第二章-原料的預(yù)處理(已修改)
2025-08-17 15:32 本頁(yè)面
【正文】 第二章 原料預(yù)處理 一、 學(xué)習(xí)目的與要求 通過(guò)本章學(xué)習(xí)，要求了解細(xì)胞分離、目標(biāo)產(chǎn)物的釋放的各種基本方法，了解各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用范圍 。 二、 學(xué)習(xí)指南 （一） 細(xì)胞分離 了解：重力沉降、離心沉降和過(guò)濾的概念。 理解：離心分離與過(guò)濾原理以及提高分離效率的方法。 應(yīng)用：采用不同的離心分離、過(guò)濾設(shè)備對(duì)不同的細(xì)胞進(jìn) 行分離。 （二） 細(xì)胞破碎 理解： 各種細(xì)胞破碎方法原理、優(yōu)缺點(diǎn)及其適用范圍。 應(yīng)用：采用不同的細(xì)胞破碎方法對(duì)不同細(xì)胞進(jìn)行不同程 度的破碎。 微生物發(fā)酵或動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)后培養(yǎng)液與細(xì)胞的分離，結(jié)晶體與母液的分離，浸取液與藥源固體的分離都需要固液分離，在制藥工程中將菌體或細(xì)胞與培養(yǎng)液分離是生物分離過(guò)程的第一步。 懸浮液的基本特性 生物細(xì)胞培養(yǎng)液基本上屬于懸浮液 ,其中大部分是水 ,培養(yǎng)液中水的特性與固液分離有密切的關(guān)系。 第一節(jié) 細(xì)胞分離 1. 極性： 水分子由于正負(fù)電荷的中心不重合，為極性分子。水分子之間由于氫鍵會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的締合作用，如與固體物料表面發(fā)生氫鍵作用，則會(huì)強(qiáng)化水分子在物料表面的附著狀態(tài)而不利于固液分離的進(jìn)行。 2. 粘性： 反映了流體分子間的相互作用，它是溫度的函數(shù)，改變溫度會(huì)對(duì)分離效率產(chǎn)生顯著的影響。 3. 表面張力 : 表面張力隨溫度的升高而降低。液體介質(zhì)的表面張力越大，固液分離越困難，因此，降低水的表面張力，是提高固液分離的有效途徑之一。 懸浮液的預(yù)處理： ： （ 1）改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的 速度，提高固液分離的效率。 （ 2）盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的某一相中。 （ 3）去除發(fā)酵液中部分雜質(zhì)，便于后續(xù)操作。 2. 預(yù)處理的方法： （ 1）加熱法：可降低懸浮液的粘度，加速聚集作用以除去雜 蛋白，破壞凝膠狀結(jié)構(gòu)，增加濾餅孔隙度，提高分離效 率。 （ 2）調(diào)節(jié)懸浮液的 pH值：促進(jìn)凝聚作用。 （ 3）凝聚和絮凝： 將化學(xué)藥劑預(yù)先投加到懸浮液中，改變細(xì)胞、菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，使它們聚集成可分離的絮凝體，在進(jìn)行分離。 特點(diǎn)： 使顆粒尺寸增加，增大顆粒的沉降或浮選速率，提高 濾餅的滲透性或在深床過(guò)濾時(shí)產(chǎn)生較好的顆粒保留作 用。 凝聚： 在投加的化學(xué)物質(zhì)（如鋁、鐵的鹽類(lèi)或石灰等）作用 下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚集成 1mm大小塊狀凝聚 體的過(guò)程。 絮凝： 使用絮凝劑（天然或合成的大分子量聚電解質(zhì)）將膠 體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成 10mm大小絮凝團(tuán)的過(guò)程。 重力沉降（適用于分離較大的顆粒） 重力沉降的先決條件是固相和液相間存在密度差。重力沉降過(guò)程中固體顆粒受到重力、浮力和摩擦阻力的作用。 根據(jù)斯托克思定律，當(dāng)浮力、摩擦阻力和重力達(dá)到平衡時(shí)，球形固體顆粒均速沉降，沉降速度為： ? ?llspggdV?????182 由于菌體細(xì)胞的直徑很小，沉降速度很慢，因此常需向菌體的料液中加入絮凝劑，使菌體細(xì)胞凝聚成較大顆粒后過(guò)濾除去。 離心沉降（適用于分離較小的顆粒） 廣泛應(yīng)用于固液、液液相的分離。 LLspd????18)(2S = 從該式中可看出： ① 當(dāng) ρs＞ ρL，則 S＞ 0，粒子順著離心方向沉降。 ②當(dāng) ρs＝ ρL，則 S＝ 0，粒子到達(dá)某一位置后達(dá)到平衡。 ③當(dāng) ρs＜ ρL，則 S＜ 0，粒子逆著離心方向上浮。 離心沉降時(shí)，顆粒的相對(duì)分子質(zhì)量越大，沉降系數(shù)越大，離心沉降速度越大。 ? ?????1822 RdV ss ??令： S為沉降系數(shù) （ 1）差速離心分離： 原理 : 利用不同的粒子在離心力場(chǎng)中沉降的差別（大而重的顆粒沉降最快，最先到達(dá)底部），在同一離心條件下，沉降速度不同，通過(guò)不斷增加相對(duì)離心力，使一個(gè)非均勻混合液內(nèi)的大小、形狀不同的粒子分級(jí)沉淀。 操作過(guò)程： 一般是在離心后用傾倒的辦法把上清液與沉淀分開(kāi)，然后將上清液加高轉(zhuǎn)速離心，分離出第二部分沉淀，如此往復(fù)加高轉(zhuǎn)速，逐級(jí)分離出所需要的物質(zhì)。 優(yōu)點(diǎn)： 操作最簡(jiǎn)便，使用最廣泛。 缺點(diǎn)： 差速離心的分辨率不高，沉淀系數(shù)在同一個(gè)數(shù)量級(jí)內(nèi)的各種粒子不容易分開(kāi)，常用于其他分離手段之前的粗制品提取。 （ 2）區(qū)帶離心 根據(jù)離心操作條件不同，可分為差速區(qū)帶離心和平衡區(qū)帶離心。 差速區(qū)帶離心法： 在離心前于離心管內(nèi)
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