最新酶工程设备第七章细胞破碎与固液分离设备课件2
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《固液分离技术》课件
耗。
过滤器的操作管理应注意反冲 洗周期、反冲洗方式等，以保
持设备的良好运行状态。
浮选机
浮选机是一种利用气泡上浮原 理实现固液分离的设备，常用
于选矿和污水处理等领域。
浮选机通过向矿浆中充气，使 固体颗粒粘附在气泡上并随之
上浮，从而实现固液分离。
浮选机的设计应考虑充气方式 、矿浆性质、操作条件等因素 ，以提高选矿效率和降低能耗 。
总结词
食品工业中需要进行固液分离的案例较多，如奶制品 、果汁和酿酒等生产过程中会产生大量的固体与液体 混合物。
详细描述
在奶制品生产中，采用离心分离和膜过滤等方法将牛 奶中的奶油、蛋白质和乳糖等成分进行分离；在果汁 和酿酒生产中，采用压榨和离心等方法将果肉或麦芽 中的水分与固体物质进行有效分离。这些固液分离技 术的应用可以提高食品质量和产量，同时降低生产成 本。
浮选机的操作管理应注意矿浆 浓度、充气量等参数的控制， 以获得最佳的选矿效果。
CHAPTER 05
固液分离技术案例分析
城市污水处理厂固液分离案例
总结词
城市污水处理厂是固液分离技术应用的重要 领域，通过分离技术可以有效去除污水中的 悬浮物和杂质，提高水质。
详细描述
城市污水处理厂通常采用物理、化学和生物 等多种方法进行固液分离。例如，沉淀池、 过滤池和活性污泥法等工艺流程，可以去除 污水中的悬浮物、有机物和重金属等有害物
详细描述
过滤分离原理是利用多孔介质（如滤布、滤网等）将固体颗 粒截留在滤饼中，液体则通过多孔介质流出。过滤过程中需 要施加一定的压力以克服固体颗粒对滤饼的阻力，适用于颗 粒密度较小且粒径分布较窄的物料分离。
浮选分离原理
总结词
利用固体颗粒与液体密度的差异，通过气泡吸附实现固液分离
过滤器的操作管理应注意反冲 洗周期、反冲洗方式等，以保
持设备的良好运行状态。
浮选机
浮选机是一种利用气泡上浮原 理实现固液分离的设备，常用
于选矿和污水处理等领域。
浮选机通过向矿浆中充气，使 固体颗粒粘附在气泡上并随之
上浮，从而实现固液分离。
浮选机的设计应考虑充气方式 、矿浆性质、操作条件等因素 ，以提高选矿效率和降低能耗 。
总结词
食品工业中需要进行固液分离的案例较多，如奶制品 、果汁和酿酒等生产过程中会产生大量的固体与液体 混合物。
详细描述
在奶制品生产中，采用离心分离和膜过滤等方法将牛 奶中的奶油、蛋白质和乳糖等成分进行分离；在果汁 和酿酒生产中，采用压榨和离心等方法将果肉或麦芽 中的水分与固体物质进行有效分离。这些固液分离技 术的应用可以提高食品质量和产量，同时降低生产成 本。
浮选机的操作管理应注意矿浆 浓度、充气量等参数的控制， 以获得最佳的选矿效果。
CHAPTER 05
固液分离技术案例分析
城市污水处理厂固液分离案例
总结词
城市污水处理厂是固液分离技术应用的重要 领域，通过分离技术可以有效去除污水中的 悬浮物和杂质，提高水质。
详细描述
城市污水处理厂通常采用物理、化学和生物 等多种方法进行固液分离。例如，沉淀池、 过滤池和活性污泥法等工艺流程，可以去除 污水中的悬浮物、有机物和重金属等有害物
详细描述
过滤分离原理是利用多孔介质（如滤布、滤网等）将固体颗 粒截留在滤饼中，液体则通过多孔介质流出。过滤过程中需 要施加一定的压力以克服固体颗粒对滤饼的阻力，适用于颗 粒密度较小且粒径分布较窄的物料分离。
浮选分离原理
总结词
利用固体颗粒与液体密度的差异，通过气泡吸附实现固液分离
细胞破碎与固液初级分离技术
法超 高 珠 捣 声压磨碎 波匀法法ຫໍສະໝຸດ 破浆 碎法机 械 破 碎 法
酶 酸 有 法渗 法冻 法 非
溶碱机 透 结 机
法法溶 压
--
械
剂冲融 破
法击化 碎
发酵液过滤特性的改变
降低液体粘度 调整pH 凝聚和絮凝 加入助滤剂 加入反应剂
杂质的去除
高价无机离子的去除 杂蛋白的去除
二、固液初级分离的方法与应用
离心分离 粗滤分离 泡沫分离
离心分离
离心分离设备 离心分离方法及其应用
离心分离设备
大容量冷冻离心机
离心分离方法及其应用
差速离心法 密度梯度离心法 等密度离心法
粗滤分离
粗滤分离设备 粗滤分离方法及应用
板框压滤机
泡沫分离
泡沫分离的原理 泡沫分离的应用
等密度离心的有效 分离仅取决于粒子 的密度差，与粒子 的大小和形状无关， 但是此二者决定着 达到平衡的速度、 时间和区带宽度。
细胞破碎与固液初级分离技术
第一节 细胞破碎技术
一、破碎方法
机械破碎法 非机械破碎法
二、选择破碎方法的依据
细胞的处理量 细胞壁的强度和结构 目标产物对破碎条件的敏感性 破碎程度
第二节 固—液初级分离 技术
一、发酵液的预处理
发酵液过滤特性的改变 杂质的去除
杂蛋白的去除
1、沉淀法：主要针对蛋白质。 2、吸附法：加入吸附剂或沉淀剂。 3、变性法：常用方法有加热、大幅度调 pH值、加有机溶剂或表面活性剂。
差速离心法：在不同离心速度及 不同离心时间下分批分离的方法。 一般用于分离沉降系数相差较大 的粒子，如常用于细胞匀浆中细
胞器的分离 。
细胞破碎和生化分离技术-PPT
缺点: A、影响因素多,细胞种类、浓度和 处理时间、探头材料和形状; B、有效能量得利用率低; C、产热大,需控温; D、不易放大,仅应用于实验室规模 得细胞破碎。
机械破碎法总结
• 以上几种机械破碎法得作用机理不尽相同,有各自得适用范围 (包括菌体细胞、细胞发酵液得特性)和处理规模(实验室或工 业用)
碟片式离心机
