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第二章 液固分离 教学目的 掌握固液分离的方法，重点是离心沉降的方法与原理。了解离心机、过滤机的选用及在生物工业中的应用，了解固液分离预处理的方法。 重点和难点 离心沉降原理和计算，发酵液欲处理的方法 思考题 1 管式离心机处理能力及影响因素 2 过滤操作方程及其应用 3 离心沉降的方法及原理 课堂教学设计 课堂讲授与学生自学相结合 参考书目 1 孙彦，生物分离工程，化学工业出版社 2 严希康，生化分离工程，华东理工大学出版社 3 欧阳凯，生物下游技术原理，高等教育出版社 教学时数 2学时 主要内容 2.1 发酵液的预处理 2.2 重力沉降 2.3 离心沉降 2.4 过滤 2.5 双水相萃取 2.6 泡沫分离 通过微生物发酵或动植物培养得到的原料液应首先将其中的菌体或细胞与培养液分离。 如果目标产物为胞外代谢物则直接对培养液进行分离纯化； 如果目标产物为胞内代谢产物，要对细胞进行处理，释放目标产物，然后除去细胞碎片，再进行目标物质的纯化。 固液分离是生物技术工业应用最多的操作。 可用于分离细胞、细胞碎片、包含体、沉淀物。 应用到产品的初级分离阶段、纯化精制阶段 2.1.1 预处理的目的 改变发酵液的物理性质，改善流体性能，降低滤饼比阻，提高过滤速率。 使目的产物转相便于后处理（多数是液相） 去除发酵液中的部分杂质，便于后续操作。 2.1.2 预处理的具体方法 取决于可分离物质的性质，主要考虑目的物质的分子大小、热稳定性、pH的适应性。 加热：最简单最经济的预处理方法 加热能使液体粘度降低，过滤速度加快。 该方法只适合于对热较稳定的生化物质， 加热的温度和时间须严加选择。 调pH 改变发酵液的胶体状态 使产物转入液相， 使杂质（蛋白、多糖、Ca2+等）发生沉淀。 一般用草酸或无机酸、碱来调节。 通常加热和调pH协同作用。 链霉素生产发酵液预处理时，采用调pH＝3.0左右，加热至70℃，维持半小时以凝固蛋白质，这样可使过滤速度增大10～100倍，滤液粘度降低为原先的1/6。 添加凝聚剂和絮凝剂 凝聚与絮凝在预处理中常用于细胞、菌体(胞外产物)、细胞碎片 (胞内产物)以及蛋白质等胶体粒子的去除。 与热处理和加无机电解质相比，作用条件温和，实验剂量小。 1）凝聚作用是指在某些电解质作用下，使扩散双电层的排斥电位 (即ξ电位)降低，破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程。 通常发酵液中细胞或菌体带负电荷，由于静电引力的作用将溶液中带相反电性的粒子(即正离子)吸附在周围，在界面上形成了双电层。 反离子化合价越高，即凝聚能力越强。 阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：Al3+Fe3+Ca2+Mg2+K+Na+Li+。 常用的凝聚剂有：Al2(S04)3 ·18H20(明矾)；AlCl3·6H20； FeCl3；ZnS04；MgC03等 2）絮凝作用是指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。 絮凝剂必须具有长链线状的结构，易溶于水，在长的链节上含有相当多的活性功能团。 絮凝剂的功能团强烈地吸附在胶粒的表面上。一个高分子聚合物的许多功能基团分别吸附在不同颗粒的表面上，因而产生架桥联接。 絮凝剂包括各种天然聚合物和人工合成聚合物。 2.1.3去除杂质的具体方法 无机离子－利用沉淀作用 钙离子：加草酸或磷酸盐 镁离子：磷酸盐 铁离子：加黄血盐，生成普鲁士蓝沉淀 可溶性蛋白质(沉淀去除） 发酵液的预处理主要是如何使可溶性蛋白质变性沉淀除去。 蛋白质的性质和变性机理 1）水溶性蛋白质的胶体体系。亲水胶体形成水化层。 2）两性电解质。等电点沉淀 3）强的缓冲体系。消除缓冲作用，达到不可逆变性 4）热敏性 细胞与发酵液分离的方法（5种） 重力沉降、 离心分离、 过滤 双水相萃取 泡沫分离法 2.2重力沉降 【自学】 重力沉降设备体积庞大，分离效率低。 具有设备简单，制造容易，能耗低等优点，在食品、发酵，特别是环境工程中得到应用。 菌体或动植物细胞的重力沉降虽然简单易行， 因菌体细胞体积小，沉降速度很慢，不适于应用。 2.3 离心沉降 离心沉降是科研与生产实践最广泛使用的非均相分离手段。 适用于菌体或细胞的回收或除去， 用于血球、细胞器、病毒及蛋白质分离， 应用于液液相分离。? 离心力 Fc=r ?ω2 2.3.2 沉降系数（S) 2.3.3 离心沉降溶质完全沉淀所需的时间 平衡区带离心 平衡区带离心的密度梯度比差速离心的密度梯度大。 2.