第二章_原料的预处理

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1.4 离心沉降（适用于分离较小的颗粒）
广泛应用于固液、液液相的分离。
1.离心沉降速度
Vs
d2s 2R
18
令：
S=
d
2 p
(
s
L )
18 L
从该式中可看出：
S为沉降系数
①当ρs＞ρL，则S＞0，粒子顺着离心方向沉降。 ②当ρs＝ρL，则S＝0，粒子到达某一位置后达到平衡。 ③当ρs＜ρL，则S＜0，粒子逆着离心方向上浮。
第二章 原料预处理
一、 学习目的与要求 通过本章学习，要求了解细胞分
离、目标产物的释放的各种基本方法， 了解各种方法的优缺点和应用范围 。
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二、 学习指南
（一） 细胞分离 了解：重力沉降、离心沉降和过滤的概念。 理解：离心分离与过滤原理以及提高分离效率的方法。 应用：采用不同的离心分离、过滤设备对不同的细胞进 行分离。
1.1 悬浮液的基本特性
生物细胞培养液基本上属于悬浮液,其中大部分是水,培养 液中水的特性与固液分离有密切的关系。
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1. 极性： 水分子由于正负电荷的中心不重合，为极性分子。水分子
之间由于氢键会发生强烈的缔合作用，如与固体物料表面发生 氢键作用，则会强化水分子在物料表面的附着状态而不利于固 液分离的进行。 2. 粘性：
带离心。 差速区带离心法： 在离心前于离心管内先装入密度梯度介质（如蔗糖、
甘油、KBr、CsCl等），溶液的密度从离心管顶部至底部逐 渐增加，待分离的样品铺在梯度液的顶部，同梯度液一起离 心。离心后在近旋转轴处（r1）的介质密度最小，离旋转轴 最远处（r2）介质的密度最大，但最大介质密度必须小于样 品中粒子的最小密度，即ρs＞ρL。
由于ρs＞ρL，可知S＞0，因此该离心法的离心时间要严格 控制，既有足够的时间使各种粒子在介质梯度中形成区带，又 要控制在任一粒子达到沉淀前。如果离心时间过长，所有的样 品可全部到达离心管底部；离心时间不足，样品还没有分离。 由于此法是一种不完全的沉降，沉降受物质本身大小的影响较 大，一般是应用在物质大小相异而密度相同的情况。常用的梯 度液有Ficoll、Percoll及蔗糖。).
操作过程：一般是在离心后用倾倒的办法把上清液与沉淀 分开，然后将上清液加高转速离心，分离出第二部分沉淀，如 此往复加高转速，逐级分离出所需要的物质。
优点：操作最简便，使用最广泛。
缺点：差速离心的分辨率不高，沉淀系数在同一个数量级
内的各种粒子不容易分开，常用于其他分离手段之前的粗制品
提取。
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（2）区带离心 根据离心操作条件不同，可分为差速区带离心和平衡区
反映了流体分子间的相互作用，它是温度的函数，改变温 度会对分离效率产生显著的影响。 3. 表面张力:
表面张力随温度的升高而降低。液体介质的表面张力越大， 固液分离越困难，因此，降低水的表面张力，是提高固液分离 的有效途径之一。
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1.2 悬浮液的预处理：
1.预处理的目的： （1）改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的 速度，提高固液分离的效率。 （2）尽可能使产物转入便于后处理的某一相中。 （3）去除发酵液中部分杂质，便于后续操作。
（二） 细胞破碎 理解： 各种细胞破碎方法原理、优缺点及其适用范围。 应用：采用不同的细胞破碎方法对不同细胞进行不同程 度的破碎。
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第一节 细胞分离
微生物发酵或动植物细胞培养后培养液与细胞的分离， 结晶体与母液的分离，浸取液与药源固体的分离都需要固液 分离，在制药工程中将菌体或细胞与培养液分离是生物分离 过程的第一步。
重力沉降的先决条件是固相和液相间存在密度差。重力 沉降过程中固体颗粒受到重力、浮力和摩擦阻力的作用。
根据斯托克思定律，当浮力、摩擦阻力和重力达到平衡 时，球形固体颗粒均速沉降，沉降速度为：
Vg
dp2 s l
18l
g
由于菌体细胞的直径很小，沉降速度很慢，因此常需向菌 体的料液中加入絮凝剂，使菌体细胞凝聚成较大颗粒后过滤除 去。
2. 预处理的方法： （1）加热法：可降低悬浮液的粘度，加速聚集作用以除去杂 蛋白，破坏凝胶状结构，增加滤饼孔隙度，提高分离效 率。 （2）调节悬浮液的pH值：促进凝聚作用。
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（3）凝聚和絮凝： 将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋
白质等胶体粒子的百度文库散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成 可分离的絮凝体，在进行分离。 特点：使颗粒尺寸增加，增大颗粒的沉降或浮选速率，提高
离心沉降时，颗粒的相对分子质量越大，沉降系数越大，离心沉降速
度越大。
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2.离心分离法
（1）差速离心分离：
原理: 利用不同的粒子在离心力场中沉降的差别（大而重 的颗粒沉降最快，最先到达底部），在同一离心条件下，沉降 速度不同，通过不断增加相对离心力，使一个非均匀混合液内 的大小、形状不同的粒子分级沉淀。
平衡区带离心（等密度离心法）: 在离心前预先配制介质的密度梯度，此种密度梯度液包
含了被分离样品中所有粒子的密度，待分离的样品铺在梯度 液顶上或和梯度液先混合，离心开始后，当梯度液由于离心 力的作用逐渐形成底浓而管顶稀的密度梯度，与此同时原来 分布均匀的粒子也发生重新分布。当管底介质的密度大于粒 子的密度，即ρL＞ρs时粒子上浮；在弯顶处ρs＞ρL时，则粒子 沉降，最后粒子进入到一个它本身的密度位置即ρs＝ρL，此时 粒子不再移动，粒子形成纯组分的区带，区带与样品粒子的 密度有关，而与粒子的大小和其他参数无关，因此只要转速、 温度不变，则延长离心时间也不能改变这些粒子的成带位置。
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这种方法是根据分离的粒子在梯度液中沉降速度的不同， 使具有不同沉降速度的粒子处于不同的密度梯度层内分成一系 列区带，达到彼此分离的目的。梯度液在离心过程中以及离心 完毕后，取样时起着支持介质和稳定剂的作用，避免因机械振 动而引起已分层的粒子再混合。用于差速区带离心分离的物质 密度必须大于梯度液中最大密度，离心过程必须在被分离物区 带到达管底前停止。
滤饼的渗透性或在深床过滤时产生较好的颗粒保留作 用。 凝聚：在投加的化学物质（如铝、铁的盐类或石灰等）作用 下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚 体的过程。 絮凝：使用絮凝剂（天然或合成的大分子量聚电解质）将胶 体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。
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1.3 重力沉降（适用于分离较大的颗粒）