• 就是在管式离心机得基础上发展起来得,在转鼓中加入了 许多重迭得碟片,缩短了颗粒得沉降距离,提高了分离效 率。
• 就是生物工业中应用最为广泛得一种离心机 • 有一个密封得转鼓,内装十至上百个锥顶角为60-100゜锥
形碟片。 • 碟片间得距离一般为0、5-2、5mm。
碟片式离心机工作原理
浓度。 • 微滤技术有着广泛应用和众多得优点。
微滤得操作模式
• 无流动操作模式和错流过滤操作模式
微滤设备
• 板框式膜过滤器 • 管式膜过滤器 • 中空纤维式膜分离器 • 螺旋卷式膜分离器
离心技术
• 一、离心分离得基本原理 • 二、离心机得类型 • 三、离心方法 • 四、离心条件得确定 • 五、影响离心效果得主要因素与控制
心机 • 据设备结构特点分:管式、蝶式、螺旋式……
离心机得种类与用途
按速度和离心力: 1、常速离心机 最大转速8000rpm(r/min),相对离心力(RCF)104g 以下,用于细胞、菌体和培养基残渣等分离; 2、高速(冷冻)离心机 1×104～2、5×104rpm,相对离心力104～ 105g,用于细胞碎片、较大细胞器、大分子沉淀物等分离; 3、超速离心机 转速2、5～8×104rpm,相对离心力5×105g;用于 DNA、RNA蛋白质、细胞器、病毒分离纯化;检测纯度;沉降系数 和相对分子量测定等。
机械破碎法总结
• 以上几种机械破碎法得作用机理不尽相同,有各自得适用范围 (包括菌体细胞、细胞发酵液得特性)和处理规模(实验室或工 业用)
碟片式离心机
• 就是在管式离心机得基础上发展起来得,在转鼓中加入了 许多重迭得碟片,缩短了颗粒得沉降距离,提高了分离效 率。
• 就是生物工业中应用最为广泛得一种离心机 • 有一个密封得转鼓,内装十至上百个锥顶角为60-100゜锥
形碟片。 • 碟片间得距离一般为0、5-2、5mm。
碟片式离心机工作原理
浓度。 • 微滤技术有着广泛应用和众多得优点。
微滤得操作模式
• 无流动操作模式和错流过滤操作模式
微滤设备
• 板框式膜过滤器 • 管式膜过滤器 • 中空纤维式膜分离器 • 螺旋卷式膜分离器
离心技术
• 一、离心分离得基本原理 • 二、离心机得类型 • 三、离心方法 • 四、离心条件得确定 • 五、影响离心效果得主要因素与控制
心机 • 据设备结构特点分:管式、蝶式、螺旋式……
离心机得种类与用途
按速度和离心力: 1、常速离心机 最大转速8000rpm(r/min),相对离心力(RCF)104g 以下,用于细胞、菌体和培养基残渣等分离; 2、高速(冷冻)离心机 1×104～2、5×104rpm,相对离心力104～ 105g,用于细胞碎片、较大细胞器、大分子沉淀物等分离; 3、超速离心机 转速2、5～8×104rpm,相对离心力5×105g;用于 DNA、RNA蛋白质、细胞器、病毒分离纯化;检测纯度;沉降系数 和相对分子量测定等。
《细胞破碎分离》ppt课件
法
珠捣碎
细胞的大规模处置
超声波法 使细胞遭到液体剪 适中 昂贵 细胞悬浮液小规模
切力而破碎
处置
2.非机械法
非机械方法很多 1) 生物法-酶溶解〔enzyme lysis〕 2) 化学法溶胞〔chemical treatment〕 3) 物理法 浸透压冲击〔osmotic shock〕 冻结和融化〔freezing and thawing〕 枯燥法 其中酶溶解法和化学溶胞运用最广
大多数真菌的多糖壁是由几丁质和葡聚糖 构成，少数含纤维素。
红面包霉菌细胞壁构造： 最外层(a)是α-和β-葡聚糖的
混合物， 第2层(b)是糖蛋白的网状构造 第3层(c)主要是蛋白质， 最内层(d)主要是几丁质。
真菌细胞壁的构造表示图
真菌细胞壁的强度：主要决议于聚合物的网状构 造，不仅如此，它还含有几丁质或纤维素的纤维 状构造，所以强度更高。
➢ 缺陷： ➢ 超声波产生的化学自在基能使某些敏感性活性
物质失活。 ➢ 对冷却的要求非常高，所以不易放大，但在实
验室小规模细胞破碎中常用。
不同机械破碎方法的比较
技术
匀浆法 (孔型)
原理
效果 本钱
举例
使细胞遭到液体剪 猛烈 适中 细胞悬浮液大规模
切力而破碎
处置
研磨破碎 细胞被玻璃珠或铁 猛烈 廉价 细胞悬浮液和植物
度，研磨剂量，颗粒大小，以及温度等 相关。
3〕超声波破碎
作用机理：液体剪切力 超声波破碎法
〔Ultrasonication)利用超 声波振荡器发射的15-25kHz 〔千赫〕的超声波探头处置 细胞悬浮液。 超声波的细胞破碎效率与细 胞种类、浓度和超声波的频 率有关。
超声波破碎的机理
细胞破碎课件PPT
酶解法是一种利用酶来分解细胞壁的方法，通常使用溶菌酶、蜗牛酶等酶类物质。
酶解法的优点在于对细胞壁的破坏作用较小，能够保持细胞内物质的完整性，适用 于提取细胞内活性物质。
酶解法的缺点在于酶的种类和浓度对破碎效果影响较大，且酶解过程较慢，需要较 长时间才能达到理想的破碎效果。
溶菌酶破碎
溶菌酶是一种专门作用于细菌 细胞壁的酶，能够破坏细菌细 胞壁，使细胞壁水解而破碎。
高压破碎
原理
常用设备
利用高压作用使细胞膜破裂，释放细胞内 的物质。
高压均质机、高压破碎机等。
应用范围
注意事项
适用于各种类型的细胞，尤其是对细胞壁 有破坏作用的高压破碎。
高压破碎需要严格控制压力和作用时间， 以避免对细胞内物质造成过度破坏。同时 ，需要确保设备的安全性和稳定性。
04
生物法破碎细胞
酶解法
溶菌酶破碎适用于革兰氏阳性 菌和革兰氏阴性菌的破碎，尤 其对革兰氏阳性菌的破碎效果 较好。
溶菌酶破碎的优点在于破碎效 率较高，且对细胞内物质的破 坏作用较小。
蜗牛酶破碎
