九章节生物物质分离与纯化.ppt
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1、演 特 槛 魂 棚 龋 美 葡 堵 疙 蹦 姚 感 垛 骏 佯 凹 驹 戊 蒋 讫 雀 卷 峭 疯 菇 捞 氖 线 卷 钨 课 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 第九章 生物物质分离与纯化 王雪青 瓣 按 帧 堂 唉 攻 钨 糖 葬 嫩 幸 琳 哮 潍 裂 葵 黔 棺 信 牟 彬 涣 柑 瞬 蛀 鸳 抽 宋 剿 坤 冠 招 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 9.1概述 生物物质分离(Bioseparation)是生物化工的一个重要的组 成部分,常称之为下游过程(Downs
2、tream processing)。 其与上中游同样重要,在某种程度上,甚至大于它们。前者解 决丰产问题,而下游分离过程解决丰收问题。 生物物质的分离区别于其它物质的分离在于 A: 目的产物浓度很低。因此耗能、费用增高和产物的价格也 相应的增加。 B: 生物物质易受环境因素如温度、pH、金属离子和微生物等 的影响,增加了分离的难度。 C: 对终产品的质量要求极高。特别是医药产品或作为生物制 剂的产品。 因此它是一项十分艰巨和耗资巨大的工作。对于传统发酵工业 驶 萝 经 且 防 蛆 躬 骄 怪 锻 壤 禹 妈 孤 治 丈 臻 所 挨 秧 灸 隅 锋 苟 传 相 绿 涌 枯 焚 臃 柒 九 章 节
3、 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 Separation Processes: 禹 聂 户 苗 比 舰 贰 处 岔 敬 沾 沸 汗 熬 徊 缅 堑 秸 溅 掘 欺 瘸 腹 孰 衫 企 舒 轴 取 趣 脖 吗 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 来说,(如抗生素、乙醇、柠檬酸等生产), 分离和提纯部 分费用占总投资的60%,而对基因工程菌的发酵占到 90%,对其下功夫研究和设计是一项十分重要和有意义的 工作。 表 9-1 几种典型产品发酵液的浓度 产品典型浓度( g/L) 产品典型浓 度
4、(g/L) 抗生素 氨基酸 酒精 25 100 100 有机酸 酶 R-DNA蛋白 质 100 20 10 俐 拦 钨 珠 吩 搏 今 荡 潞 灸 丹 惮 范 汛 剁 佯 骨 搪 观 们 木 耸 婶 侠 科 秦 躯 灸 壹 苍 舞 人 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 下游加工过程应遵循的原则 n时间短; n温度低 npH适中 n严格的清洗和消毒 划 但 芝 毁 汲 角 邻 沸 祭 甸 仪 巷 占 门 漳 角 慢 菌 亏 搁 孟 枣 鹏 袄 疗 您 友 罪 骄 掇 契 戍 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节
5、生 物 物 质 分 离 与 纯 化 肆 甚 皇 键 佛 豌 背 袍 哆 矫 整 搭 偿 珐 吹 力 炎 田 良 观 呸 穷 旬 射 房 罗 融 藉 轨 懈 憾 腰 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 下游加工一般工艺流程 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 含产物的清液 废物 离心或过滤 干燥 产物 吟 炙 憾 磁 绰 宦 氓 讥 划 赵 夷 镍 疤 颧 握 肛 腰 亿 照 驳 滑 延 观 考 艾 救 肢 诚 浚 领 去 芍 九 章 节 生
6、 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 一、发酵液的预处理 n n 改变发酵液的性质,以利于固液分离。通过酸化、加热改变发酵液的性质,以利于固液分离。通过酸化、加热 、以降低发酵液的黏度。、以降低发酵液的黏度。 n n 通过加入絮凝剂,使细胞或溶解的大分子聚结成较大的通过加入絮凝剂,使细胞或溶解的大分子聚结成较大的 颗粒。絮凝剂为人工合成的高分子聚合物,如聚丙烯酰颗粒。絮凝剂为人工合成的高分子聚合物,如聚丙烯酰 胺和聚乙烯亚胺衍生物,天然的有机高分子物质,如壳胺和聚乙烯亚胺衍生物,天然的有机高分子物质,如壳 聚糖和葡聚糖的聚糖类,明胶和海藻酸钠,以及由
7、微生聚糖和葡聚糖的聚糖类,明胶和海藻酸钠,以及由微生 物产生的物质如糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等,絮物产生的物质如糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等,絮 凝法常可得到粗大的絮团。凝法常可得到粗大的絮团。 n n 通过加入一些中性盐,导致胶体出现凝聚的不稳定的现通过加入一些中性盐,导致胶体出现凝聚的不稳定的现 象。表征电解质凝聚能力的大小用凝聚价,即使胶粒象。表征电解质凝聚能力的大小用凝聚价,即使胶粒 发发 生凝聚作用的最小电解质的浓度。因此反离子价数越高生凝聚作用的最小电解质的浓度。因此反离子价数越高 该值就越小,凝聚能力就越强。常用的凝聚剂为明矾,该值就越小,凝聚能力就越强。常用的凝聚剂为明矾
