生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座

14.發(fā)酵液預(yù)處理和固液分離生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第1頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第2頁影響發(fā)酵液后處理主要原因粘度,雜蛋白影響樹脂對產(chǎn)物吸附能力；在萃取操作中，易產(chǎn)生乳化，不利于兩相分離；污染濾膜，降低濾速高價無機離子當采取離子交換法提取產(chǎn)物時，影響樹脂對生化物質(zhì)交換容量14.1發(fā)酵液預(yù)處理降低發(fā)酵液粘度去除雜蛋白生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第3頁14.1.1凝聚和絮凝技術(shù)這兩項技術(shù)能有效地改變細胞、菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子分散狀態(tài)、使之聚集，增大致積，利于過濾，慣用于菌體細小且粘度大發(fā)酵液預(yù)處理中。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第4頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第5頁凝聚定義：在中性鹽作用下，因為雙電層排斥電位降低，而使膠體體系不穩(wěn)定現(xiàn)象，稱凝聚。φsφdζ電位：可測生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第6頁ζ電位：ζ電位與擴散層厚度δ和電動電荷密度q成正比。擴散成厚度δ又與溶液離子強度I相關(guān)。高價陽離子存在，可壓縮擴散層厚度，使電位快速降低。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第7頁慣用凝聚劑——高價陽離子凝聚能力次序為：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+慣用電解質(zhì)：Al2(SO4)3·18H2O、AlCl3·6H2O、FeCl3、ZnSO4、MgSO4生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第8頁絮凝定義：是指在一些高分子絮凝劑存在下，基于架橋作用，使細胞聚集形成粗大絮凝團過程。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第9頁慣用絮凝劑：人工高分子聚合物：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯，聚乙稀亞胺衍生物無機高分子聚合物：聚合鋁鹽、聚合鐵鹽天然有機高分子絮凝劑：殼聚糖、葡聚糖、明膠、骨膠微生物絮凝劑：糖蛋白，粘多糖，纖維素，核酸生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第10頁聚丙烯酰胺絮凝劑生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第11頁影響絮凝原因絮凝劑加量絮凝劑分子量溶液pH攪拌速度攪拌時間生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第12頁14.1.2雜蛋白其它去除方法變性沉淀熱變性：適于熱穩(wěn)定物質(zhì)大幅度調(diào)整pH：依據(jù)產(chǎn)物特征反向調(diào)整，加有機溶劑等電點沉淀生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第13頁化正當沉淀在酸性溶液中，蛋白質(zhì)與陰離子形成沉淀，如：三氯乙酸，水楊酸鹽，鎢酸鹽，苦味酸鹽，鞣酸鹽，過氯酸鹽等在堿性溶液中，與陽離子形成沉淀，如：Ag+，Cu2+，Zn2+，F(xiàn)e3+，Pb2+等生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第14頁14.1.3高價無機離子去除Ga2+：加入草酸和草酸鹽，生成草酸鈣；加入磷酸鹽，生成磷酸鈣Mg2+：加入草酸；加入磷酸鹽，生成磷酸鎂；三聚磷酸鈉（Na5P3O10），生成可溶性絡(luò)合物Fe3+：加入黃血鹽，生成普魯士蘭沉淀生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第15頁14.2發(fā)酵液固液分離14.2.1影響固液分離原因14.2.2過濾定義：在一定壓力差下，利用多孔性介質(zhì)截留固液懸浮液中固體粒子，進行固液分離方法稱為過濾。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第16頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第17頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第18頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第19頁過濾介質(zhì)無定形顆粒：無煙煤、砂、顆?；钚蕴?、鐵礦砂等成形顆粒：燒結(jié)金屬、燒結(jié)塑料以及用合成樹脂粘結(jié)硅砂、塑料顆粒等，做成圓筒形或板狀。非金屬織補棉：化學纖維、玻璃纖維織品、長纖維濾布、短纖維濾布。金屬織布：不銹鋼絲或鐵絲等織布。無紡品：紙、氈、石棉板、合成纖維無紡布等。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第20頁過濾設(shè)備選擇依據(jù)被過濾液體特征固形物含量1-10％是采取連續(xù)式過濾機極限。生產(chǎn)規(guī)模：大規(guī)?！B續(xù)式小規(guī)?！g歇式操作條件操作要求過濾機材料：食品和藥品工業(yè)—聚丙烯或聚酯生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第21頁過濾設(shè)備板框過濾機優(yōu)點：

