《液固分離》PPT課件

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1、第二章液固分離教學(xué)目的掌握固液分離的方法，重點(diǎn)是離心沉降的方法與原理。了解離心機(jī)、過(guò)濾機(jī)的選用及在生物工業(yè)中的應(yīng)用，了解固液分離預(yù)處理的方法。重點(diǎn)和難點(diǎn)離心沉降原理和計(jì)算，發(fā)酵液欲處理的方法思考題1管式離心機(jī)處理能力及影響因素2過(guò)濾操作方程及其應(yīng)用3離心沉降的方法及原理課堂教學(xué)設(shè)計(jì)課堂講授與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合參考書(shū)目1孫彥，生物分離工程，化學(xué)工業(yè)出版社2嚴(yán)?？?，生化分離工程，華東理工大學(xué)出版社3歐陽(yáng)凱，生物下游技術(shù)原理，高等教育出版社教學(xué)時(shí)數(shù)2學(xué)時(shí)主要內(nèi)容2.1發(fā)酵液的預(yù)處理2.2重力沉降2.3離心沉降2.4過(guò)濾2.5雙水相萃取2.6

2、泡沫分離通過(guò)微生物發(fā)酵或動(dòng)植物培養(yǎng)得到的原料液應(yīng)首先將其中的菌體或細(xì)胞與培養(yǎng)液分離。如果目標(biāo)產(chǎn)物為胞外代謝物則直接對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行分離純化；如果目標(biāo)產(chǎn)物為胞內(nèi)代謝產(chǎn)物，要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行處理，釋放目標(biāo)產(chǎn)物，然后除去細(xì)胞碎片，再進(jìn)行目標(biāo)物質(zhì)的純化。（在合適的培養(yǎng)基pH、溫度和通氣攪拌或經(jīng)厭氧條件下進(jìn)行生長(zhǎng)并合成生物活性物質(zhì)）（包括菌體、胞外代謝產(chǎn)物或胞內(nèi)酶或核酸等）固液分離是生物技術(shù)工業(yè)應(yīng)用最多的操作?？捎糜诜蛛x細(xì)胞、細(xì)胞碎片、包含體、沉淀物。應(yīng)用到產(chǎn)品的初級(jí)分離階段、純化精制階段Eg:膜分離常用于層析前后去除蛋白質(zhì)沉淀物、病毒顆?；蛭⑸铩?/p>

3、2.1.1預(yù)處理的目的改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，改善流體性能，降低濾餅比阻，提高過(guò)濾速率。使目的產(chǎn)物轉(zhuǎn)相便于后處理（多數(shù)是液相）去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)，便于后續(xù)操作。2.1發(fā)酵液的預(yù)處理目的產(chǎn)品在發(fā)酵液中濃度很低與許多雜質(zhì)（溶解的和懸浮的）夾在一起，發(fā)酵液屬于非牛頓型流體需進(jìn)行預(yù)處理由于2.1.2預(yù)處理的具體方法取決于可分離物質(zhì)的性質(zhì)，主要考慮目的物質(zhì)的分子大小、熱穩(wěn)定性、pH的適應(yīng)性。加熱：最簡(jiǎn)單最經(jīng)濟(jì)的預(yù)處理方法加熱能使液體粘度降低，過(guò)濾速度加快。該方法只適合于對(duì)熱較穩(wěn)定的生化物質(zhì)，加熱的溫度和時(shí)間須嚴(yán)加選擇。調(diào)pH改變發(fā)酵液的膠

4、體狀態(tài)使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入液相，使雜質(zhì)（蛋白、多糖、Ca2+等）發(fā)生沉淀。一般用草酸或無(wú)機(jī)酸、堿來(lái)調(diào)節(jié)。通常加熱和調(diào)pH協(xié)同作用。鏈霉素生產(chǎn)發(fā)酵液預(yù)處理時(shí)，采用調(diào)pH＝3.0左右，加熱至70℃，維持半小時(shí)以凝固蛋白質(zhì)，這樣可使過(guò)濾速度增大10～100倍，濾液粘度降低為原先的1/6。例添加凝聚劑和絮凝劑凝聚與絮凝在預(yù)處理中常用于細(xì)胞、菌體(胞外產(chǎn)物)、細(xì)胞碎片(胞內(nèi)產(chǎn)物)以及蛋白質(zhì)等膠體粒子的去除。與熱處理和加無(wú)機(jī)電解質(zhì)相比，作用條件溫和，實(shí)驗(yàn)劑量小。1）凝聚作用是指在某些電解質(zhì)作用下，使擴(kuò)散雙電層的排斥電位(即ξ電位)降低，破壞膠體系統(tǒng)的分