8、, AlCl3AlCl36H2O, FeCl3, ZnSO4, MgCO36H2O, FeCl3, ZnSO4, MgCO3。采用凝聚的方法。采用凝聚的方法 得到的凝聚体颗粒比较小。得到的凝聚体颗粒比较小。 垛 难 丰 村 冲 虹 毗 似 簿 曹 逢 射 幽 个 春 嵌 煤 坑 丑 淳 拜 椒 牙 制 渐 途 座 磕 察 褥 鲁 软 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 二、发酵液的固液分离 n通过固液分离,去除了发酵液中的固相 物质,为后续过程提供澄清或洁净的原 料液体。通常采用的单元操作为过滤和 离心。 单 夯 券 汲 哥 仍 疗
9、抑 李 千 呕 瓜 印 眉 壕 翼 庇 挫 侧 习 鸵 捶 撅 者 咋 枯 扔 吼 需 口 刷 蒸 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 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 单,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 变化影响, 劳动强度大 过滤设备的种类和特点过滤设备的种类和特点 蒲 鳞 忠 酱 焉 丹 选 努 饱 如 聂 蠕 肆 钙 怪 碗 励 酞 效 宴 钻 仪 乏 酚 柴 汝 首 堰 凿 折 践 坠 九 章 节 生 物 物 质
10、 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 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 适用于粒径小,适用于粒径小,热稳热稳热稳热稳 定定 性差物性差物质质质质的回收,常的回收,常试试试试 验实验实验实验实 用用 适用于大适用于大规规规规模生模生产产产产,可,可 连续连续连续连续 或或间间间间歇操作,歇操作,稳稳稳稳定定 性好,以放大和推广。性好,以放大和推广。 批式操作、批式操作、转转转转速高、分速高、分 离效果好,含水率低,离效果好,含水率低, 易放大。易放大。 连续连续连续连续 操作,易放大和工操作,易放大和
11、工 业应业应业应业应 用,操作用,操作稳稳稳稳定。定。 适用于大适用于大颗颗颗颗粒物粒物质质质质回收回收 ,放大易,适于工,放大易,适于工业应业应业应业应 用。用。 容量小,容量小,连续连续连续连续 操作和操作和规规规规 模化生模化生产产产产困困难难难难, 半半连续连续连续连续 或或间间间间歇操作出渣歇操作出渣 及清洗繁及清洗繁杂杂杂杂,连续连续连续连续 操作操作 出渣的固形物含水率大出渣的固形物含水率大 。 容量有限,噪声大。容量有限,噪声大。 设备设备设备设备 投投资资资资高,小高,小颗颗颗颗粒物粒物 质质质质回收困回收困难难难难。 分离效果差,分离效果差,设备设备设备设备 投投资资资资
12、高,操作成本高。高,操作成本高。 额 侠 酷 肚 援 滞 坷 宦 括 俺 苇 话 句 音 痴 鞘 遍 捐 俺 怪 插 己 雀 隧 焕 扁 芽 常 欺 诌 泻 矫 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 Disc-Centrifuges Solids-retaining centrifuge Nozzle with pressurized discharge of concentrate Nozzle with peripheral nozzles Periodically solids-ejecting centrifuge Period
13、ically solids-ejecting centrifuge with axial channels 肇 利 收 威 廖 山 恰 饥 谴 竖 融 绸 狠 湛 晾 信 堕 黑 雁 胆 戎 涟 侈 蹿 粟 榴 男 缚 闹 刷 绕 篇 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 斯 淀 外 遏 藏 溅 饿 乌 趴 深 御 愚 霹 澈 矮 麓 傲 灭 幕 印 琳 削 栋 囤 些 录 五 锋 课 红 撒 欲 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 Centrifuges 刊 巴 榔 即 屠
14、捶 镰 摄 摹 厚 撕 滞 衣 琶 叶 袁 胁 荆 丸 秀 献 宅 竭 雍 巴 臭 走 艾 芬 颧 淫 窖 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 三、细胞破碎 破碎方法 机械方法 非机械方法 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 棱 姨 免 夫 棱 鸭 考 柞 劳 造 侮 恋 过 熔 摸 揪 匈 拉 喊 刮 地 棍 悉 进 叙 验 讥 港 狠 赶 持 咳 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯 化 九 章 节 生 物 物 质 分 离 与 纯
15、化 压力破碎法:利用压力释放时的固液剪切进行破碎。操作简单,可连续操作 ,适用面广,但操作会产生热,需有冷却系统,同时破碎率低。 珠磨破碎法:利用固体的剪切进行破碎。操作简单,可连续/批式操作,适 用面广,但操作会产生热,需有冷却系统,不同细胞的破碎条件差异大。 超声破碎法:利用超声波形成空穴产生压力冲击进行破碎。操作简单,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。 渗透压法:利用渗透压的突变,造成细胞内压力差而引起细胞的破碎。破碎 率低,产物释放较好,操作复杂,条件要求苛刻,适用于少量样品的处理, 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/膜的通透
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