细胞分离与破碎20学习教案

会计学1第一页，共87页。第1页/共86页第二页，共87页。第2页/共86页第三页，共87页。第3页/共86页第四页，共87页。2022-5-205第4页/共86页第五页，共87页。2022-5-206第5页/共86页第六页，共87页。2022-5-207第6页/共86页第七页，共87页。2022-5-208去除去除改变发酵液特性，利于后续分离改变发酵液特性，利于后续分离工作工作调节适宜的调节适宜的pH值和温度值和温度第7页/共86页第八页，共87页。杨白劳是怎么杨白劳是怎么(zn me)死的死的?第8页/共86页第九页，共87页。2022-5-2010第9页/共86页第十页，共87页。2022-5-2011第10页/共86页第十一页，共87页。2022-5-2012+电荷电荷(dinh)密度密度+吸附吸附(xf)层层扩散层扩散层距固体表面的距离距固体表面的距离正电荷分布正电荷分布负电荷分布负电荷分布第11页/共86页第十二页，共87页。2022-5-2013第12页/共86页第十三页，共87页。第13页/共86页第十四页，共87页。2022-5-2015第14页/共86页第十五页，共87页。2022-5-2016絮凝剂絮凝剂菌体细菌体细胞胞废水处理废水处理第15页/共86页第十六页，共87页。第16页/共86页第十七页，共87页。絮凝剂种类：絮凝剂种类： 有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯生物、聚苯乙烯类衍生物；乙烯类衍生物；无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等；铁盐等；天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖等。钠、明胶、骨胶、壳多糖等。 机理：絮凝剂主要起中和电荷、桥架和网机理：絮凝剂主要起中和电荷、桥架和网络络(wnglu)作用作用第17页/共86页第十八页，共87页。2022-5-2019第18页/共86页第十九页，共87页。凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。 凝聚：投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰凝聚：投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）中和胶体的电荷，使粒子相互聚集成等）中和胶体的电荷，使粒子相互聚集成mm mm 大小大小块状凝聚体的过程。块状凝聚体的过程。 絮凝：使用絮凝：使用(shyng)(shyng)絮凝剂（天然的和合成的絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。用。第19页/共86页第二十页，共87页。 凝聚：胶体粒子凝聚：胶体粒子(10-100nm)(10-100nm)中性盐促进中性盐促进(cjn)(cjn)下脱稳相互聚集成大粒子（下脱稳相互聚集成大粒子（1mm1mm） 机理：机理：a a 中和粒子表面电荷中和粒子表面电荷 b b 消除双电层结构消除双电层结构 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程形成絮凝团的过程 机理：架桥作用机理：架桥作用第20页/共86页第二十一页，共87页。 凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态体粒子的分散状态, ,使其聚集起来使其聚集起来, ,增大体积以便固液分增大体积以便固液分离离, ,常用于菌体细小常用于菌体细小(xxio)(xxio)而且黏度大的发酵液的预而且黏度大的发酵液的预处理中处理中. .第21页/共86页第二十二页，共87页。2022-5-2023第22页/共86页第二十三页，共87页。2022-5-2024第23页/共86页第二十四页，共87页。2022-5-2025第24页/共86页第二十五页，共87页。2022-5-2026第25页/共86页第二十六页，共87页。2022-5-2027第26页/共86页第二十七页，共87页。 发酵液中的杂质不仅直接影响产品质量和收发酵液中的杂质不仅直接影响产品质量和收得率，同时对后继提取和精制有很大影响。得率，同时对后继提取和精制有很大影响。 高价无机离子高价无机离子(lz)（Ca2+、Fe2+ 等）等）可性蛋白质可性蛋白质 多糖的去除多糖的去除 有色物质的去除有色物质的去除（七）发酵液的相对（七）发酵液的相对(xingdu)纯化纯化第27页/共86页第二十八页，共87页。1.无机无机(wj)离子的去除离子的去除Ca2+、Mg2+、Fe2+等（如何去除？）