蜗牛酶是一种天然的酶，能够分解细 胞壁和细胞膜，使细胞内的物质释放 出来。
蜗牛酶破碎的优点在于能够有效地释 放细胞内的物质，且对细胞内物质的 破坏作用较小。
免疫学研究
细胞破碎后提取的细胞成分可以用于免疫学研究，如抗原-抗体反应、 细胞因子检测等，有助于深入了解免疫系统的功能和调控机制。
在药物制备中的应用
1 2
天然药物提取
许多天然药物来源于动植物细胞，通过破碎细胞 可以提取有效成分，如中药材的有效成分。
合成药物的合成与改造
在药物合成中，细胞破碎可用于释放细胞内的酶 或其他生物催化剂，以促进药物的合成或改造。
细胞破碎与固液分离技术
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
3．凝聚和絮凝 凝聚和絮凝的主要作用为增大混合液中悬浮粒 子的体积，提高固液分离速度，同时可除去一些 (yīxiē)杂质。 （1）凝聚作用 凝聚作用是指在某些电解质作用下， 使胶体粒子聚集的过程。这些电解质称为凝聚剂。 胶体粒子能保持分散状态的原因是其带有相同电荷 和扩散双电层的结构。当分子热运动使粒子间距离 缩小到使它们的扩散层部分重叠时，即产生电排斥 作用，使两个粒子分开，从 精品PPT 而阻止了粒子的聚集。
加水稀释法可有效降低液体粘度，但会增加悬浮液的体 积，使后处理任务加大，并且只有当稀释后过滤速率提高的 百分比大于加水比时，从经济上才能认为有效。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用 于粘度随温度变化较大的流体。另外，应用加热法的同时，可 控制适当温度和受热时间，使蛋白质凝聚形成较大颗粒，进一 步改善发酵液的过滤特性。如链霉素发酵液，调酸至pH3.0后， 加热至70℃，维持半小时，液相粘度下降至1/6，过滤速率可 增大10～100倍。使用加热法时必须(bìxū)注意：①加热的温 度必须(bìxū)控制在不影响目的产物活性的范围内；②对于发 酵液，温度过高或时间过长，可能造成细胞溶解，胞内物质外 溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
常用的凝聚剂有AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、 ZnSO4和MgCO3等。电解质凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒 发生(fāshēng)凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L）称为凝 聚值。根据Schuze-Hardy法则，阳离子的价数越高，该值就越 小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝 聚能力的次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
3．凝聚和絮凝 凝聚和絮凝的主要作用为增大混合液中悬浮粒 子的体积，提高固液分离速度，同时可除去一些 (yīxiē)杂质。 （1）凝聚作用 凝聚作用是指在某些电解质作用下， 使胶体粒子聚集的过程。这些电解质称为凝聚剂。 胶体粒子能保持分散状态的原因是其带有相同电荷 和扩散双电层的结构。当分子热运动使粒子间距离 缩小到使它们的扩散层部分重叠时，即产生电排斥 作用，使两个粒子分开，从 精品PPT 而阻止了粒子的聚集。
加水稀释法可有效降低液体粘度，但会增加悬浮液的体 积，使后处理任务加大，并且只有当稀释后过滤速率提高的 百分比大于加水比时，从经济上才能认为有效。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用 于粘度随温度变化较大的流体。另外，应用加热法的同时，可 控制适当温度和受热时间，使蛋白质凝聚形成较大颗粒，进一 步改善发酵液的过滤特性。如链霉素发酵液，调酸至pH3.0后， 加热至70℃，维持半小时，液相粘度下降至1/6，过滤速率可 增大10～100倍。使用加热法时必须(bìxū)注意：①加热的温 度必须(bìxū)控制在不影响目的产物活性的范围内；②对于发 酵液，温度过高或时间过长，可能造成细胞溶解，胞内物质外 溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
常用的凝聚剂有AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、 ZnSO4和MgCO3等。电解质凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒 发生(fāshēng)凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L）称为凝 聚值。根据Schuze-Hardy法则，阳离子的价数越高，该值就越 小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝 聚能力的次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。
《细胞破碎》PPT课件
精选ppt
46
过去认为带有两个长尾的阳离子表面活性剂 溶于油，和细胞膜孔的形成有关，但是很少 用于细胞破碎。
精选ppt
47
非离子表面活性剂是溶于水的聚合物。经济价值不明确， 市场上用于做洗碗剂。同样，这种清洁剂既有亲水基团 又有疏水基团。亲水基团不是硫酸盐，不是烷基胺盐而 是乙醇。
