發(fā)酵液的固液分離

關(guān)于發(fā)酵液的固液分離第1頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固液分離的目的收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等）。第2頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響發(fā)酵液固液分離的因素1）發(fā)酵液中懸浮離子的大小第3頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）發(fā)酵液的黏度viscosity

：固液分離速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分離越困難。影響粘度的因素：菌體的種類(lèi)和濃度（重要因素），通常絲狀菌、動(dòng)物或植物細(xì)胞懸浮液粘度較大，濃度增大，粘度也提高。培養(yǎng)液中蛋白質(zhì)、核酸大量存在：通常細(xì)胞破碎或細(xì)胞自溶后粘度增大。因此細(xì)胞破碎的程度應(yīng)控制，發(fā)酵放罐時(shí)間要適宜。培養(yǎng)基成分：如用黃豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都會(huì)升高。此外，某些染菌發(fā)酵液，如染細(xì)菌，則粘度會(huì)增大。發(fā)酵過(guò)程的不正常處理，如大量過(guò)剩的培養(yǎng)基和消沫油加入，都會(huì)使粘度增大。第4頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月常見(jiàn)的固液分離方法（一）過(guò)濾常規(guī)過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾（二）離心分離（三）發(fā)酵液不經(jīng)固液分離直接提取分離第5頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)濾filtration過(guò)濾操作是借助于過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力差ΔP作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。過(guò)濾介質(zhì)filtermedium

:過(guò)濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿filterpulp

:所處理的懸浮液；濾液filtrate

:通過(guò)多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣filtercake:被截留的固體物質(zhì)。第6頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月濾餅過(guò)濾：當(dāng)懸浮液通過(guò)濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾餅（濾渣）。在濾餅過(guò)濾中，當(dāng)濾餅至一定厚度時(shí)即起主要的過(guò)濾作用適合于固體含量大于0.1%的懸浮液的過(guò)濾分離。第7頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)濾推動(dòng)力：懸浮液自身壓強(qiáng)差、重力懸浮液的—外加壓力過(guò)濾介質(zhì)的—抽真空離心力過(guò)濾阻力：介質(zhì)阻力：可視為平變，且一般過(guò)濾初較明顯濾餅阻力:濾餅厚度：隨過(guò)濾進(jìn)行而增加濾餅特性：顆粒形狀、大小。大多情況下，過(guò)濾阻力主要取決于濾餅阻力。第8頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)濾速度的強(qiáng)化1．降低濾餅比阻力rB

一切能夠降低rB的方法：如添加電解質(zhì)、絮凝劑、凝固劑助濾劑等。2．降低濾液黏度μ

黏度愈低，過(guò)濾阻力愈小。加熱、去雜蛋白、絮凝、調(diào)PH、選擇合適的放罐時(shí)間。3．降低懸浮液中懸浮固體的濃度過(guò)濾速度與獲得濾餅體積成反比。因此應(yīng)盡可能降低培養(yǎng)基配料濃度（如玉米粉、豆餅粉的濃度）。4.對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，改善濾液性質(zhì)。第9頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)濾介質(zhì)選擇過(guò)濾介質(zhì)起過(guò)濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力。合理選擇過(guò)濾介質(zhì)：過(guò)濾介質(zhì)所能截留的固體粒子大?。和ǔＲ赃^(guò)濾介質(zhì)的孔徑表示。常用的過(guò)濾介質(zhì)中，纖維濾布所能截留的最小粒子約10μm，硅藻土為lμm，超濾膜可小于0.5μm。過(guò)濾介質(zhì)的透過(guò)性：是指在一定的壓力差下，單位時(shí)間單位過(guò)濾面積上通過(guò)濾液的體積量，它取決于過(guò)濾介質(zhì)上毛細(xì)孔徑的大小及數(shù)目。第10頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱(chēng)濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布。其過(guò)濾性能受許多因素的影響，其中最重要的是纖維的特性、編織紋法和線型。第11頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是優(yōu)良的過(guò)濾介質(zhì)：①一般不與酸堿反應(yīng)，化學(xué)性能穩(wěn)定；②形狀不規(guī)則，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；③無(wú)毒且不可壓縮，形成的過(guò)濾層阻力不隨操作壓力變化。硅藻土過(guò)濾介質(zhì)通常有三種用法：（1）作為深層過(guò)濾介質(zhì)。硅藻土過(guò)濾層具有曲折的毛細(xì)孔道，借篩分、吸附和深層效應(yīng)作用除去懸浮液中的固體粒子，截留效果可達(dá)到1μm。（2）作為預(yù)涂層。在支持介質(zhì)的表面上預(yù)先形成一層較薄的硅藻土預(yù)涂層，用以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道不被濾餅層中的固體粒子堵塞。（3）用作助濾劑。第12頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)