5、散狀態(tài)，而使膠體粒子聚集的過(guò)程。通常發(fā)酵液中細(xì)胞或菌體帶負(fù)電荷，由于靜電引力的作用將溶液中帶相反電性的粒子(即正離子)吸附在周?chē)?，在界面上形成了雙電層。反離子化合價(jià)越高，即凝聚能力越強(qiáng)。陽(yáng)離子對(duì)帶負(fù)電荷的膠粒凝聚能力的次序?yàn)椋篈l3+>Fe3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。常用的凝聚劑有：Al2(S04)3·18H20(明礬)；AlCl3·6H20；FeCl3；ZnS04；MgC03等2）絮凝作用是指在某些高分子絮凝劑存在下，在懸浮粒子之間產(chǎn)生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團(tuán)的過(guò)程。絮凝劑必須具有長(zhǎng)鏈線(xiàn)狀的結(jié)構(gòu)，易溶

6、于水，在長(zhǎng)的鏈節(jié)上含有相當(dāng)多的活性功能團(tuán)。絮凝劑的功能團(tuán)強(qiáng)烈地吸附在膠粒的表面上。一個(gè)高分子聚合物的許多功能基團(tuán)分別吸附在不同顆粒的表面上，因而產(chǎn)生架橋聯(lián)接。絮凝劑包括各種天然聚合物和人工合成聚合物。天然絮凝劑：多糖、海藻酸鈉、明膠和骨膠等。無(wú)毒、使用安全、適于食品或醫(yī)藥。人工合成的絮凝劑：聚丙烯酰胺類(lèi)、聚苯乙烯類(lèi)物和聚丙烯酸類(lèi)聚合物等。某些絮凝劑可能具有一定的毒性，在食品和醫(yī)藥工業(yè)的使用中應(yīng)考慮最終能否從產(chǎn)品中除去。2.1.3去除雜質(zhì)的具體方法無(wú)機(jī)離子－利用沉淀作用鈣離子：加草酸或磷酸鹽鎂離子：磷酸鹽鐵離子：加黃血鹽，生成普魯士

7、藍(lán)沉淀有色物質(zhì)－利用吸附作用常用的是離子交換劑、離子交換纖維、活性碳等材料的吸附法。如：強(qiáng)堿性陰離子交換劑用于酪蛋白酶或果膠酶的脫色。陰離子交換樹(shù)脂用于谷氨酸發(fā)酵液脫色?？扇苄缘鞍踪|(zhì)(沉淀去除）發(fā)酵液的預(yù)處理主要是如何使可溶性蛋白質(zhì)變性沉淀除去。蛋白質(zhì)的性質(zhì)和變性機(jī)理1）水溶性蛋白質(zhì)的膠體體系。親水膠體形成水化層。2）兩性電解質(zhì)。等電點(diǎn)沉淀3）強(qiáng)的緩沖體系。消除緩沖作用，達(dá)到不可逆變性4）熱敏性細(xì)胞與發(fā)酵液分離的方法（5種）重力沉降、離心分離、過(guò)濾雙水相萃取泡沫分離法2.2重力沉降【自學(xué)】重力沉降設(shè)備體積龐大，分離效率低。具有設(shè)備

8、簡(jiǎn)單，制造容易，能耗低等優(yōu)點(diǎn)，在食品、發(fā)酵，特別是環(huán)境工程中得到應(yīng)用。菌體或動(dòng)植物細(xì)胞的重力沉降雖然簡(jiǎn)單易行，因菌體細(xì)胞體積小，沉降速度很慢，不適于應(yīng)用。2.3離心沉降離心沉降是科研與生產(chǎn)實(shí)踐最廣泛使用的非均相分離手段。適用于菌體或細(xì)胞的回收或除去