精选ppt
48
超声波法 匀浆法（孔型） 珠磨破碎法
用超声波的空穴作 适中 用使细胞破碎
须使细胞通过的小 剧烈 孔，使细胞受到剪 切力而破碎
细胞被玻璃珠或铁 剧烈 珠捣碎
昂贵 适中 便宜
细胞悬浮液小 规模处理
细胞悬浮液大 规模处理
细胞悬浮液和 植物细胞的大 规模处理
精选ppt
9
4.3节机械法主要有匀浆法和研磨法。这两种方法中，细胞 通过高的机械剪切力被破坏。热量的产生是该法的一个缺 点，而且不容易规模放大:如果一种方法可以在实验室规模 下操作，我们并不知道这种方法是否在大规模生产中可行。 所以，这部分内容仅作为实验的指导，而不是工程分析。
Detergent Concentration
Fig 4.2-2Typical detergent properties
精选ppt
50
增溶和表面活性现象的原理在于：清洁剂形成小的聚和物 称为胶囊。微囊可看成是疏水尾部聚合在一起的，被一层 壳或者是亲水的头包围着。增溶的脂被微囊包围，并存在 于囊核心。微囊象橘子，橘皮是亲水的头部，内皮是疏水 的尾部，橘汁就是内溶的脂。
精选ppt
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精选ppt
42
无论表面活性剂是阴离子、阳离子还是非离子型，都是 两性的。SDS（十二烷基磺酸钠）是典型的阴离子表面 活性剂。阴离子表面活性剂还包括肥皂（脂肪酸盐）。
固液分离和细胞破碎讲述案例课件
固液分离和细胞破碎讲述案例课 件
目 录
• 固 技术应用与展望
01
固液分离技术介绍
离心分离
利用离心力对不同密度物质进行分离的方法。
离心分离是利用物质在离心力场中受到不同离心力而产生不同的运动轨迹，从而实现不同密度物质之间的分离。在离心分离 过程中，密度大的物质会向旋转轴心移动，而密度小的物质则会向外围移动。离心分离技术广泛应用于固液分离、细胞破碎 和蛋白质分离等领域。
案例名称
啤酒生产中的固液分离
技术应用
使用过滤和离心技术进行固液分离。过滤技术通 过滤网或滤布去除固体杂质，而离心技术则利用 离心力的作用将固体颗粒和液体进行分离。
描述
在啤酒生产过程中，固液分离技术用于将麦芽汁 中的固体颗粒与液体有效分离，从而获得清澈的 麦芽汁，为后续发酵和啤酒制作提供高质量原料 。
过滤分离
通过过滤介质将悬浮颗粒从液体中分离出来的方法。
过滤分离是利用过滤介质（如滤纸、滤布、砂芯等）将悬浮颗粒截留在过滤介质 表面或内部，从而实现液体与固体颗粒的分离。过滤分离技术广泛应用于化工、 制药、食品和环保等领域。
其他分离技术
其他非主流的固液分离技术。
除了离心分离和过滤分离之外，还有一些其他固液分离技术，如沉降分离、浮选分离和电泳分离等。 这些技术在实际应用中不如离心分离和过滤分离常用，但在特定情况下仍具有一定的应用价值。
技术应用与展望
固液分离技术应用与展望
固液分离技术应用
固液分离技术是生物工程和制药工业中 常用的技术，主要用于从液体混合物中 分离固体物质。该技术广泛应用于细胞 培养物、发酵液、食品加工废水等领域 。
VS
固液分离技术展望
随着生物技术的不断发展，固液分离技术 的需求也在不断增加。未来，固液分离技 术将朝着高效、低能耗、环保的方向发展 。新型的固液分离技术，如超滤、纳滤、 反渗透等，将逐渐取代传统的沉淀、离心 等分离方法，提高分离效率和分离效果。
目 录
• 固 技术应用与展望
01
固液分离技术介绍
离心分离
利用离心力对不同密度物质进行分离的方法。
离心分离是利用物质在离心力场中受到不同离心力而产生不同的运动轨迹，从而实现不同密度物质之间的分离。在离心分离 过程中，密度大的物质会向旋转轴心移动，而密度小的物质则会向外围移动。离心分离技术广泛应用于固液分离、细胞破碎 和蛋白质分离等领域。
案例名称
啤酒生产中的固液分离
技术应用
使用过滤和离心技术进行固液分离。过滤技术通 过滤网或滤布去除固体杂质，而离心技术则利用 离心力的作用将固体颗粒和液体进行分离。
描述
在啤酒生产过程中，固液分离技术用于将麦芽汁 中的固体颗粒与液体有效分离，从而获得清澈的 麦芽汁，为后续发酵和啤酒制作提供高质量原料 。
过滤分离
通过过滤介质将悬浮颗粒从液体中分离出来的方法。
过滤分离是利用过滤介质（如滤纸、滤布、砂芯等）将悬浮颗粒截留在过滤介质 表面或内部，从而实现液体与固体颗粒的分离。过滤分离技术广泛应用于化工、 制药、食品和环保等领域。
其他分离技术
其他非主流的固液分离技术。
除了离心分离和过滤分离之外，还有一些其他固液分离技术，如沉降分离、浮选分离和电泳分离等。 这些技术在实际应用中不如离心分离和过滤分离常用，但在特定情况下仍具有一定的应用价值。
技术应用与展望
固液分离技术应用与展望
固液分离技术应用
固液分离技术是生物工程和制药工业中 常用的技术，主要用于从液体混合物中 分离固体物质。该技术广泛应用于细胞 培养物、发酵液、食品加工废水等领域 。
VS
固液分离技术展望
随着生物技术的不断发展，固液分离技术 的需求也在不断增加。未来，固液分离技 术将朝着高效、低能耗、环保的方向发展 。新型的固液分离技术，如超滤、纳滤、 反渗透等，将逐渐取代传统的沉淀、离心 等分离方法，提高分离效率和分离效果。
分离工程实验PPT课件：微生物细胞的破碎及破碎率测定
原理：
超声波破碎机通常在15-25 kHz的频率下操作，细胞是由于超 声波的空穴作用而破碎。空穴泡受到超声波的冲击而产生很强 的冲击波压力，引起粘滞性旋涡，在介质中悬浮细胞上造成了 剪切应力，促使细胞内液体发生流动，从而使细胞破碎。超声 波破碎的程度与输出功率和破碎时间有密切关系，同时受细胞 浓度、溶液粘度、pH值、温度以及离子强度等因素有关。