等（如何去除？）第28页/共86页第二十九页，共87页。（1）Ca2+加草酸钠沉淀(chndin)C2O4Na2 + Ca2+ C2O4Ca + 2Na+（2）Mg2+加三聚磷酸钠形成络合物Na5P3O10 + Mg2+Mg Na5P3O10 + 2Na+（3）Fe2+加入黄血盐，形成普鲁士蓝沉淀(chndin)4Fe3+ + 3K4Fe(CN)6 Fe4Fe(CN)63 + 12K+高价无机离子高价无机离子(lz)的去除的去除第29页/共86页第三十页，共87页。 利用各种沉淀方法，可以去除液相中各种蛋白质。常用的有等电点沉淀法、变性沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法、反应沉淀法等。这些沉淀方法既可以作为除杂质的方法，也可以作为提取目标(mbio)产物的技术手段。第30页/共86页第三十一页，共87页。 酶解法可将混合液中的不溶性多糖物质酶解，使其转酶解法可将混合液中的不溶性多糖物质酶解，使其转化为溶解度较大的单糖，从而改变流体的流动化为溶解度较大的单糖，从而改变流体的流动(lidng)(lidng)特性，提高过滤速率。特性，提高过滤速率。 第31页/共86页第三十二页，共87页。 发酵液中有色物质可能(knng)是由于微生物生长代谢过程分泌的，也可能(knng)是培养基（如糖蜜、玉米浆等）带来的，色素物质化学性质的多样性增加了脱色的难度。 有色物质如何去除？ 第32页/共86页第三十三页，共87页。第33页/共86页第三十四页，共87页。活性炭脱色活性炭脱色(tu s)第34页/共86页第三十五页，共87页。活性炭脱色活性炭脱色(tu s)原理和操作原理和操作第35页/共86页第三十六页，共87页。活性炭净化活性炭净化(jnghu)空气空气第36页/共86页第三十七页，共87页。活性炭活性炭除甲醛除甲醛第37页/共86页第三十八页，共87页。固液分离固液分离(fnl)胞外胞外上清液上清液/ /滤液滤液(ly)(ly)提取生化物质提取生化物质(wzh)的第一步，分的第一步，分两部分：两部分：胞内胞内富集细胞富集细胞第二节第二节 细胞分离细胞分离第38页/共86页第三十九页，共87页。n的微生物，到直径为的微生物，到直径为1mm的不可的不可性物质。性物质。第39页/共86页第四十页，共87页。n体颗粒体颗粒(kl)在重力作用下逐渐下在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降。沉，这一过程称为沉降。第40页/共86页第四十一页，共87页。以离心但不能有效地过滤分以离心但不能有效地过滤分离，所以离心往往是很有效的离，所以离心往往是很有效的方法。方法。第41页/共86页第四十二页，共87页。43第42页/共86页第四十三页，共87页。一、颗粒一、颗粒(kl)(kl)沉降（沉降（SedimentationSedimentation） 什么情况下颗粒在流体中会发生沉降什么情况下颗粒在流体中会发生沉降(chnjing)过程？过程？第43页/共86页第四十四页，共87页。（一）重力沉降（一）重力沉降由地球引力作用而发生的颗粒由地球引力作用而发生的颗粒(kl)沉降过程，称为重力沉降沉降过程，称为重力沉降当一个球形颗粒当一个球形颗粒(kl)放在静止流体放在静止流体中，颗粒中，颗粒(kl)密度大于流体密度时，密度大于流体密度时，则颗粒则颗粒(kl)将在重力作用下作沉降运将在重力作用下作沉降运动。动。设颗粒设颗粒(kl)的初速度为零，则颗粒的初速度为零，则颗粒(kl)最初只受重力最初只受重力Fg与浮力与浮力Fb的作用的作用。重力向下，浮力向上。重力向下，浮力向上。 Fb浮力浮力Fg重力重力根据沉降根据沉降(chnjing)作用力可分为：重力作用力可分为：重力沉降沉降(chnjing)、离心沉降、离心沉降(chnjing)第44页/共86页第四十五页，共87页。（一）重力沉降（一）重力沉降当作用于颗粒上的这两个外力之和不当作用于颗粒上的这两个外力之和不等于零时，颗粒将产生加速度。当颗等于零时，颗粒将产生加速度。当颗粒开始下沉时，受到流体粒开始下沉时，受到流体(lit)向上向上作用的阻力。作用的阻力。 Fb浮力浮力 Fd阻力阻力Fg重力重力根据牛顿根据牛顿(nidn)第二定律，得到颗粒直径为第二定律，得到颗粒直径为d、颗粒密度为颗粒密度为s的重力沉降运动基本方程式：的重力沉降运动基本方程式：（1）球形颗粒）球形颗粒(kl)的自由沉降速度的自由沉降速度第45页/共86页第四十六页，共87页。gdFs3g6 重力：重力：（a）gdF 3b6 浮力：浮力：（b）tu u0加速段加速段匀速段匀速段 颗粒做匀速运动，沉降速度颗粒做匀速运动，沉降速度(sd)(sd)恒定不变，该速度恒定不变，该速度(sd)(sd)称为自称为自由沉降速度由沉降速度(sd)(sd)。