生物分离考研课件第二章.ppt

第二章 固液分离与细胞破碎 2.1 沉降与离心 2.2 过滤 2.3 细胞破碎 2.1 沉降与离心 沉降是静止悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉的过程。 离心为固液分离的主要手段之一，是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。 1. 颗粒的沉降 沉降与离心分离的首要条件是固体颗粒与周围液体要有密度差。 重力或离心力、液体浮力、溶液对运动粒子的摩擦阻力。 层流：液体流速较小，质点做直线运动的流动形态 湍流：流速加大至某一程度，质点速度在方向和大小时刻变化的流动形态 例1. 将动物细胞在葡聚糖微载体上进行培养，负载了细胞的微载体密度为1.02g/cm3，直径150um。采用50L的反应器培养细胞生产疫苗，培养结束后停止搅拌以沉降方式分离细胞，反应器高度与直径之比为1.5:1，液体密度为1.00g/cm3，黏度为1.1cP(mPa· s)，估计微载体的沉降时间（以最大沉降速度计算）。 解： 2. 离心沉降 3. 离心方法 平衡区带离心： 密度梯度中的最大密度大于待分离的目标产物的密度。 离心操作后，料液中的高分子溶质在与其自身密度相等的溶剂密度处形成稳定的区带，区带中的溶质浓度以该密度为中心，呈高斯分布。 蔗糖 氯化铯（核酸分离） 溴化钠（脂蛋白分离） 4. 离心分离设备 离心设备的种类很多，根据离心力（转速）的大小，可分为普通离心机、高速离心机和超速离心机三类 。 在生物产品的生产中，所用的离心设备一般可在低温下操作，称为冷冻式离心机 。 按照作用原理不同，离心机又可分为沉降式离心机和过滤式离心机两大类。 过滤式离心机：转鼓上开有小孔，有过滤介质，液体在离心力的作用下穿过过滤介质，经小孔流出而分离。 分离原理与过滤基本相同。 主要用于处理颗粒粒径较大、固体含量较高的悬浮液。 实验室和工业生产中所用的离心机不尽相同。 实验室中的离心机主要要求有较好的离心分离效果，而对于处理量和生产能力没有严格的要求。所以它大多数以离心管式转子离心机为主，离心操作为间歇式。 由于生物工业上所要离心的对象通常颗粒小，料液性质复杂，工业上所应用的离心机大部分为高速离心机。 常用的是管式离心机和碟片式离心机，二者均为沉降式离心机 。 管式离心机 细长型 直径小（40～150mm） 长度大（长径比4～8） 转速高 最高可达50000rpm 一般在20000rpm 分离因数15000～65000 适合固体离子的直径 0.01～100um 固液密度差0.01g/ml 管式离心机分离效率高，适用于固体颗粒比较小、固含量较低（1％）的难分离悬浮液。 常用于微生物细胞，细胞碎片及蛋白质的分离。 间歇操作，沉降面积小，处理能力较低。 碟片式离心机 碟片式离心机 碟片式离心机 又称分离板式离心机。 转鼓内装有多层锥形碟片。碟片间距离一般为0.5～2.5mm，沉降距离短，沉降面积大，分离效果好。 可处理的固体颗粒大小范围： 0.1～100um 根据卸渣方式，碟片式离心机可分为： 人工卸渣型 适用于固含量很低（1～2%）的悬浮液 连续排料型 适用于固含量小于25%的悬浮液 沉降计算（计算处理能力） 碟片式离心机适于分离细菌、酵母菌、放线菌等多种微生物细胞悬浮液及细胞碎片悬浮液。 生产能力较大，一般用于大规模的分离过程。 结构复杂，离心转速较管式离心机低，约为1×104r/min，最大分离因数可达15000。 离心分离的优点： 分离速度快，效率高，适合于大规模分离过程 缺点： 设备投资费用高，能耗大 y x 离心沉降面积： * * 原料液 细胞 固-液分离 溶液 细胞破碎 包涵体