（1） 研磨法
研磨：将细胞悬液与玻璃珠、石英砂或氧化铝一起快速 搅拌或研磨，使细胞破碎。
实验室设备：Mickle高速组织捣碎机和Braun匀浆器， 利用玻璃小珠撞击微生物细胞而破碎。
主要缺点：温度迅速升高，需冷却。 另外，较大量的细胞可用胶质磨来处理。
特点：
（2） 超声波法
超声波破碎是应用较多的一种破碎方法。其特点是简便、快捷、 效果好，特别适用于微生物细胞的破碎。
四、实验步骤
1、研磨法 • 细胞培养和收集：将活化菌种接入肉汤液体培
养基中，37℃振荡培养。当到达对数少长期后 (约18h)，用离心机收集细胞，3500rpm离心 20min。 • 菌体悬液的制备；取湿细胞5-10g悬浮于30ml 细胞破碎缓冲液中。
• 研磨：在研钵中加入适量石英砂，与菌悬液混 合，研磨10min。
例如，破碎的革兰氏阳性菌常可染色成阴性菌的颜色， 利用革兰氏染色法未受损害的酵母细胞呈现紫色，而受 损害的酵母细胞呈现亮红色。
（2）、测定释放的蛋白质量或酶的活力
测定悬浮液中细胞内含物的增量来估算破碎率。
通常将破碎后的细胞悬浮液离心，测定上清液中蛋白 质的含量或酶的活力，并与100％破碎所获得的标准数值 比较；
③ 表面张力 ④ 被处理悬浮液的体积
大体积需要高的声能引起强烈涡流和大气泡形成 成有帮助，而且产生辅助 “研磨”效应，从而提高破 碎效率。
细胞破碎、过滤离心与膜分离设备 ppt课件
14
转筒真空过滤机rotary-drum vacuum filter
结构：
转筒，扇形格(18格)； ➢滤室； ➢分配头；
✓动盘(18个孔，分别与扇形 格的18个通道相连)； ✓定盘(三个凹槽：滤液真空 凹槽、洗水真空凹槽、压缩 空气凹槽，分别将动盘的18 个孔道分成三个通道)；
金属网； 滤布；
滤浆槽。
30
为什么？
8
板框压滤机的特点：
➢结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 ➢可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。 ➢对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（3~10kg/cm2 ），对颗 粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。 ➢间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度 大，所以它只适用于小规模生产。 ➢近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。
9
自动板框式压滤机
特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等 操作可在10min内自动完成。板、框各有4 个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、 洗涤。
卸渣：拉开框，降框。 滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。
10
板框式过滤机的特点和适用范围
板框式过滤机的优点：① 单位过滤面积占地少；② 对物料的适应性强；③ 过滤面积的选择范围宽；④过滤压 力高，滤饼的含水率低；⑤ 结构简单，操作容易，故障少， 保养方便，机器寿命长；⑥ 因为是滤饼过滤，所以可得到 澄清的滤液，固相回收率高；⑦ 过滤操作稳定。
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板框式膜分离器
操作时料液从下部进入，由导流板导流流过膜面，透过 液透过膜，经支撑板面上的多流孔流入支撑板的内腔，再从 支撑板外侧的出口流出；料液沿导流板上的流道与孔道一层 一层往上流，从膜过滤器上部的出口流出，即得浓缩液。
转筒真空过滤机rotary-drum vacuum filter
结构：
转筒，扇形格(18格)； ➢滤室； ➢分配头；
✓动盘(18个孔，分别与扇形 格的18个通道相连)； ✓定盘(三个凹槽：滤液真空 凹槽、洗水真空凹槽、压缩 空气凹槽，分别将动盘的18 个孔道分成三个通道)；
金属网； 滤布；
滤浆槽。
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为什么？
8
板框压滤机的特点：
➢结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 ➢可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。 ➢对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（3~10kg/cm2 ），对颗 粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。 ➢间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度 大，所以它只适用于小规模生产。 ➢近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。