如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，可加工成板狀或管狀，孔隙很小且耐腐蝕，常用于過(guò)濾含有少量微粒的懸浮液。第13頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月典型過(guò)濾設(shè)備：按操作方式分類(lèi)：間歇過(guò)濾機(jī)、連續(xù)過(guò)濾機(jī)按操作壓強(qiáng)差分類(lèi)：壓濾、吸濾和離心過(guò)濾實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置板框壓濾機(jī)（間歇操作）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)（連續(xù)操作）過(guò)濾式離心機(jī)固液分離過(guò)濾設(shè)備第14頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月151）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置第15頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）板框壓濾機(jī)

plateandframefilter

板框壓濾機(jī)的過(guò)濾推動(dòng)力來(lái)自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過(guò)濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。

第16頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月17板框壓濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開(kāi)有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。第17頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月板框壓濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)過(guò)濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不同過(guò)濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強(qiáng)。它最重要的特征是通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓力降可以超過(guò)0.1MPa,這是真空過(guò)濾器無(wú)法達(dá)到的。缺點(diǎn)不能連續(xù)操作，設(shè)備笨重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差，非過(guò)濾的輔助時(shí)間較長(zhǎng)。第18頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月自動(dòng)板框式壓濾機(jī)自動(dòng)板框壓濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中可自動(dòng)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度小，輔助操作時(shí)間短。

自動(dòng)壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。第19頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；

濾室；分配頭；動(dòng)盤(pán)(18個(gè)孔，分別與扇形格的18個(gè)通道相連)；定盤(pán)(三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤(pán)的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；

濾漿槽。第20頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒(méi)角約900-1300，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)(轉(zhuǎn)速約0.5-2r／min)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的3個(gè)室相通，可順序進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。即整個(gè)圓筒分為過(guò)濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)，卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域。第21頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)可吸濾、洗滌、卸餅、再生連續(xù)化操作，生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)強(qiáng)度小缺點(diǎn)：輔助設(shè)備多，投資大，且由于真空過(guò)濾，推動(dòng)力?。ú怀^(guò)8×104Pa），濾餅濕度大（20％～30％）。主要適用霉菌發(fā)酵液，對(duì)菌體細(xì)小、黏度大鋪助濾劑。對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。第22頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月23結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過(guò)濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱(chēng)懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過(guò)濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。離心過(guò)濾機(jī)（centrifugalfilter）第23頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)備主要結(jié)構(gòu)過(guò)程特點(diǎn)適用性板框壓濾機(jī)濾板/濾框/夾緊機(jī)構(gòu)/機(jī)架裝合過(guò)濾洗滌卸渣整理加壓過(guò)濾，推動(dòng)力較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；過(guò)濾面積大，能耗少；間歇操作；洗滌時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。應(yīng)用廣泛。對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒(濾網(wǎng)、濾布)/分配頭、濾漿槽過(guò)濾洗滌吹干卸渣連續(xù)化生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高真空過(guò)濾，推動(dòng)力較小；，濾餅濕度大，設(shè)備投資高適于粒度中等，粘度不太大的物料離心過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓(濾網(wǎng)、濾布)/機(jī)架過(guò)濾洗滌卸渣離心過(guò)濾，推動(dòng)力最大；濾液濕度小，設(shè)備成本高，應(yīng)用廣泛，過(guò)濾面積小。幾種過(guò)濾設(shè)備的比較第24頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月又稱(chēng)切向流過(guò)濾（Cross-FlowFiltration）傳統(tǒng)過(guò)濾時(shí)過(guò)濾液體垂直于過(guò)濾介質(zhì)，過(guò)濾阻力主要來(lái)之濾餅。錯(cuò)流過(guò)濾打破了傳統(tǒng)過(guò)濾的機(jī)制，即液體的流向和濾膜相切。在壓力推動(dòng)下，懸浮液以高速在管狀濾膜的內(nèi)壁作切向流動(dòng)，利用流動(dòng)的剪切作用將過(guò)濾介質(zhì)表面的固體（濾餅）移走，而附著在濾膜上的濾餅很薄，因而能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定不變的過(guò)濾速度錯(cuò)流過(guò)濾第25頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月26微濾過(guò)程示意圖,料液快速經(jīng)過(guò)薄膜,以減少形成濾餅錯(cuò)流過(guò)濾第26頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月錯(cuò)流過(guò)濾特點(diǎn)收率高（97-98%）質(zhì)量好減少處理步聚染菌罐也能進(jìn)行處理介質(zhì)阻力大不能得到干濾餅需要大的膜面積目前適用于小分子的分離第27頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）離心分離對(duì)于濃度較小，粒徑較大，硬度較強(qiáng)的不溶物，可以采用過(guò)濾分離。但當(dāng)固體顆粒細(xì)小而難以過(guò)濾時(shí)，發(fā)酵液不易被過(guò)濾純化，離心操作往顯得十分有效。離心分離是基于固體顆粒和周?chē)后w密度存在差異，在離心場(chǎng)中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過(guò)程。動(dòng)植物細(xì)胞的收集、細(xì)胞碎片和沉淀的分離等常用離心分離。第28頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月優(yōu)點(diǎn)：分離速度快，分離效率高、液相澄清度好缺點(diǎn)：與過(guò)濾設(shè)備相比，設(shè)備投資高、能耗大、離心產(chǎn)生的固體濃縮物和過(guò)濾產(chǎn)生的濃縮不同。通常情況下離心只能得到一種較為濃縮的懸浮液或漿體。而過(guò)濾可獲得的水分含量較低的濾餅。離心分離第29頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離心力與轉(zhuǎn)速第30頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離心分離顆粒沉降速度d－顆粒直徑；ρp

