存的培養基成分2.3培養液的基本特徵A、細胞成分及碎片大小不一，顆粒大小

，分離成本

。B、固液密度相近，黏度高：沉降和離心分離困難C、固體成分可壓縮可變形+高黏度：過濾困難，黏附在濾布，錯流過濾形成凝膠層D、動植物細胞抗剪切力差：錯流膜過濾和離心等不適E、流變性複雜，非牛頓型流體，青黴素發酵液為卡森型流體，120h鏈黴素發酵液為擬塑性流體，灰色鏈絲菌發酵液為塑性流體。

2.4懸浮液的預處理

預處理的目的:改變發酵液的物理性質(黏度、顆粒、顆粒穩定性等)，固液分離速度

，分離器分離效率

；目標產物轉移其中一相(多數為液相)；去雜質

預處理方法加熱：最簡單和最廉價的處理方法。

黏度、促凝聚、

固體成分體積、破壞凝膠結構、增加空隙率、去蛋白調pH值：方法簡單有效、成本低廉；凝聚：在凝聚劑(如鋁鹽、鐵鹽、石灰和NaCl)作用下,細胞蛋白質等(准)膠體去穩定，並聚集成1mm大小的凝聚塊的過程。2.4懸浮液的預處理

凝聚劑種類：A、無機鹽類，如硫酸鋁、明礬、硫酸鐵、硫酸亞鐵、FeCl3、AlCl3、ZnCl、硫酸鎂等；B、無機堿，如Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、CaO等；C、聚合無機鹽，如聚合鋁、聚合鐵。

機理：A、破壞雙電層，B、水解後膠體吸附，C、氫鍵結合等。絮凝：在絮凝劑高分子聚合電解質的作用下，膠體顆粒和聚合電解質交連成網，形成10mm大小的絮凝團過程。

絮凝劑種類：A、陽離子類，如聚丙烯醯胺(+)、聚苯烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺；B、陰離子類，如聚丙烯酸納、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯醯胺(-)；C、非離子類，如聚丙烯醯胺(0)、環氧化乙烯。2.4懸浮液的預處理

機理：絮凝劑主要起中和電荷、橋架和網路作用5、惰性助濾劑：一種顆粒均勻、質地堅硬的粒狀物質，用於擴大過濾表面的適應範圍，減輕細小顆粒的快速擠壓變形和過濾介質的堵塞。

使用方法：A、預塗層；B、按一定比率混合。

助濾劑種類：矽藻土、膨脹珍珠岩、石棉、纖維素、未活化的炭、爐渣、重質碳酸鈣，及它們的混合物等。

用量標準：A、單位品質助濾劑所產生的最大濾液產量(最常用)；B、或最長週期；C、或最快流速；D、或濾餅的最大空間利用度。

問題？1、預處理的理論基礎？2、篩檢程式有3大類型，幾百個型號，如何挑選？2.5過濾基礎理論Darcy定理U=流體的速度(in:m/s)，

p=壓力差(in:Pa)，l=床層厚度(in:m)，K=Darcy’s滲透係數，與流體和床層的性質有關。2.5過濾理論基礎Kozeny’s方程

對於發酵液的過濾,要用Kozeny’s方程

K’’=Kozeny’s常數，一般K’’=5（在大量均勻的球形顆粒中），其他顆粒K’’=3.5---5.5，顆粒

，K’’

；S=單位體積顆粒中顆粒的表面積；

=發酵液黏度(in:Pas)；

=床層的空隙率，即空隙體積與總體積的比值。注意l方程適應條件：A、薄層區域表面的流速，B、非常高的孔隙率，C、非常廣的顆粒尺寸的分佈，D、纖維狀的、可壓縮的和吸濕性的填充物。意義：過濾的基礎方程，揭示了過濾流速與各因素的關係2.5過濾基礎理論比阻(平均品質比阻m/kg)定義式

s：幹濾餅的密度(inkg/m-3)。意義：A、反映過濾的難易程度，越大，越困難；B、與顆粒大小、孔隙率等的關係。

n濾餅可壓縮度，當濾餅不可壓縮時，n=0；對於高度可壓縮濾餅，則n

1。

=濕濾餅的品質：幹濾餅的品質。意義：2.5過濾基礎理論意義：A、對於可壓縮料液，高壓不一定增加流量。B、比阻與壓力的關係2.5過濾基礎理論Ruth’s方程 在上圖的過濾操作中，被截留的固相顆粒在介質形成濾餅。過濾的阻力來自過濾介質和濾餅。過濾流量可表達為