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自动板框式压滤机
特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等 操作可在10min内自动完成。板、框各有4 个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、 洗涤。
卸渣：拉开框，降框。 滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。
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板框式过滤机的特点和适用范围
板框式过滤机的优点：① 单位过滤面积占地少；② 对物料的适应性强；③ 过滤面积的选择范围宽；④过滤压 力高，滤饼的含水率低；⑤ 结构简单，操作容易，故障少， 保养方便，机器寿命长；⑥ 因为是滤饼过滤，所以可得到 澄清的滤液，固相回收率高；⑦ 过滤操作稳定。
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板框式膜分离器
操作时料液从下部进入，由导流板导流流过膜面，透过 液透过膜，经支撑板面上的多流孔流入支撑板的内腔，再从 支撑板外侧的出口流出；料液沿导流板上的流道与孔道一层 一层往上流，从膜过滤器上部的出口流出，即得浓缩液。
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央导流管使得中央导流管侧的液体密度低于外 部区域从而形成循环。气升式生物反应器主要 采用内循环式，但也有采用外循环式。
（2）、中空纤维管生物反应器
• 既可培养悬浮生长的细胞，又可培养贴壁依赖性 细胞
培养基出口
细胞
空气与CO2入口
空气与CO2出口
培养基入口
（3）微载体悬浮培养反应器
以微珠为载体，让贴壁依赖型细胞生长于微 珠表面，同时通过持续搅动使微珠悬浮于培养 基中，将贴壁培养与悬浮培养结合起来
（4）机械搅拌自吸式发酵罐（P44）
• 不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空 气的发酵罐。
• 关键部件：中空的叶轮为搅拌器
• 工作原理：叶轮启动前，先用液体将之浸没， 启动后由于叶轮高速旋转，液体或空气在离心 力作用下，被甩向叶轮外缘，在叶轮中心处形 成负压，转速愈大，所成负压也愈大，由于叶 轮空腔与导气管相连通，因此空气被不断吸入 并与高速流动的液体相接触，形成细小的气泡 后分散在液体之中
传感器一般包括：
1、敏感元件；2、转换元件；3、测量电路
• 用于生物反应器的传感器应具有以下特点：
1、测量准确可靠分辨能力高，能长时间工作，稳定性好， 具有可维修性；
2、用于罐内的传感器必须能耐热，经受高温灭菌，不能 耐热的传感器可在罐外用其它方法灭菌后无菌装入；
3、材料上选用不易污染的材料，结构上选择无死角的形 状和结构，防止被培养基或微生物污染或附着；
（2）高位塔式发酵罐 （P46） • 特点：高：径=6左右；空气利用率高 • 工作原理： （3）伍式发酵罐（P33） • 主要部件是套筒、搅拌器
• 工作原理：
搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面， 然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六 根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空 气分配器。空气由空心轴导入，经过搅 拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的 液体相混合，发酵液在套筒外侧上升， 由套筒内部下降，形成循环。
能力 • 罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气
管、接种管和压力表接管。 • 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气
管、温度计管和测控仪表接口。
②搅拌装置
a、搅拌的作用： • 使罐内液体混合均匀
• 打碎气泡，使氧气均匀溶解
b、搅拌器形式 P37 涡轮式：径向流型（液体轴向流入，径向流出） 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90° 常用：平叶式、弯叶式、箭叶式 旋浆式：轴向流型（液体 轴向流入，轴向流出） 特点：搅拌器叶片与旋 转平面夹角小于90°
② 发酵罐能承受一定压力：
③发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合
④发酵罐应具足够冷却面积
⑤搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏
⑥ 发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污， 灭菌彻底
3、常用几种其它发酵罐
（1）气升式发酵罐（P45）
• 分为内循环及外循环两种。
• （内循环）工作原理：
