第七章預(yù)處理和固液分離

生物分離過(guò)程的一般流程1第七章

發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離2預(yù)處理和固液分離內(nèi)容固液分離發(fā)酵液胞外上清液/濾液預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞內(nèi)富集細(xì)胞3發(fā)酵液成分很復(fù)雜，包含菌（細(xì)胞）體，胞內(nèi)外代謝產(chǎn)物，及剩余的培養(yǎng)基殘分等。不管人們所需要的產(chǎn)物是胞內(nèi)還是胞外，都首先要進(jìn)行培養(yǎng)液的預(yù)處理和固液分離開(kāi)，才能進(jìn)行后續(xù)操作：對(duì)于胞外產(chǎn)物，可先將菌體或其他懸浮雜質(zhì)去處，才能從澄清的濾液中提取代謝產(chǎn)物。對(duì)于胞內(nèi)產(chǎn)物，首先富集菌體，再進(jìn)行細(xì)胞破碎和碎片分離，然后提取胞內(nèi)產(chǎn)物。4發(fā)酵液的預(yù)處理（Pretreatment）5思考題1發(fā)酵液為何需要預(yù)處理？處理方法有哪些？2凝集與絮凝過(guò)程有何區(qū)別？如何將兩者結(jié)合使用？

6為何要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？發(fā)酵液的基本特性發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低，大多為1-10%，懸浮物顆粒小，細(xì)胞的相對(duì)密度與培養(yǎng)液相似?？蓧嚎s性液相粘度大，大多為非牛頓型流體；懸浮狀態(tài)穩(wěn)定：雙電層、水化膜、布朗運(yùn)動(dòng)7為何要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？固液分離方法主要是過(guò)濾和離心。對(duì)于細(xì)菌及某些放線菌，菌體細(xì)小，液體粘度大，不能直接過(guò)濾，若用高速離心，能耗很大，設(shè)備昂貴。若用膜分離技術(shù)（如微濾）易產(chǎn)生膜污染，通量降低。發(fā)酵液中由于菌體自溶，核酸、蛋白質(zhì)及其它有機(jī)粘性物質(zhì)的存在也會(huì)影響固液分離。因而尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來(lái)提高固液分離速度顯得十分必要。8預(yù)處理的目的預(yù)處理的目的：促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離的效率：⑴改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，包括增大懸浮液中固體粒子的尺寸，降低液體黏度。⑵相對(duì)純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)（高價(jià)無(wú)機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)），以利于后續(xù)各步操作。⑶盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的一相中（多數(shù)是液相）；

9預(yù)處理的方法凝聚和絮凝Coagulationandflocculation

加熱法Heating調(diào)節(jié)懸浮液的PH值RegulationofPH雜蛋白的去除Removalofuselessprotein高價(jià)無(wú)機(jī)離子的去除Removalofinorganicion助濾劑Filteraids和反應(yīng)劑

Reactant

10一凝聚和絮凝在發(fā)酵液預(yù)處理中的應(yīng)用凝聚與絮凝處理過(guò)程就是將化學(xué)藥劑預(yù)先投加到懸浮液中，改變細(xì)胞、菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，使其聚集起來(lái),增大體積以便固液分離。凝聚和絮凝技術(shù)常用于菌體細(xì)小而且黏度大的發(fā)酵液的預(yù)處理中。11凝聚和絮凝是兩種方法，兩個(gè)概念。凝聚：指在投加的化學(xué)物質(zhì)（鋁、鐵的鹽類）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚集成１mm大小塊狀凝聚體的過(guò)程。絮凝：指使用絮凝劑（天然的和合成的大分子量聚電解質(zhì)）將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小絮凝團(tuán)的過(guò)程。其中絮凝劑主要起架橋作用。凝聚和絮凝12凝聚：膠體粒子在中性鹽促進(jìn)下脫穩(wěn)相互聚集成大粒子（1mm）

機(jī)理：

1）中和粒子表面電荷

2）消除雙電層結(jié)構(gòu)3）破壞水化膜

（一）凝聚Coagulation13發(fā)酵液中菌體表面帶有負(fù)電荷，由于靜電引力使溶液中反離子被吸附在其周圍，在界面上形成了雙電層。正離子同時(shí)受到使它們均勻分布的熱運(yùn)動(dòng)影響，具有離開(kāi)膠粒表面的趨勢(shì)。膠體雙電層結(jié)構(gòu)14常用的凝聚劑電解質(zhì)有：硫酸鋁Al2(SO4)3?18H2O（明礬）；氯化鋁AlCl3?6H2O;三氯化鐵FeCl3;硫酸亞鐵FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO315絮凝：大分子聚電解質(zhì)將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)狀，形成絮凝團(tuán)的過(guò)程