Q：濾液體積(inm3)，A：過濾面積(inm2)，

＝濕濾餅:幹濾餅，cs：料液中幹固相成分的濃度(in:kg/kg)，

Ｌ：濾液密度，Q0：相當於過濾介質阻力時的虛擬濾液體積(inm3)，一定過濾介質的Q0為常數。意義：過濾的流量方程2.5過濾基礎理論恒壓過濾方程(最常用模式)恒壓條件下對Ruth’s方程積分

t0：為透過虛擬體積所要的虛擬時間。在一般條件下Q0可忽略，上式為意義：中試後放大的理論依據恒速過濾恒速條件下對Ruth’s方程積分2.6常用新型篩檢程式轉鼓真空篩檢程式操作：應用：大規模生物分離的主要過濾設備，用於較難分離的低黏度發酵液優點：Ａ、大規模，Ｂ、自動化、操作簡單，Ｃ、濾布裝卸容易、易保養維護。缺點：Ａ、占地大，單位體積利用率低，Ｂ、週期性中斷進料、濾布利用率低，Ｃ、壓力低，僅應用於低黏度發酵。2.6常用新型篩檢程式圓盤真空篩檢程式操作應用：同上。優點：Ａ、超大規模(400m2)，極易實行大型化分離，Ｂ、占地小，單位體積利用率高，Ｃ、自動化、操作簡單。缺點：Ａ、壓力低，僅應用於低黏度發酵液，B、設備投資高。2.6常用新型篩檢程式帶式真空篩檢程式2.6常用新型篩檢程式應用：大規模分離的主要過濾設備，可分離較難分離的低黏度的發酵液，對濾餅洗滌要求高。優點：Ａ)、發酵液處理量大，濾餅厚達200mm，Ｂ)、濾餅洗滌容易，效果好，無須攪拌，Ｃ)、自動化、操作簡單，清洗保養容易。。缺點：Ａ)、占地大，有效過濾面積低，Ｂ)、壓力低，僅應用於低黏度發酵液，Ｃ)、設備投資高。2.6常用新型篩檢程式壓力系列：帶式、板框、加壓、氣壓罐式壓濾機2.6常用新型篩檢程式應用：用於很難處理的、高黏度、高細顆粒含量的發酵液的固液分離。優點：Ａ、操作壓高０.１Mpa以上，>１０％的顆粒含量，高含量的細顆粒，Ｂ、濾餅含水量低，濾液澄清，Ｃ、自動化、操作簡單，清洗保養容易。缺點：Ａ、占地大，有效過濾面積低，Ｂ、設備投資高，能耗高。2.7如何選擇篩檢程式？ 1、濾液的澄清度

2、顆粒大小的分佈

3、發酵液的黏度

4、固體顆粒的濃度

5、濾餅的乾燥度

6、濾餅的洗滌

7、生產能力FiltingmediumTypeofFilterOtherrequirements2.8中試實驗設計的路線1、確定生產能力（例：150T/d）

2、確定中試實驗的規模（一般按生產能力縮小100倍，即150/100=1.5T/d）

3、測定重要參數，如，Q0等

4、優化實驗條件 確定不同的實驗條件：預處理、助濾劑、壓力等 濾餅的厚度與時間關係 濾餅的孔隙率與壓力關係 不同壓力下濾液的體積與時間的關係 濾餅的洗滌、脫水、排脫等 濾液的澄清度，以及上述方程要求的數據利用方程等

5、計算：A、過濾面積A，確定型號(以恒壓為例)6、放大100倍

生產能力(=100A)Thankyouforyourjoin第三章 細胞的破碎和分離3.1 分類3.2 細胞破碎理論3.3 細胞破碎技術3.4 物理法和化學法的比較3.5 破碎方法的選擇3.6 細胞破碎的評價3.7 基因工程表達產物3.1 分類

