《液固分离》PPT课件

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1、第二章液固分离教学目的掌握固液分离的方法，重点是离心沉降的方法与原理。了解离心机、过滤机的选用及在生物工业中的应用，了解固液分离预处理的方法。重点和难点离心沉降原理和计算，发酵液欲处理的方法思考题1管式离心机处理能力及影响因素2过滤操作方程及其应用3离心沉降的方法及原理课堂教学设计课堂讲授与学生自学相结合参考书目1孙彦，生物分离工程，化学工业出版社2严希康，生化分离工程，华东理工大学出版社3欧阳凯，生物下游技术原理，高等教育出版社教学时数2学时主要内容2.1发酵液的预处理2.2重力沉降2.3离心沉降2.4过滤2.5双水相萃取2.6

2、泡沫分离通过微生物发酵或动植物培养得到的原料液应首先将其中的菌体或细胞与培养液分离。如果目标产物为胞外代谢物则直接对培养液进行分离纯化；如果目标产物为胞内代谢产物，要对细胞进行处理，释放目标产物，然后除去细胞碎片，再进行目标物质的纯化。（在合适的培养基pH、温度和通气搅拌或经厌氧条件下进行生长并合成生物活性物质）（包括菌体、胞外代谢产物或胞内酶或核酸等）固液分离是生物技术工业应用最多的操作。可用于分离细胞、细胞碎片、包含体、沉淀物。应用到产品的初级分离阶段、纯化精制阶段Eg:膜分离常用于层析前后去除蛋白质沉淀物、病毒颗粒或微生物。

3、2.1.1预处理的目的改变发酵液的物理性质，改善流体性能，降低滤饼比阻，提高过滤速率。使目的产物转相便于后处理（多数是液相）去除发酵液中的部分杂质，便于后续操作。2.1发酵液的预处理目的产品在发酵液中浓度很低与许多杂质（溶解的和悬浮的）夹在一起，发酵液属于非牛顿型流体需进行预处理由于2.1.2预处理的具体方法取决于可分离物质的性质，主要考虑目的物质的分子大小、热稳定性、pH的适应性。加热：最简单最经济的预处理方法加热能使液体粘度降低，过滤速度加快。该方法只适合于对热较稳定的生化物质，加热的温度和时间须严加选择。调pH改变发酵液的胶

4、体状态使产物转入液相，使杂质（蛋白、多糖、Ca2+等）发生沉淀。一般用草酸或无机酸、碱来调节。通常加热和调pH协同作用。链霉素生产发酵液预处理时，采用调pH＝3.0左右，加热至70℃，维持半小时以凝固蛋白质，这样可使过滤速度增大10～100倍，滤液粘度降低为原先的1/6。例添加凝聚剂和絮凝剂凝聚与絮凝在预处理中常用于细胞、菌体(胞外产物)、细胞碎片(胞内产物)以及蛋白质等胶体粒子的去除。与热处理和加无机电解质相比，作用条件温和，实验剂量小。1）凝聚作用是指在某些电解质作用下，使扩散双电层的排斥电位(即ξ电位)降低，破坏胶体系统的分

5、散状态，而使胶体粒子聚集的过程。通常发酵液中细胞或菌体带负电荷，由于静电引力的作用将溶液中带相反电性的粒子(即正离子)吸附在周围，在界面上形成了双电层。反离子化合价越高，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：Al3+>Fe3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。常用的凝聚剂有：Al2(S04)3·18H20(明矾)；AlCl3·6H20；FeCl3；ZnS04；MgC03等2）絮凝作用是指在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。絮凝剂必须具有长链线状的结构，易溶

6、于水，在长的链节上含有相当多的活性功能团。絮凝剂的功能团强烈地吸附在胶粒的表面上。一个高分子聚合物的许多功能基团分别吸附在不同颗粒的表面上，因而产生架桥联接。絮凝剂包括各种天然聚合物和人工合成聚合物。天然絮凝剂：多糖、海藻酸钠、明胶和骨胶等。无毒、使用安全、适于食品或医药。人工合成的絮凝剂：聚丙烯酰胺类、聚苯乙烯类物和聚丙烯酸类聚合物等。某些絮凝剂可能具有一定的毒性，在食品和医药工业的使用中应考虑最终能否从产品中除去。2.1.3去除杂质的具体方法无机离子－利用沉淀作用钙离子：加草酸或磷酸盐镁离子：磷酸盐铁离子：加黄血盐，生成普鲁士

7、蓝沉淀有色物质－利用吸附作用常用的是离子交换剂、离子交换纤维、活性碳等材料的吸附法。如：强碱性阴离子交换剂用于酪蛋白酶或果胶酶的脱色。阴离子交换树脂用于谷氨酸发酵液脱色。可溶性蛋白质(沉淀去除）发酵液的预处理主要是如何使可溶性蛋白质变性沉淀除去。蛋白质的性质和变性机理1）水溶性蛋白质的胶体体系。亲水胶体形成水化层。2）两性电解质。等电点沉淀3）强的缓冲体系。消除缓冲作用，达到不可逆变性4）热敏性细胞与发酵液分离的方法（5种）重力沉降、离心分离、过滤双水相萃取泡沫分离法2.2重力沉降【自学】重力沉降设备体积庞大，分离效率低。具有设备

8、简单，制造容易，能耗低等优点，在食品、发酵，特别是环境工程中得到应用。菌体或动植物细胞的重力沉降虽然简单易行，因菌体细胞体积小，沉降速度很慢，不适于应用。2.3离心沉降离心沉降是科研与生产实践最广泛使用的非均相分离手段。适用于菌体或细胞的回收或除去