达到恒定的沉降速度。达到恒定的沉降速度(sd)(sd)时，合力为：时，合力为： 042662203s3 madugdgdF 42220dduF 阻力：阻力：（c）阻力系数阻力系数 Fb浮力浮力 Fd阻力阻力Fg重力重力第46页/共86页第四十七页，共87页。042662203s3 madugdgdF 34s0gdu （球形颗粒的自由沉降速度）（球形颗粒的自由沉降速度）（2）阻力（曳力）系数（）阻力（曳力）系数（Dragcoefficient）与流体的流动阻力系数类似，阻力（曳力）系数与颗粒与流体的流动阻力系数类似，阻力（曳力）系数与颗粒(kl)沉降雷诺数有关，即沉降雷诺数有关，即)(Re0f 00Redu 注意注意(zhy)：其中：其中d为颗粒直径，为颗粒直径，u0为颗粒的沉降速度，为颗粒的沉降速度，、分别为流体的密度与粘度。分别为流体的密度与粘度。第47页/共86页第四十八页，共87页。第48页/共86页第四十九页，共87页。颗粒离心沉降的速度方向是由圆心沿径向指向外周，但由于颗颗粒离心沉降的速度方向是由圆心沿径向指向外周，但由于颗粒和流体同时做圆周运动，颗粒的实际运动轨迹是一个半径逐粒和流体同时做圆周运动，颗粒的实际运动轨迹是一个半径逐渐渐(zhjin)(zhjin)扩大的螺旋线。离心沉降速度并不是颗粒的实际扩大的螺旋线。离心沉降速度并不是颗粒的实际运动速度，只是其在径向上的分量。运动速度，只是其在径向上的分量。 r1r2ArCBuruut颗粒在旋转流颗粒在旋转流体中的运动体中的运动（1 ）球形颗粒）球形颗粒(kl)的离心沉降速度（的离心沉降速度（u）第49页/共86页第五十页，共87页。重力场重力场离心力场离心力场力场强度力场强度重力重力(zhngl)加速度加速度gut2/R方向方向指向指向(zhxin)地心地心沿旋转半径从中心沿旋转半径从中心(zhngxn)指向外周指向外周Fg=mgRumFTC2作用力作用力惯性离心力场与重力场的区别惯性离心力场与重力场的区别沉降速度沉降速度恒定恒定变化变化第50页/共86页第五十一页，共87页。离心加速度离心加速度（离心力场强度）（离心力场强度）直径为直径为d的球形粒子的球形粒子(lz)在流体中作匀速圆周运动，在流体中作匀速圆周运动，切线速度为切线速度为uT； 径向速度径向速度ur； 旋转半径为旋转半径为R粒子粒子(lz)密度为密度为s； 流体密度为流体密度为 惯性惯性(gunxng)离心力（与重力相当）离心力（与重力相当）: 向心力向心力(与重力场中的浮力与重力场中的浮力(fl)相当相当): 阻力阻力(与颗粒径向运动方向相反与颗粒径向运动方向相反): 径向受力分析径向受力分析RudTs236RudT2362422rud（指向中心）（指向中心）（指向中心）（指向中心）ur uTuR（中心指向外周（中心指向外周 ）第51页/共86页第五十二页，共87页。三力达到三力达到(ddo)平衡，则：平衡，则：RudTs236RudT23602422rud平衡时颗粒在径向平衡时颗粒在径向(jnxin)上相对于流体的运动速度上相对于流体的运动速度ur便便是此位置上的离心沉降速度（绝对速度在径向是此位置上的离心沉降速度（绝对速度在径向(jnxin)上的上的分量）。分量）。RuduTsr234离心离心(lxn)沉降速度表达式沉降速度表达式gdust3)(4重力沉降速度表达式重力沉降速度表达式两者区别在于两者区别在于加速度的不同，一个是加速度的不同，一个是“ut2/R”，一个是一个是“g”。第52页/共86页第五十三页，共87页。（2 ）离心分离因数）离心分离因数(ynsh)（Kc )同一颗粒同一颗粒(kl)在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速在同一种介质中的离心沉降速度与重力沉降速度的比值为度的比值为：cTtrKgRuuu2 比值Kc就是粒子所在位置上的惯性离心力场强度(qingd)与重力场强度(qingd)之比称为离心分离因数。 第53页/共86页第五十四页，共87页。例如例如(lr)；当旋转半径；当旋转半径R=0.4m，切向速度，切向速度uT=20m/s时，求时，求分离因数。分离因数。1022gRuKTc 分离因数是离心分离设备的重要(zhngyo)指标。某些高速离心机分离因数值可高达数十万。旋风或旋液分离器的分离因数一般在52500之间。表明离心表明离心(lxn)沉降速度是沉降速度的百倍，因此离心沉降速度是沉降速度的百倍，因此离心(lxn)沉沉降设备分离效果远高于重力沉降设备。降设备分离效果远高于重力沉降设备。第54页/共86页第五十五页，共87页。第55页/共86页第五十六页，共87页。第56页/共86页第五十七页，共87页。第57页/共86页第五十八页，共87页。