物理法化學法固體剪切法(珠磨法)酶溶法液體剪切法化學降解法（酸堿法）撞擊法表面活性劑法超聲法有機溶劑膨脹法滲透法萃取法3.2 細胞破碎理論

1)、細胞破碎A壓撞B剪切Ca滲透Cb凍脹D破壁破膜剪切力F:假定細胞直徑為d(in:m)，維持球體所需的綜合維持力為

(in:N/m)，則破碎細胞所需F(in:Pa)為如利用流體剪切力

(Pa)的作用，則在牛頓流體中則破碎細胞所需的速度梯度為：3.2 細胞破碎理論意義：細胞直徑

，所需壓力或剪切力

，破碎難度

。滲透壓法：滲透壓差()為

c=細胞內外小分子的濃度差，R=氣體常數，T=絕對溫度。2)、產物釋放如細胞破碎速度與未破碎細胞濃度成正比，則有

3.2 細胞破碎理論如破碎cell產物釋放的速度與cell內外的濃度差成正比，則有cm為產物的最大釋放濃度，x0為起始細胞濃度，從上三式得上式為兩步釋放的速度方程，如細胞破碎或產物釋放的其中一步很快，則表現為一級動力學釋放過程，此時方程為破碎速度控制過程：釋放速度控制方程：3.3 細胞破碎技術

1)、固體剪切法(珠磨法,c最有效的物理破碎法)操作簡介3.3 細胞破碎技術

計算破碎遵循一級動力學定律,即

對上述方程積分得

對於n次連續攪拌研磨操作，則得蛋白質的物料平衡式

：平均停留時間，V：磨腔的總體積，Q：發酵液的流量。3.3 細胞破碎技術影響因素a)轉盤外緣速度(見下圖)： 適合條件：圓盤外緣速度<20m/s,一般在5-15m/s。b)珠粒添量和大小 添量：(見上圖，添量體積一般占總體積的80-90%)

粒徑：一般在0.2mm(實驗室),<0.4mm(工業)。最終由實驗確定3.3 細胞破碎技術c)溫度：溫度在5-40

C範圍內對破碎影響較小。但研磨產熱，功率

，溫度

。如產物熱不穩定，必須控溫。d)細胞濃度x：最佳x由實驗確定。一般產熱量隨細胞濃度的降低而下降，但單位細胞重量的能耗

。e)破碎效率：

R：每kg成品細胞(如酵母)釋放的蛋白量，Q：物料流量，P’：珠磨機消耗的功率。f)流量Q：破碎為一級反應。Q, E

，R

；Q，E，R。3.3 細胞破碎技術

不同流量和攪拌速度下的效率。-20，

-50，

-100

10-6m3/s流量；1–8，2–10，3–15，4–20m/s外緣速度3.3 細胞破碎技術2)、液體剪切法(最常用的方法之一)操作3.3 細胞破碎技術計算服從一級反應定律式中，R為pro釋放量，Rm為pro最大釋放量.影響因素操作壓力p：p

,R

;相反,R

。溫度

2

C/10MPa。破碎次數N：N

，R。溫度：比速度k與溫度有關，溫度

25

C，k

1.5倍。細胞抗破碎係數a：a酵母=2.9，a大腸桿菌=2.1。細胞種類：影響k值。細胞濃度：Z：常數，p0：破碎所需的最低壓力，

：細胞濃度的參數。3.3 細胞破碎技術閥門底座：刃緣閥座，平邊閥座優點A、在大規模cell破碎中，高壓勻漿機和珠磨機用得最多;B、高壓勻漿機最適合於酵母和細菌;C、珠磨機可用於酵母和細菌，但對真菌菌絲和藻類更合適.3.3 細胞破碎技術3)撞擊破碎法操作：細胞噴霧高速凍結