結(jié)構(gòu)簡單、裝配緊湊、過濾面積大、允許采取較大操作壓力，輔助設(shè)備少，動力消耗小，過濾和洗滌質(zhì)量好，對固形物含量要求低，材料選擇范圍廣。缺點：

設(shè)備粗笨、占地面積多、輔助時間長生產(chǎn)效率低。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第22頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第23頁

板框過濾機生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第24頁真空轉(zhuǎn)鼓過濾機優(yōu)點：

真空轉(zhuǎn)鼓過濾機含有自動化程度高、操作連續(xù)、處理量大。尤其適合固體含量大（>10％）懸浮液分離，在發(fā)酵工業(yè)中廣泛用于霉菌、放線菌和酵母發(fā)酵液或細胞懸浮液過濾分離。缺點：

因為受真空度限制，不適于菌體較小和粘度較大細菌發(fā)酵液過濾，且過濾所得固相干度不如加壓過濾。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第25頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第26頁真空轉(zhuǎn)鼓過濾機生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第27頁14.2.3離心定義：借助離心機旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生離心力作用，促使不一樣大小，不一樣密度粒子分離技術(shù)。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第28頁離心力（單位質(zhì)量）分離因數(shù)生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第29頁粒子重力沉降速度Stokes定律：

粒子離心沉降速度生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第30頁離心分離方法差速離心——工業(yè)上最慣用離心分離方法菌體、細胞大小/μm離心力/g試驗室工業(yè)規(guī)模大腸桿菌2-4150013000酵母2-715008000血小板2-45000－紅細胞6-91200－淋巴球7-12500－肝細胞20-30800－生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第31頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第32頁區(qū)帶離心——多用于生化研究事先在離心管中用某種低分子溶質(zhì)調(diào)配好密度梯度，在密度梯度之上加待處理料液后進行離心。慣用密度梯度物質(zhì)：

蔗糖、CsCl、NaBr生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第33頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第34頁試驗室慣用轉(zhuǎn)子生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第35頁碟片式離心機

是傳統(tǒng)離心機，為當前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛離心機。分離因數(shù)可達1000-0，最大處理量到達300m3/h，慣用于大規(guī)模分離過程。適用范圍

細菌、酵母菌、放線菌、細胞碎片離心分離設(shè)備生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第36頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第37頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第38頁管式離心機

管式離心機是一個分離效率很高離心分離設(shè)備，其轉(zhuǎn)鼓細長，可在15000-50000高轉(zhuǎn)速下工作，分離因數(shù)可達104-6×105。它設(shè)備簡單、操作穩(wěn)定。適用范圍

細胞、細胞碎片、細胞器、病毒、蛋白質(zhì)、核酸等。尤其適合普通分離機難以分離固形物含量<1%發(fā)酵液分離。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第39頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第40頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第41頁傾析式分離機

是一個靠離心力和螺旋推進力作用自動連續(xù)排渣離心機。具操作連續(xù)、適應(yīng)性強、結(jié)構(gòu)緊湊和維修方便優(yōu)點。分離因數(shù)為1500-3000。適用范圍

尤其適合固形物含量較多懸浮液分離。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第42頁14.3全發(fā)酵液提取全發(fā)酵液提取:從懸浮液中直接提取生化物質(zhì)膜技術(shù)雙水相萃取擴張床(膨脹床):expendedbedadsorption生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第43頁生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第44頁