对离心力用下式计算：对离心力用下式计算：第58页/共86页第五十九页，共87页。第59页/共86页第六十页，共87页。图中g标尺上的交叉点即为相应的相对离心力数值。第60页/共86页第六十一页，共87页。（一）离心机的种类（一）离心机的种类(zhngli)与用途与用途第61页/共86页第六十二页，共87页。对于常速和高速离心机，由于所分离的对于常速和高速离心机，由于所分离的颗粒大小和密度颗粒大小和密度(md)相差较大，只要相差较大，只要选择好离心速度和时间，就能达到分离选择好离心速度和时间，就能达到分离效果。效果。超速离心的离心方法：差速离心、密度超速离心的离心方法：差速离心、密度(md)梯度离心和等密度梯度离心和等密度(md)梯度离梯度离心。心。 第62页/共86页第六十三页，共87页。1.差速离心分级差速离心分级(fnj)2.区带离心区带离心（密度梯度离心）（密度梯度离心）差速区带离心差速区带离心平衡区带离心平衡区带离心第63页/共86页第六十四页，共87页。第64页/共86页第六十五页，共87页。第65页/共86页第六十六页，共87页。第66页/共86页第六十七页，共87页。第67页/共86页第六十八页，共87页。（三）离心机的种类（三）离心机的种类(zhngli)(zhngli)与用途与用途第68页/共86页第六十九页，共87页。（1 1）斜角式离心机）斜角式离心机是一类结构最简单的实验室常用离心机，是一类结构最简单的实验室常用离心机，指离心管腔与转轴成一定倾角的转子指离心管腔与转轴成一定倾角的转子(zhun (zhun z)z)；颗粒在角转子颗粒在角转子(zhun z)(zhun z)中沉降时，中沉降时，先沿离心力方向撞向离心管，先沿离心力方向撞向离心管，然后再沿管壁滑向管底，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一侧会出现颗粒沉积。因此管的一侧会出现颗粒沉积。第69页/共86页第七十页，共87页。第70页/共86页第七十一页，共87页。第71页/共86页第七十二页，共87页。(2(2）平抛式离心机）平抛式离心机一类结构简单的实验室常用的低中速离心机，转速一类结构简单的实验室常用的低中速离心机，转速一般在一般在 3000-6000rpm 3000-6000rpm。 转子活动管套内的离心管，静止时垂直挂在转头上转子活动管套内的离心管，静止时垂直挂在转头上，旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到水平，旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到水平(shupng)(shupng)位置。位置。转头结构复杂，最高转头结构复杂，最高 转速相对要低转速相对要低容量也小一些。容量也小一些。 第72页/共86页第七十三页，共87页。第73页/共86页第七十四页，共87页。第74页/共86页第七十五页，共87页。第75页/共86页第七十六页，共87页。碟片式：适合碟片式：适合(shh)大规模工业生产大规模工业生产第76页/共86页第七十七页，共87页。细菌、酵母菌、放线菌、细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片细胞碎片第77页/共86页第七十八页，共87页。第78页/共86页第七十九页，共87页。第79页/共86页第八十页，共87页。第80页/共86页第八十一页，共87页。第81页/共86页第八十二页，共87页。第82页/共86页第八十三页，共87页。有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等。如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等过滤介质过滤介质第83页/共86页第八十四页，共87页。典型过滤典型过滤(gul)设备：设备：实验室用抽滤装置实验室用抽滤装置板框压滤机（间歇操作）板框压滤机（间歇操作） 转筒真空转筒真空(zhnkng)(zhnkng)过滤机（连续操作）过滤机（连续操作） 过滤式离心机过滤式离心机第84页/共86页第八十五页，共87页。第85页/共86页第八十六页，共87页。NoImage内容(nirng)总结会计学。发酵液含有色素、毒性物质和热源物质等有机杂质。第6页/共86页。硫酸铝Al2(SO4)318H2O(明矾)、。释放或稳定产物，防止其氧化、变性或沉淀。不同pH值条件下小球藻具有不同的悬浮特性。（3）一般情况(qngkung)下，在pH3-6条件下使用较好。浓度高达每单位体积含60%的不可性固体，又低至每单位体积仅含0.1%。与过滤设备相比，离心设备的价格昂贵。由地球引力作用而发生的颗粒沉降过程，称为重力沉降第八十七页，共87页。