300m/s氮氣流

優點：A、細胞破碎僅發生在撞擊的一瞬間，破碎程度均勻，避免反復和過度破碎；B、破碎的程度可無級調節，避免細胞內部結構的破壞，特別適合於細胞器的回收；C、實驗室和工業規模均可應用，細胞濃度在10-20%，實驗室規模的間歇處理能力在50-500mL/h，工業規模的連續處理在10,000mL/h以上。3.3 細胞破碎技術4)超聲破碎法(15—25kHz)3.3 細胞破碎技術機理 在超聲作用下產生的空穴化作用(cavitation)，空穴的形成和閉合產生極大的衝擊波和剪切力。優點：適合於多種細胞的破碎缺點：A、影響因素多，如振幅、黏度、表面張力、液體體積和流速、探頭材料和形狀；B、超聲產生超氧離子毒害作用；C、有效能量的利用率低；D、產熱大，需控溫；E、不易放大，僅應用於實驗室規模的細胞破碎。3.3 細胞破碎技術5)化學破碎法酶溶法、酸堿法、有機溶劑胞溶法、表面活性劑法酶溶法：利用酶分解細胞壁上特出的化學鍵，使細胞壁破碎。優點：A、產品釋放的選擇性；B、提取速度和收效高；C、產品的破壞小；D、對外界環境，如pH和溫度等要求低；E、不殘留細胞碎片。3.4 物理法和化學法的比較

物理破碎法缺點：A、高能、高溫、高噪音、高剪切力(四高)，易使產品變性失活；B、非專一性，胞內產物均釋放，分離純化困難；C、細胞碎片大小不一，難分離。

化學破碎法缺點：A、費用高；B、引起新的污染，尤其是其他化學方法；C、一般只有有限的破碎，常需與其他物理法連用。3.5 破碎方法的選擇選擇的一般原則A、提取產物在細胞質內，用機械法破碎B、提取產物在細胞膜附近，用化學法C、提取產物與細胞膜和細胞壁結合，可採用化學法和機械法結合的方法破碎技術雜交研究應注意的問題A、雜交技術可產生很大優勢。如B、破碎技術對下游分離技術的影響。破碎顆粒清除，產物的分離純化C、在發酵階段，考慮到發酵過程和環境對破碎難易程度的影響D、菌種的培育，胞內產物

胞外產物3.6 細胞破碎的評價

破碎率定義

N0：原細胞數，N：破碎後殘存的正常細胞。N0和N的可通過直接計數和間接計數法得到。直接計數法方法：樣本稀釋---染色---上樣計數。計算：同上。優點：方法簡單。缺點：A、計數時間長，B、只有活細胞才被計數，誤差大，C、細胞聚集時，不利計數，D、染色誤差。3.6 細胞破碎的評價間接計數法方法：樣本離心

---取上清液

---測特定蛋白質或酶

---與理論的最大值比較。計算：

Rm：理論最大值，R：實驗測得值。優點：A、方法客觀可靠，尤其對蛋白質和酶，B、有多種選擇的指標，胞內位置(如胞膜、胞壁、近胞膜蛋白等)，靈活性大。缺點：影響因素多，如溫度、pH值、剪切力、溶液的稀釋等。解決辦法：篩選相對穩定和恒定的指標。3.7 基因工程表達產物基因工程取得的成果A、基因工程的一般過程B、抗蟲棉、天然彩色棉C、高附加值的藥品： 白細胞介素-II、

-(or

-or

-)干擾素、humulin、牛生長素、anti-thrombin-III、IgG、GM-CSF、TPA等D、基因牛3.7 基因工程表達產物存在的問題A、包含體B、N-端多一個蛋氨酸殘基、表達產物未糖基化（大腸桿菌）C、表達產物過度糖基化，目標產物變成抗原（酵母）D、大腸桿菌的內毒素包含體的解決方法（一般步驟）A、包含體的分離B、包含體溶解、變性、還原，一般用尿素、鹽酸胍、SDSC、變形蛋白質的複性和重新氧化D、一般的分離純化3.7 基因工程表達產物例：人

-干擾素的後處理工藝發酵液離心(發酵液冷卻至10

C以下，4000r/min離心10min)菌體細胞破碎(1倍體積細胞+10倍體積PBSbuffer,冰浴超聲破碎5次,30s/次,4000r/min離心30min)，洗滌(0.1%TritonX-100溶液，1000r/min離心20min，重複三次)包含體提取變性(包含體+8M尿素pH8.050mMTris-HClbuffer0.2mMEDTA,10mMDTT室溫攪拌2h,離心(15000r/min,30min)3.7 基因工程表達產物變性液稀釋(取1份變形液+99份上述buffer(不含DTT)，使尿素濃度小於0.1M，4

