细胞破碎和分离设备.ppt

第六章 细胞破碎与料液分离设备 细胞破碎就是采用一定的方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质（产品）的基础。 细菌 破碎的主要阻力来自于肽聚糖的网状结构，网状结构越致密，破碎的难度越大，革兰氏阴性细菌网状结构不及革兰氏阳性细菌的坚固； 酵母 葡聚糖的细纤维构成了细胞壁的刚性骨架，甘露聚糖形成网状结构，细胞壁破碎的阻力也主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度； 霉菌 细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构，其强度比细菌和酵母菌的细胞壁有所提高； 植物细胞 次生壁的形成提高了细胞壁的坚硬性，使植物细胞具有很高的机械强度。 机 械 法 影响超声波的细胞破碎效率因素：频率、液体温度和粘度、处理时间等。 超声波破碎法是很强烈的破碎方法，适用于多数微生物的破碎。一般杆菌比球菌易破碎，G-细菌比G+细菌易破碎，对酵母菌的效果较差。 该法在实验室小规模细胞破碎中常用。 非 机 械 法 利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到部分或完全破坏后，再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜，进一步增大胞内产物的通透性。 利用溶酶系统处理细胞时必须根据细胞壁的结构和化学组成选择适当的酶，并确定相应的次序。 定 义： 在一定的压力差下，利用多孔性介质截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法称为过滤。 过滤介质 无定形颗粒：无烟煤、砂、颗粒活性炭、铁矿砂等 成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂粘结的硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。 非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织品、长纤维滤布、短纤维滤布。 金属织布：不锈钢丝或铁丝等的织布。 无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺布等。 过滤设备的分类 根据推动力的不同可分为四类 重力过滤 自然过滤 加压过滤 板框过滤 真空过滤 真空过滤器 离心过滤 离心过滤器 过滤设备 板框过滤机 板框压滤机由压滤机滤板、液压系统、压滤机框、滤板传输系统和电气系统等五大部分组成。 板框压滤机工作运行的原理：先由液压施力压紧板框组，料液由中间进入，分布到各滤布之间，通过过滤介质而实现固、液分离的脱液方法。 广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌（需预处理）等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。 优点： 真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、处理量大。特别适合固体含量大（10％）的悬浮液的分离，在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离。 缺点： 由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。 二、离 心 定义： 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。 离心分离方法 1.差速离心—工业上最常用的离心分离方法 1）移动区带离心 用于分离密度相近而大小不等的细胞或细胞器。此法所采用的介质密度较低，介质的最大密度应小于被分离生物颗粒的最小密度。 2）等密度离心 细胞或细胞器在连续梯度的介质中经足够大离心力和够长时间则沉降或漂浮到与自身密度相等的介质处，并停留在该层达到平衡，从而将不同密度的细胞或细胞器分离。 离心机分类 碟片式离心机 是传统离心机，为目前工业上应用最广泛的离心机。分离因数可达1000-20000，最大处理量达到300m3/h，常用于大规模的分离过程。 适用范围 细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片 管式离心机 管式离心机是一种分离效率很高的离心分离设备，其转鼓细长，可在15000-50000的高转速下工作，分离因数可达104-6×105。它设备简单、操作稳定。 适用范围 细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸等。特别适合一般分离机难以分离的固形物含量1% 发酵液的分离。 影响固液分离的因素 微生物种类 真菌的菌体大，固液分离容易，可采用真空转鼓式过滤或板框过滤； 细菌和细胞碎片小，固液分离较难，固液分离前要进行预处理。 发酵液黏度 固液分离速度与黏度成反比。 其它因素 培养基组成、发酵周期、发酵液的pH值、温度和加热时间等 　反渗透 反渗透法 反渗透法对分子量300的电解质、非电解质都可有效的除去，其中分子量在100～300之间的去除率为90％以上。 反渗透工业应用包括： 海水和苦咸水脱盐制饮用水； 制备医药、化学工业中所需的超纯水； 用于处理重金属废水 用于浓缩过程，不会破坏生物活性，不会改变风味、香味。包括：食品工业中果汁、糖、咖啡的浓缩；电镀和印染工业中废水的浓缩；奶品工业中牛奶的浓缩。 反渗透的分离机理 反渗透中溶剂和溶质是如何透过膜的，在膜中的迁移方式如何？  溶解扩散模型