• 在罐内装设上升管，上升管两端与罐底及罐 上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的 下部装设空气喷咀，空气自喷咀喷出后，与上 升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵 液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的 液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成 反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使 发酵正常进行。
产品提取或液化
产物
副产物
废物
（二）通气发酵罐
1、分类 • 按能量的输入方式分：
机械搅拌式、气升式、循环泵发酵罐 2、通用发酵罐（属机械搅拌式最常用的一种） （1）发酵罐体的尺寸比例 P34 （2）发酵罐装液量
一般装液高度为圆柱部分高度的70%，泡沫 少时取90%，多时取60%
（3）发酵罐的结构 ①罐体： • 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压
4、传感器要有除被测变量外不受其他变量和周围环境条 件变化影响的能力，如抗气泡或泡沫干扰；
5、反应器与传感器的密封应严密
状态参数： 黏度、pH、溶氧浓度、发酵液中溶解CO2浓度、 细胞浓度及酶活特性、菌体形态
间接参数： 氧利用速率、二氧化碳释放速率、比生产速率
五、主要参数的检测仪器
检测仪器分为：在线检测和离线检测 传感器：将各种非电量（物理量、化学量、生
物量）按一定规律转换为便于处理和传输的另 一种物理量（一般为电量）的器件，即将来自 外界的各种信号转变为电信号。
三、动物细胞培养反应器
1、动物细胞培养的特点 2、大规模动物细胞培养方法：
悬浮培养：让细胞悬浮于培养基内生长繁殖； 贴壁培养：让细胞贴附于某种基质上生长繁殖
的培养方法； 贴壁-悬浮培养：微载体培养
3、常用动物细胞培养生物反应器
（1）、气升式细胞培养生物反应器 气体混合物从底部的喷射管进入反应器的中
• 涡轮式搅拌器： 剪切力较大，气泡分散效果好； 适用物料粘度范围广 圆盘作用：避免气泡沿轴上升
• 旋桨式搅拌器： 剪切力不大，液体混合效果好， 气泡分散不好； 常用于低粘度流体
• 锚式和框式搅拌器:
搅动范围很大，转速更低；适用于较高粘 度液体的搅拌，也常用来防止器壁产生沉积现 象
③挡板
• 作用：改变液体流动方向，防止搅拌过程中漩 涡的产生
酶工程设备第七章细胞破碎与 固液分离设备义：
2、作用：为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好地生长，并得到更 多需要的生物量或代谢产物。
•
细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化）
空气
除菌
CO2等
生物反应器
检测和控制
原材料 培养基 灭菌 底物
冷却水 产物预处理
④通气装置
• 单孔管：管口正对罐底中央，与罐底的距离约 40-50mm；罐底中央装保护板
• 多孔环形管：喷孔向下；环径为搅拌器直径的 0.8倍较有效
⑤传热装置：内蛇管，外盘管，夹套
⑥机械消沫装置 P42
⑦轴封：运动部件和静止部件之间的密封称轴封
• 作用是防止染菌和泄漏
（4）发酵罐的基本条件
① 发酵罐应具适宜高径比（一般1.7～4 倍）
优点：比表面积大，单位体积培养液的细胞产
率高；将贴壁培养和悬浮培养结合起
来，培养基利用率高
缺点：搅拌时细胞易损伤，
不适合悬浮培养细胞
四、生物加工过程的参数
设定参数： 压强、温度、通气量、液位（或装液量）、搅 拌转速与搅拌功率、泡沫高度、培养基流加速 度、冷却介质流量与速度、培养基质浓度和产 物浓度
（2）、中空纤维管生物反应器
• 既可培养悬浮生长的细胞，又可培养贴壁依赖性 细胞
培养基出口
细胞
空气与CO2入口
空气与CO2出口
培养基入口
（3）微载体悬浮培养反应器
以微珠为载体，让贴壁依赖型细胞生长于微 珠表面，同时通过持续搅动使微珠悬浮于培养 基中，将贴壁培养与悬浮培养结合起来
（4）机械搅拌自吸式发酵罐（P44）
• 不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空 气的发酵罐。
• 关键部件：中空的叶轮为搅拌器
• 工作原理：叶轮启动前，先用液体将之浸没， 启动后由于叶轮高速旋转，液体或空气在离心 力作用下，被甩向叶轮外缘，在叶轮中心处形 成负压，转速愈大，所成负压也愈大，由于叶 轮空腔与导气管相连通，因此空气被不断吸入 并与高速流动的液体相接触，形成细小的气泡 后分散在液体之中
传感器一般包括：
1、敏感元件；2、转换元件；3、测量电路
• 用于生物反应器的传感器应具有以下特点：
1、测量准确可靠分辨能力高，能长时间工作，稳定性好， 具有可维修性；
2、用于罐内的传感器必须能耐热，经受高温灭菌，不能 耐热的传感器可在罐外用其它方法灭菌后无菌装入；
3、材料上选用不易污染的材料，结构上选择无死角的形 状和结构，防止被培养基或微生物污染或附着；
（2）高位塔式发酵罐 （P46） • 特点：高：径=6左右；空气利用率高 • 工作原理： （3）伍式发酵罐（P33） • 主要部件是套筒、搅拌器
• 工作原理：
搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面， 然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六 根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空 气分配器。空气由空心轴导入，经过搅 拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的 液体相混合，发酵液在套筒外侧上升， 由套筒内部下降，形成循环。