C下攪拌24h）複性液濃縮(用截留10000D的超濾器濃縮100倍)，透析後離心(15000r/min離心30min)濃縮上清液Sephacryls-200柱層析分離層析柱2

100cm，pH8.050mMTris-HClbuffer平衡洗脫收集主峰、凍幹、終產物(純度可達100%，DNA及熱源合格)ThankyouforyourjoinQuestions1 過濾技術難處理的發酵液如何處理液液分離，並含少量固體顆粒細胞器的分離大分子物質分子量的測定DNA半保留複製第四章 離心分離14.1 概論4.2 離心分離原理4.3 離心技術分類4.4 管式離心機4.5 多室離心機（管式離心機的變形）4.6 碟式離心機4.7 螺旋卸料沉降離心機4.8 離心過濾4.9 離心設備的選擇4.10 超速離心技術4.1 概論4.2 離心分離原理

離心力：

Stock’sForce(粘滯吃力)：離心沉降速度：分離因數定義Fr：離心力/重力加速度(g)的比值意義：衡量離心設備的離心程度的重要技術參數，用於離心機的分類4.3 離心技術分類按分離因數Fr分類

1)、常速離心機Fr<3,000g

三足沉降式:500-1000g

螺旋卸料式：1200-3000g2)、中速離心機，Fr=3,000—5,000g

多室離心機：2000-8000g

碟片式離心機：3000-10000g3)、高速離心機，Fr=5,000—20,000g

多室離心機：2000-8000g

碟片式離心機：3000-10000g

管式離心機：>8000-15000g4)、超速離心機，Fr=20,000—1,000,000g4.3 離心技術分類用途分類

1)、分析性：超速離心機

2)、製備性：A、實驗室用；B、工業用工業應用分類

1)、管式離心機

2)、多室離心機（管式離心機的變形）

3)、碟式離心機：Ａ、人工排渣式,Ｂ、噴嘴排渣式,Ｃ、活塞排渣式

4)、螺旋卸料沉降離心機

5)、離心過濾

6)、三足式離心機4.4 管式離心機操作：應用：A、液-液分離(連續式)，B、低固體含量(<1%)的固-液分離(間歇式)。主要技術指標：A、離心管直徑40-150mm，長徑比4-8；B、離心強度8000—15000g；C、處理能力100-400L/h；D、適應的顆粒直徑0.01-100

m，固液密度差大於0.01g/cm3，固體含量小於1%優點：A、結構簡單，價廉，B、分離效果好，分離因數高8000—15000g缺點：A、處理能力有限;B、低固體含量的懸浮液(<1%)4.4 管式離心機沉降計算粒子在Z-axis上的移動速度：粒子在r-axis上的移動速度:

粒子的運動軌跡：4.4 管式離心機清除條件：最難分離的粒子在入口：Z=0，r=R1;在出口：Z=H,r=R0。按進入和離開的邊界條件，將上式積分得：在大多數條件下，由於液層很薄，R0

Rl，上式可簡化為：意義：A、最大流量Qmax與離心機特徵(H,R0,Rl,

)的關係，超過最大流量，粒子不能被清除；B、離心機設計、放大和操作的基礎。4.5 多室離心機(管式離心機的變形)

操作：應用：A、抗生素的液-液萃取分離，B、固相濃度小於５％的固—液分離，如酒類和果汁的澄清。主要技術參數：A、3-7個分離室，B、分離因數2000-8000g，C、處理能力2.5-10m3/h，D、顆粒d>0.1

m，E、固體濃度<５％。優點(與管式比較)：A、加強功能：分離液流程

、沉降面積

、流層減薄、沉降距離減小；B、顆粒的篩分作用：粗顆粒沉降到內層分離室，細顆粒沉降到外層分離室.缺點：沉澱清理困難。4.6 碟式離心機

化學、制藥和生化工業應用最廣泛特點：A、10-100個錐頂角為60-100

Ｃ的錐形碟片；B、碟片距很短0.5-2.5mm，沉降距離極短，分離效果高；C、碟片多，沉降面積大，增加分離效果；D、抗對流效果高。分類：Ａ、人工排渣式;Ｂ、噴嘴排渣式;C、活塞排渣式。

