第二章-原料的预处理.ppt

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1、第二章原料预处理一、学习目的与要求通过本章学习，要求了解细胞分离、目标产物的释放的各种基本方法，了解各种方法的优缺点和应用范围。二、学习指南（一）细胞分离了解：重力沉降、离心沉降和过滤的概念。　　理解：离心分离与过滤原理以及提高分离效率的方法。　　应用：采用不同的离心分离、过滤设备对不同的细胞进行分离。（二）细胞破碎理解：各种细胞破碎方法原理、优缺点及其适用范围。　　应用：采用不同的细胞破碎方法对不同细胞进行不同程度的破碎。微生物发酵或动植物细胞培养后培养液与细胞的分离，结晶体与母液的分离，浸取液与药源固体的分离都需要固液分离，在制药工

2、程中将菌体或细胞与培养液分离是生物分离过程的第一步。1.1悬浮液的基本特性生物细胞培养液基本上属于悬浮液,其中大部分是水,培养液中水的特性与固液分离有密切的关系。第一节细胞分离1.极性：水分子由于正负电荷的中心不重合，为极性分子。水分子之间由于氢键会发生强烈的缔合作用，如与固体物料表面发生氢键作用，则会强化水分子在物料表面的附着状态而不利于固液分离的进行。2.粘性：反映了流体分子间的相互作用，它是温度的函数，改变温度会对分离效率产生显著的影响。3.表面张力:表面张力随温度的升高而降低。液体介质的表面张力越大，固液分离越困难，因此，降低水的表面

3、张力，是提高固液分离的有效途径之一。1.2悬浮液的预处理：1.预处理的目的：（1）改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率。（2）尽可能使产物转入便于后处理的某一相中。（3）去除发酵液中部分杂质，便于后续操作。2.预处理的方法：（1）加热法：可降低悬浮液的粘度，加速聚集作用以除去杂蛋白，破坏凝胶状结构，增加滤饼孔隙度，提高分离效率。（2）调节悬浮液的pH值：促进凝聚作用。（3）凝聚和絮凝：将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体

4、，在进行分离。特点：使颗粒尺寸增加，增大颗粒的沉降或浮选速率，提高滤饼的渗透性或在深床过滤时产生较好的颗粒保留作用。凝聚：在投加的化学物质（如铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。絮凝：使用絮凝剂（天然或合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。1.3重力沉降（适用于分离较大的颗粒）重力沉降的先决条件是固相和液相间存在密度差。重力沉降过程中固体颗粒受到重力、浮力和摩擦阻力的作用。根据斯托克思定律，当浮力、摩擦阻力和重力达到平衡时，球形固体颗粒均速沉降，沉降速度为：由

5、于菌体细胞的直径很小，沉降速度很慢，因此常需向菌体的料液中加入絮凝剂，使菌体细胞凝聚成较大颗粒后过滤除去。1.4离心沉降（适用于分离较小的颗粒）广泛应用于固液、液液相的分离。1.离心沉降速度S=从该式中可看出：①当ρs＞ρL，则S＞0，粒子顺着离心方向沉降。②当ρs＝ρL，则S＝0，粒子到达某一位置后达到平衡。③当ρs＜ρL，则S＜0，粒子逆着离心方向上浮。离心沉降时，颗粒的相对分子质量越大，沉降系数越大，离心沉降速度越大。令：S为沉降系数2.离心分离法（1）差速离心分离：原理:利用不同的粒子在离心力场中沉降的差别（大而重的颗粒沉降最快，最先

6、到达底部），在同一离心条件下，沉降速度不同，通过不断增加相对离心力，使一个非均匀混合液内的大小、形状不同的粒子分级沉淀。操作过程：一般是在离心后用倾倒的办法把上清液与沉淀分开，然后将上清液加高转速离心，分离出第二部分沉淀，如此往复加高转速，逐级分离出所需要的物质。优点：操作最简便，使用最广泛。缺点：差速离心的分辨率不高，沉淀系数在同一个数量级内的各种粒子不容易分开，常用于其他分离手段之前的粗制品提取。（2）区带离心根据离心操作条件不同，可分为差速区带离心和平衡区带离心。差速区带离心法：在离心前于离心管内先装入密度梯度介质（如蔗糖、甘油、KBr

7、、CsCl等），溶液的密度从离心管顶部至底部逐渐增加，待分离的样品铺在梯度液的顶部，同梯度液一起离心。离心后在近旋转轴处（r1）的介质密度最小，离旋转轴最远处（r2）介质的密度最大，但最大介质密度必须小于样品中粒子的最小密度，即ρs＞ρL。这种方法是根据分离的粒子在梯度液中沉降速度的不同，使具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内分成一系列区带，达到彼此分离的目的。梯度液在离心过程中以及离心完毕后，取样时起着支持介质和稳定剂的作用，避免因机械振动而引起已分层的粒子再混合。用于差速区带离心分离的物质密度必须大于梯度液中最大密度，离心过程必须

8、在被分离物区带到达管底前停止。由于ρs＞ρL，可知S＞0，因此该离心法的离心时间要严格控制，既有足够的时间使各种粒子在介质梯度中形成区带，又要控制在任一粒子达到沉淀