能力 • 罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气
管、接种管和压力表接管。 • 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气
管、温度计管和测控仪表接口。
②搅拌装置
a、搅拌的作用： • 使罐内液体混合均匀
• 打碎气泡，使氧气均匀溶解
b、搅拌器形式 P37 涡轮式：径向流型（液体轴向流入，径向流出） 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90° 常用：平叶式、弯叶式、箭叶式 旋浆式：轴向流型（液体 轴向流入，轴向流出） 特点：搅拌器叶片与旋 转平面夹角小于90°
② 发酵罐能承受一定压力：
③发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合
④发酵罐应具足够冷却面积
⑤搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏
⑥ 发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污， 灭菌彻底
3、常用几种其它发酵罐
（1）气升式发酵罐（P45）
• 分为内循环及外循环两种。
• （内循环）工作原理：
• 在罐内装设上升管，上升管两端与罐底及罐 上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的 下部装设空气喷咀，空气自喷咀喷出后，与上 升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵 液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的 液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成 反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使 发酵正常进行。
产品提取或液化
产物
副产物
废物
（二）通气发酵罐
1、分类 • 按能量的输入方式分：
机械搅拌式、气升式、循环泵发酵罐 2、通用发酵罐（属机械搅拌式最常用的一种） （1）发酵罐体的尺寸比例 P34 （2）发酵罐装液量
一般装液高度为圆柱部分高度的70%，泡沫 少时取90%，多时取60%
（3）发酵罐的结构 ①罐体： • 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压
4、传感器要有除被测变量外不受其他变量和周围环境条 件变化影响的能力，如抗气泡或泡沫干扰；
5、反应器与传感器的密封应严密
状态参数： 黏度、pH、溶氧浓度、发酵液中溶解CO2浓度、 细胞浓度及酶活特性、菌体形态
间接参数： 氧利用速率、二氧化碳释放速率、比生产速率
五、主要参数的检测仪器
检测仪器分为：在线检测和离线检测 传感器：将各种非电量（物理量、化学量、生
物量）按一定规律转换为便于处理和传输的另 一种物理量（一般为电量）的器件，即将来自 外界的各种信号转变为电信号。
三、动物细胞培养反应器
1、动物细胞培养的特点 2、大规模动物细胞培养方法：
悬浮培养：让细胞悬浮于培养基内生长繁殖； 贴壁培养：让细胞贴附于某种基质上生长繁殖
的培养方法； 贴壁-悬浮培养：微载体培养
3、常用动物细胞培养生物反应器
（1）、气升式细胞培养生物反应器 气体混合物从底部的喷射管进入反应器的中
• 涡轮式搅拌器： 剪切力较大，气泡分散效果好； 适用物料粘度范围广 圆盘作用：避免气泡沿轴上升
• 旋桨式搅拌器： 剪切力不大，液体混合效果好， 气泡分散不好； 常用于低粘度流体
• 锚式和框式搅拌器:
搅动范围很大，转速更低；适用于较高粘 度液体的搅拌，也常用来防止器壁产生沉积现 象
③挡板
• 作用：改变液体流动方向，防止搅拌过程中漩 涡的产生
酶工程设备第七章细胞破碎与 固液分离设备义：
2、作用：为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好地生长，并得到更 多需要的生物量或代谢产物。
•
细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化）
空气
除菌
CO2等
生物反应器
检测和控制
原材料 培养基 灭菌 底物
冷却水 产物预处理
④通气装置
• 单孔管：管口正对罐底中央，与罐底的距离约 40-50mm；罐底中央装保护板
• 多孔环形管：喷孔向下；环径为搅拌器直径的 0.8倍较有效
⑤传热装置：内蛇管，外盘管，夹套
⑥机械消沫装置 P42
⑦轴封：运动部件和静止部件之间的密封称轴封
• 作用是防止染菌和泄漏
（4）发酵罐的基本条件
① 发酵罐应具适宜高径比（一般1.7～4 倍）
优点：比表面积大，单位体积培养液的细胞产
率高；将贴壁培养和悬浮培养结合起
来，培养基利用率高
缺点：搅拌时细胞易损伤，
不适合悬浮培养细胞
四、生物加工过程的参数
设定参数： 压强、温度、通气量、液位（或装液量）、搅 拌转速与搅拌功率、泡沫高度、培养基流加速 度、冷却介质流量与速度、培养基质浓度和产 物浓度