Ａ、人工排渣碟片離心機操作：應用：A、液-液分離，並含少量固體，B、固-液分離，固相含量小於２%，C、澄清操作。主要技術指標：A、分離因數10000g以上；B、適應的顆粒直徑0.02—20

m，固體含量小於２%，C、<100t/h。優點：A、分離因數達10000g以上，B、特別適合於含少量細顆粒的液液分離。缺點：A、轉鼓與碟片之間空隙大，不易發揮離心機的高效分離性能；B、停車清洗，生產效率低，勞動強度大。Ｂ、噴嘴排渣碟片離心機操作：應用：多用於cell濃縮，濃縮比在5-20。主要技術指標：A、分離因數5000g左右；B、適應的顆粒直徑0.1-100

m，固體含量<25%，C、噴嘴2-24個，D、轉鼓d<900mm優點：A、顆粒富積好，B、處理量大，可達300t/h。缺點：A、分離因數5000g，低，不適合於小顆粒的分離；B、富積的顆粒含水量大。Ｃ、活塞排渣碟片離心機操作：應用：多種顆粒的分離(0.1--500

m顆粒)，固體含量<10%,應用範圍最廣主要技術指標：A、分離因數5000-9000g；B、適應的顆粒直徑0.1—500

m，固體含量<10%，C、處理量達40t/h，D、固液密度差0.01g/cm3。優點：A、顆粒富積好，B、處理量較大40t/h。缺點：A、富積的顆粒含水量大；B、不適合於高固體含量的發酵液(>10%)。4.6 碟式離心機

最大流量計算4.7 螺旋卸料沉降離心操作：立式，臥式應用：A、高濃度的大顆粒的固液分離(達50%,2um-5mm)，如澱粉精製和污水處理。主要技術指標：A、分離因數小於6000g；B、適應的顆粒直徑2um-5mm，固體含量1-50%，C、固液密度差0.05g/cm3，D、轉鼓直徑--900mm。優點：A、操作溫度高300

C大；B、處理量大，可達60t/h。缺點：分離因數小於6000g，不適合於小顆粒的分離。4.7 螺旋卸料沉降離心機沉降計算：4.8 離心過濾原理:4.8 離心過濾

計算流量方程：注：流量為非常數，時間增加，濾餅厚度增加，而流量減小。濾餅形成時間方程：意義：得到濾餅厚度(R0-RC)所需時間，用於工藝放大Q4.9 離心設備的選擇

基本參數選擇 顆粒d,固液

差,

基本型號固體物濃度 亞型 產物熱穩定性 低溫離心 流量Q,規模 規格、台數 氣溶膠,活cell密封滅菌設計4.1 概論固液分離：第一選擇為過濾，第二選擇離心分離。應用：A、難過濾的發酵液：d小、

大、過濾U慢、甚至不能過濾的懸浮液，以及忌用助濾劑、或助濾劑無效的懸浮液；B、其他難分離的固液分離；C、互不相溶液—液分離，如液液萃取；D、不同密度固體或乳濁液的密度梯度分離，如超離心分離缺點：A、分離得到的不是濾餅一樣的半幹物，而是漿狀物；B、處理量小；C、設備複雜，價格貴，分離成本高。操作形式：A、離心沉降；B、離心過濾；C、密度梯度(超離心)。4.10超速離心技術

超速離心機：分離因數在100,000g以上的離心設備

沉降係數(sedimentationcoefficient,S=Svedbergs=10-13s)：S計算：顆粒在20

C水中的Sw,20為v

為溶質(顆粒)的單位品質的體積,

w,20和

L,T分別為20C的水和T

C溶劑的黏度，

w,20和

L,T

分別為20C的水和T

C溶劑的密度。

Sw,20與溶質（顆粒）濃度有關：為c

0時的沉降係數(20C的水),k為常數4.10超速離心技術1操作模式4.10超速離心技術-應用A.測定分子量:B.大分子的純度鑒定C.大分子的構相變化D.DNA半保留複製物質分子量S0w,20細胞色素c124001.18肌紅蛋白169002.04胰班白酶230002.50尿激酶320002.70卵白蛋白450003.704.10超速離心-DNA半保留複製ThankyouforyourjoinQuestions問題：

