生物物质分离与纯化市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptVIP

第九章生物物质分离与纯化王雪青第1页第1页

9.1概述生物物质分离（Bioseparation)是生物化工一个主要构成部分,常称之为下游过程（Downstreamprocessing）。其与上中游同样主要,在某种程度上,甚至不小于它们。前者处理丰产问题,而下游分离过程处理丰收问题。生物物质分离区别于其它物质分离在于A:目的产物浓度很低。因此耗能、费用增高和产物价格也相应增长。B:生物物质易受环境原因如温度、pH、金属离子和微生物等影响,增长了分离难度。C:对终产品质量要求极高。尤其是医药产品或作为生物制剂产品。因此它是一项十分艰巨和耗资巨大工作。对于老式发酵工业第2页第2页

SeparationProcesses:第3页第3页

来说,（如抗生素、乙醇、柠檬酸等生产),分离和提纯部分费用占总投资60%,而对基因工程菌发酵占到90%,对其下功夫研究和设计是一项十分主要和故意义工作。表9-1几种典型产品发酵液浓度产品典型浓度（g/L)产品典型浓度（g/L)抗生素氨基酸酒机酸酶R-DNA蛋白质1002010第4页第4页

下游加工过程应遵循原则时间短；温度低pH适中严格清洗和消毒第5页第5页

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下游加工普通工艺流程发酵液细胞分离提取、分离纯化、精制产物胞外产物胞内产物离心或过滤细胞破碎整体细胞萃取离心或过滤离心或过滤干燥含产物清液废物离心或过滤干燥产物第7页第7页

一、发酵液预处理改变发酵液性质,以利于固液分离。通过酸化、加热、以减少发酵液黏度。通过加入絮凝剂,使细胞或溶解大分子聚结成较大颗粒。絮凝剂为人工合成高分子聚合物,如聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺衍生物,天然有机高分子物质,如壳聚糖和葡聚糖聚糖类,明胶和海藻酸钠,以及由微生物产生物质如糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等,絮凝法常可得到粗大絮团。通过加入一些中性盐,造成胶体出现凝聚不稳定现象。表征电解质凝聚能力大小用凝聚价,即使胶粒发生凝聚作用最小电解质浓度。因此反离子价数越高该值就越小,凝聚能力就越强。惯用凝聚剂为明矾,AlCl3·6H2O,FeCl3,ZnSO4,MgCO3。采用凝聚办法得到凝聚体颗粒比较小。第8页第8页

二、发酵液固液分离通过固液分离,清除了发酵液中固相物质,为后续过程提供澄清或洁净原料液体。通常采用单元操作为过滤和离心。第9页第9页

设备特点缺点板框过滤机平板过滤机真空旋转过滤机管式过滤机蜂窝式过滤机深层过滤机设备简朴，操作容易，适合大规模工业生产分离速度低，分离效果受物料性质改变影响，劳动强度大过滤设备种类和特点第10页第10页

主要离心设备设备特点缺点高速冷冻离心机碟片式离心机管式离心机倾析式离心机框式离心机适合用于粒径小，热稳定性差物质回收，常试验实用适合用于大规模生产，可连续或间歇操作，稳定性好，以放大和推广。批式操作、转速高、分离效果好，含水率低，易放大。连续操作，易放大和工业应用，操作稳定。适合用于大颗粒物质回收，放大易，适于工业应用。容量小，连续操作和规模化生产困难，半连续或间歇操作出渣及清洗繁杂，连续操作出渣固形物含水率大。容量有限，噪声大。设备投资高，小颗粒物质回收困难。分离效果差，设备投资高，操作成本高。第11页第11页

Disc-CentrifugesSolids-retainingcentrifugeNozzlewithpressurizeddischargeofconcentrateNozzlewithperipheralnozzlesPeriodicallysolids-ejectingcentrifugePeriodicallysolids-ejectingcentrifugewithaxialchannels第12页第12页

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Centrifuges第14页第14页

三、细胞破碎破碎办法机械办法非机械办法固体剪切力流体剪切力干燥处理溶胞处理球磨法压榨法高压匀浆超声法酶溶法化学法物理法第15页第15页

压力破碎法:利用压力释放时固液剪切进行破碎。操作简朴，可连续操作，合用面广，但操作会产生热，需有冷却系统，同时破碎率低。珠磨破碎法:利用固体剪切进行破碎。操作简朴，可连续/批式操作，合用面广，但操作会产生热，需有冷却系统，不同细胞破碎条件差异大。超声破碎法:利用超声波形成空穴产生压力冲击进行破碎。操作简朴，可连续/批式操作，但操作会产生热，需有冷却系统，破碎率低，适应性差。渗入压法:利用渗入压突变，造成细胞内压力差而引起细胞破碎。破碎率低，产物释放较好，操作复杂，条件要求苛刻，适合用于少许样品处理，费用高。有机溶剂法:利用有机溶剂或表面活性剂改变细胞壁/膜通透性，使包内