膨脹床操作過程生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第45頁全發(fā)酵液萃取裝置生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第46頁思索題:1.為何要進行發(fā)酵液預(yù)處理？2.絮凝和凝聚定義和區(qū)分。慣用絮凝劑3.發(fā)酵液分離主要方法.4.分離和過濾主要設(shè)備有哪些?生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第47頁5濾餅比阻：8.23X1014cm/g生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第48頁15細胞破碎生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第49頁定義:細胞破碎就是采取一定方法，在一定程度上破壞細胞壁和細胞膜，設(shè)法使胞內(nèi)產(chǎn)物最大程度地釋放到液相中，破碎后細胞漿液經(jīng)固液分離除去細胞碎片后，再采取不一樣分離伎倆深入純化.生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第50頁15.1細胞壁組成和結(jié)構(gòu)微生物細胞壁化學組成和結(jié)構(gòu)細菌，肽聚糖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)酵母菌：葡聚糖，甘露聚糖，蛋白質(zhì)真菌：細胞壁更厚植物細胞壁化學組成和結(jié)構(gòu)初生壁，次生壁含有很高機械強度生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第51頁15.2細胞破碎技術(shù)機械法和非機械法15.2.1機械法機械法主要是利用高壓、研磨或超聲波等伎倆在細胞壁上產(chǎn)生剪切力到達破碎目標.包含高壓勻漿法,珠磨法和超聲破碎法生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第52頁高壓勻漿器影響勻漿破碎主要原因是壓力、溫度和經(jīng)過勻漿器閥次數(shù)。高壓勻漿法適用范圍較廣，在微生物細胞和植物細胞大規(guī)模處理中常采取.生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第53頁高速珠磨機(highspcedbeadmill)研磨是慣用一個方法，它將細胞懸浮液與玻璃小珠、石英砂或氧化鋁等研磨劑一起快速攪拌，使細胞取得破碎。在工業(yè)規(guī)模破碎中常采取高速珠磨機生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第54頁超聲波破碎器超聲波處理細胞懸浮液時，破碎作用受許多原因影響，通常聲強和振幅影響很大，但強度太高易使蛋白質(zhì)變性，頻率改變影響不顯著：另外介質(zhì)離子強度、pH值、菌體種類和濃度也有很大影響.超聲波振蕩過程中碰到最大問題就是產(chǎn)生熱量不輕易驅(qū)散，所以影響了它在大規(guī)模工業(yè)上應(yīng)用，但在試驗室和小規(guī)模生產(chǎn)中是一個很好方法生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第55頁15.2.2非機械法非機械方法很多，包含酶解、滲透壓沖擊、凍結(jié)和融化、干燥法和化學法溶胞等.1)酶解法是利用酶反應(yīng)，分解破壞細胞壁上特殊鍵，從而到達破碎目標。酶解法能夠在細胞懸浮液中加入特定酶，也能夠采取自溶作用。酶解法優(yōu)點是發(fā)生酶解條件溫和、能選擇性地釋放產(chǎn)物、胞內(nèi)核酸等泄出量少、細胞外形較完整、便于后步分離等；但酶水解價格高，故小規(guī)模應(yīng)用較廣.生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第56頁滲透壓沖擊法凍融法干燥法化學法:采取化學法處理能夠溶解細胞或抽提胞內(nèi)組分。慣用酸、堿、表面活性劑和有機溶劑等化學試劑。生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第57頁15.2.3選擇破碎方法依據(jù)(1)細胞處理量(2)細胞壁強度和結(jié)構(gòu)(3)目標產(chǎn)物對破碎條件敏感性(4)破碎程度適宜操作條件應(yīng)從高產(chǎn)物釋放率，低能耗和便于后步提取這二方面進行權(quán)衡生物分離工程細胞破碎專業(yè)知識專家講座第58頁15.2.4