A、100多年以後，淡水資源枯竭；

B、現存的問題是：北方嚴重缺水解決之道

A、節約用水

B、南水北調

C、海水淡化Questions: A、海水如何淡化? B、30萬人/年腎衰病人；約1/6腎移植，生命如何延長?第五章 膜分離技術5.1 概論5.2 膜分離技術的類型5.3 微濾(MF)5.4 超濾(UF)5.5 反滲透(RO)5.6 透析(DS)5.7 電透析(ED，IEED)5.8 膜材料的要求5.9 膜材料的種類5.10 膜結構特徵5.11 超濾膜的分子截留作用5.12 膜組件

作業5.1 概論優點: 1)、能耗低。膜分離不涉及相變，對能量要求低，與蒸餾、結晶和蒸發相比有較大的差異；2)、分離條件溫和，對於熱敏感物質的分離很重要；3)、操作方便，結構緊湊、維修成本低、易於自動化。缺點1)、膜面易發生污染，膜分離性能降低，故需採用與工藝相適應的膜面清洗方法；2)、穩定性、耐藥性、耐熱性、耐溶劑能力有限，故使用範圍有限；3)、單獨的膜分離技術功能有限，需與氣他分離技術連用。5.2 膜分離技術的類型以推動力的過程分類 以濃度差為推動力的過程：A、透析技術(Dialysis,DS)

以電場力為推動力的過程：A、電透析，B、離子交換電透析 以靜壓力差為推動力的過程：A、微濾(microfiltration)，B、超濾(untrafiltration)，C、反滲透(reverseosmosis)

以蒸氣壓差為推動力的過程：A、膜蒸餾，B、滲透蒸餾以分離應用領域過程分類 微濾(micro-filtration,MF)

超濾(untra-filtration,UF)

反滲透(reverseosmosis,RO)

透析(Dialysis,DS)

電透析(electro-dialysis,ED)

納米膜分離(Selective,RO)

親和過濾(affinityfiltration,AF)

滲透氣化(pervaporation,PV)5.2 膜分離技術的類型膜分離法與物質大小的關係。5.3 微濾(MF)原理：篩分，同一般過濾有很大重疊。操作：同一般過濾。膜兩側的滲透壓可忽略，操作壓在0.05-0.5Mpa。用途：除去0.1um—10um的顆粒，用於細胞、細菌、細胞器的分離。透過流通量Jv(kgm-2s-1)計算：

Carman-Kozeny方程

：膜的孔隙率，

：濾液黏度，K：為與孔道結構有關的無因次常數，S0為孔道比表面積。意義：Jv與壓力差

p成正比，與濾液的黏度成反比，這是分析微濾過程的理論基礎。5.4 超濾(UF)原理：篩分操作：一般採用切向流體，以減少固相沉積。膜兩側的滲透壓很小，操作壓在0.1-1.0MPa。應用：A、高分子溶質之間，以及高分子與小分子溶質之間的分離；B、Pro濃縮，C、病毒的分離和富積，C、回收細胞，處理膠體懸浮液。計算：

Carman-Kozeny方程(見上)。優點：A、消除了濾餅的阻力，過濾效率高；B、超濾回收率高；C、濾液的品質好；D、減少處理步驟5.5 反滲透(RO)

滲透壓差

條件：極稀溶液。意義：透過液溶質濃度(c2p)方程：

v1為溶劑水的摩爾體積(m3/mol)；aA和aB分別為A、B兩側溶劑的活度；

為膜兩側的滲透壓差;c2為溶質在膜兩側濃度差；

p為膜兩側壓力差；Lsolute和Lsolvent分別為溶質和溶劑在膜中的滲透係數。意義：5.5 反滲透(RO)

意義：A、膜的選擇性。B、壓力的選擇性。壓力