－顆粒密度；ρm

－液體介質(zhì)密度；η－液體介質(zhì)粘度；ω－旋轉(zhuǎn)角速度；r－轉(zhuǎn)軸中心到顆粒中心距離。增大離心力（ω2r）可提高沉降速度，對(duì)沉降速度小的顆粒，提高轉(zhuǎn)速是有效的方法。與顆粒直徑有關(guān)，大顆粒容易沉降。與顆粒密度和介質(zhì)密度之差(ρp-ρm)成正比，隨介質(zhì)粘度增大而減小。第31頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月32按速度和離心力：1、常速離心機(jī)最大轉(zhuǎn)速8000rpm(r/min),相對(duì)離心力(RCF)104g以下,用于細(xì)胞、菌體和培養(yǎng)基殘?jiān)确蛛x；2、高速（冷凍）離心機(jī)1×104-2.5×104rpm，相對(duì)離心力104~105g,用于細(xì)胞碎片、較大細(xì)胞器、大分子沉淀物等分離；3、超速離心機(jī)轉(zhuǎn)速2.5-8×104rpm，相對(duì)離心力5*105g；用于DNA、RNA蛋白質(zhì)、細(xì)胞器、病毒分離純化；檢測(cè)純度；沉降系數(shù)和相對(duì)分子量測(cè)定等。離心機(jī)的種類(lèi)與用途對(duì)于常速和高速離心機(jī)，由于所分離的顆粒大小和密度相差較大，只要選擇好離心速度和時(shí)間，就能達(dá)到分離效果。超速離心的離心方法：差速離心、密度梯度離心和等密度梯度離心。第32頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月按離心機(jī)的作用方式：斜角式平拋式管式蝶式螺旋式多室第33頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月341）斜角式離心機(jī)是一類(lèi)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室常用離心機(jī)指離心管腔與轉(zhuǎn)軸成一定傾角的轉(zhuǎn)子；角度越大，沉降越結(jié)實(shí)，分離效果越好，角度越小，顆粒沉降距離短，沉降速度快，但分離效果差顆粒在角轉(zhuǎn)子中沉降時(shí)，先沿離心力方向撞向離心管，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一側(cè)會(huì)出現(xiàn)顆粒沉積。第34頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）平拋式離心機(jī)平拋式離心機(jī)一類(lèi)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室常用的低中速離心機(jī)，轉(zhuǎn)速一般在3000-6000rpm。轉(zhuǎn)子活動(dòng)管套內(nèi)的離心管，靜止時(shí)垂直掛在轉(zhuǎn)頭上，旋轉(zhuǎn)時(shí)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從垂直懸吊上升到水平位置（約200—800rpm）。顆粒在水平轉(zhuǎn)子中的沉降是沿管子軸向移動(dòng)。樣品便于收集，受振動(dòng)和變速攪亂后對(duì)流現(xiàn)象小但轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最高轉(zhuǎn)速相對(duì)要低容量也小一些。

第35頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月36平拋式離心機(jī)轉(zhuǎn)子第36頁(yè)，課件共44頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月37管式離心機(jī)待處理的物料在一定壓力（3×104Pa左右）下由進(jìn)料管經(jīng)底部空心軸進(jìn)入鼓內(nèi)，靠擋板分布于鼓的四周，并使料液迅速達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓相同的角速度。轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)物料高速旋轉(zhuǎn)，在離心力下，懸浮液沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁向上流動(dòng)的，料液在離心力場(chǎng)的作用下因其密度差的存在而分離。澄清后的液相流動(dòng)到轉(zhuǎn)鼓上部的排液口排出。比重大的固體微粒逐漸沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣層，達(dá)到一定數(shù)量后，停機(jī)人工清除。第37頁(yè)，課件共44頁(yè)，