機(jī)理：架橋作用

采用絮凝法可形成粗大的絮凝體，使發(fā)酵液較易分離。（二）絮凝flocculation16絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物，其相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)數(shù)萬(wàn)至一千萬(wàn)以上，長(zhǎng)鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈節(jié)上含有許多活性官能團(tuán)，包括離子基團(tuán)以及非離子型基團(tuán)。它們通過(guò)靜電引力、范德華引力或氫鍵的作用，強(qiáng)烈地吸附在膠粒的表面。當(dāng)一個(gè)高分子聚合物的許多鏈節(jié)分別吸附在不同的膠粒表面上，產(chǎn)生架橋聯(lián)結(jié)時(shí)，就形成較大絮團(tuán)，產(chǎn)生絮凝作用。

絮凝17高分子絮凝劑的吸附架橋作用18可分為三類：人工合成有機(jī)高分子聚合物、天然有機(jī)高分子聚合物、無(wú)機(jī)高分子聚合物1）目前常用的是人工合成有機(jī)高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚乙烯亞胺衍生物；聚丙烯酸類和聚苯乙烯類衍生物。工業(yè)上使用的絮凝劑19高分子聚合物絮凝劑根據(jù)活性基團(tuán)在水中解離情況不同，可分為三類：陰離子型（含有羧基)、陽(yáng)離子型（含有胺基）、非離子型20聚丙烯酰胺類絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)用量少，一般以mg/L計(jì)量；絮凝體粗大，分離效果好；絮凝速度快；種類多，適用范圍廣。聚丙烯酰胺類絮凝劑的缺點(diǎn)：存在一定的毒性，特別是陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，用于食品和醫(yī)藥工業(yè)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。目前最常見(jiàn)：聚丙烯酰胺類絮凝劑212）天然有機(jī)高分子絮凝劑人工合成有機(jī)高分子絮凝劑雖然發(fā)展很快，但還存在著殘留單體有毒，生物降解難等問(wèn)題，所以其應(yīng)用受到了限制。天然有機(jī)高分子絮凝劑具有無(wú)毒，易生物降解，原料來(lái)源廣等優(yōu)點(diǎn)。天然有機(jī)高分子改性絮凝劑根據(jù)其原料來(lái)源不同可分為淀粉類、纖維素類、植物膠類和聚多糖類。其中淀粉改性絮凝劑的研究開(kāi)發(fā)最引人注目。223）無(wú)機(jī)高分子聚合物有聚合鐵系和鋁系兩大類鐵系絮凝劑具有操作簡(jiǎn)單、費(fèi)用低，受溫度影響小，親和力強(qiáng)，能有效地去除懸浮物、表面活性劑、破壞油水乳狀液的能力很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)腐蝕性強(qiáng)、穩(wěn)定性差。鋁系是目前應(yīng)用廣、工藝較成熟的一類無(wú)機(jī)金屬鹽絮凝劑，絮凝效果好，缺點(diǎn)具毒性等。23微生物絮凝劑微生物絮凝劑是近年來(lái)研究和開(kāi)發(fā)的新型絮凝劑，一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的具有絮凝細(xì)胞功能的代謝產(chǎn)物。包括直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑、利用微生物細(xì)胞壁代謝產(chǎn)物的絮凝劑和克隆技術(shù)所獲得的絮凝劑主要成分是糖蛋白、粘多糖、纖維素及核酸等高分子物質(zhì)。微生物絮凝劑和天然絮凝劑與化學(xué)合成的絮凝劑相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是安全，無(wú)毒和不污染環(huán)境。24微生物絮凝劑1、微生物絮凝劑的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)90年代，如紅平紅球菌及由此制成的NOC-1是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑

2、微生物絮凝劑或?qū)⒋蟛糠痔娲胀ㄐ跄齽?、浮游藻類、草分枝桿茵、硅酸鹽芽孢桿菌。25絮凝的影響因素發(fā)酵液的性質(zhì)（細(xì)胞濃度，表面電荷）；絮凝劑的濃度，最佳用量為粒子表面積約有一半被聚合物覆蓋；絮凝劑的分子量；pH控制；攪拌速度。26對(duì)于帶負(fù)電荷的菌體或蛋白質(zhì)來(lái)說(shuō)，采用陽(yáng)離子型高分子絮凝劑同時(shí)具有降低膠粒雙電層電位和產(chǎn)生吸附橋架的雙重機(jī)理，單獨(dú)使用可達(dá)到較好絮凝效果；對(duì)于非離子型和陰離子型高分子絮凝劑，要采用凝聚和絮凝雙重機(jī)理才能提高過(guò)濾效果。這種包括凝聚和絮凝機(jī)理的過(guò)程，稱為混凝。（三）混凝27二預(yù)處理-加熱1）加熱降低液體粘度液體黏度是溫度的指數(shù)函數(shù)，升溫是降低黏度的有效措施。流體力學(xué)原理過(guò)速率與液體的粘度成反比，降低液體粘度（加水稀釋法和加熱法等）可有效提高過(guò)濾速率。加熱是發(fā)酵液預(yù)處理最簡(jiǎn)單最常用的方法。加熱能改善發(fā)酵液的操作特性。麥芽汁的黏度-溫度曲線。28二預(yù)處理-加熱2）加熱使蛋白質(zhì)變性凝固變性蛋白質(zhì)的溶解度小。如檸檬酸發(fā)酵液加熱至80℃以上，可使蛋白質(zhì)變性凝固，過(guò)濾速度加快。加熱處理只適用于對(duì)熱較穩(wěn)定的液體。注意加熱溫度與時(shí)間，不影響產(chǎn)物活性和細(xì)胞的完整性。

29三預(yù)處理-調(diào)節(jié)pHpH值直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離度和電荷性質(zhì)，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值可改善其過(guò)濾特性。細(xì)胞(碎片)及某些膠體物質(zhì)在某個(gè)pH值下也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于過(guò)濾的進(jìn)行。調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)是除去蛋白質(zhì)的有效方法。大幅度改變pH還能使蛋白質(zhì)變性凝固。通過(guò)調(diào)整pH值改變膜過(guò)濾中易吸附分子的電荷性質(zhì)，可減少膜堵塞和污染；影響離子型絮凝劑的電離度。30

0020040060061218pH4.6pH4.2pH3.8pH2.8FiltrateVolume,cm3Time,minutesFigTheeffectonfiltratevolumeofpH31四

加入助濾劑（filteraids）

一種不可壓縮的多孔微粒，在發(fā)酵液中加入固體助濾劑，則菌體可吸附于助濾劑微粒上，助濾劑就作為膠體粒子的載體，均勻地分布于濾餅層中，降低了濾餅的可壓縮性，減小了過(guò)濾阻力。目前生物工業(yè)中常用的助濾劑是硅藻土，其次是珍珠巖粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纖維素、白土等。32助濾劑的選擇(1)粒度根據(jù)懸浮液中的顆粒和濾液的澄清度確定，一般顆粒較小的濾餅應(yīng)采用細(xì)小的助濾劑。(2)助濾劑的品種應(yīng)根據(jù)過(guò)濾介質(zhì)選擇助濾劑品種。使用粗目濾網(wǎng)時(shí)易泄漏，可選擇石棉粉、纖維素；采用細(xì)目濾布時(shí)，可使用細(xì)硅藻土；(3)用量間歇操作時(shí)，過(guò)濾介質(zhì)表面預(yù)涂助濾劑，其厚度應(yīng)不小于2mm。連續(xù)過(guò)濾機(jī)中根據(jù)過(guò)濾速度確定。使用硅藻土?xí)r，通常細(xì)粒為500g/m3，中等粒度700g/m3,粗粒700-1000g/m3。33五.加入反應(yīng)劑加入某些不影響目標(biāo)產(chǎn)物的反應(yīng)劑，可消除發(fā)酵液中的一些雜質(zhì)對(duì)過(guò)濾的影響，從而提高過(guò)濾速度。

1）加入反應(yīng)劑與某些可溶性鹽類發(fā)生反應(yīng)生成不溶性沉淀,生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具有塊狀結(jié)構(gòu)，又能使蛋白質(zhì)凝固，過(guò)濾性能上升，沉淀本身可作為助濾劑.如在新生霉素發(fā)酵液中加入CacCl2和Na3PO4，生成Ca3(PO4)2沉淀。2）發(fā)酵液中含有不溶性多糖物質(zhì)時(shí)，用酶將其轉(zhuǎn)化為單糖，以提高過(guò)濾速率。如萬(wàn)古霉素用淀粉作培養(yǎng)基，發(fā)酵液過(guò)濾前加入0.025%的淀粉酶，攪拌30min后，再加2.5%硅藻土助濾劑，可提高過(guò)濾效率5倍。34發(fā)酵液中的雜質(zhì)高價(jià)無(wú)機(jī)離子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）雜蛋白常規(guī)過(guò)濾或膜過(guò)濾時(shí)，易使過(guò)濾介質(zhì)堵塞，影響過(guò)濾效率。采用離子交換和吸附法提取時(shí)會(huì)降低其交換容量和吸附能力，有機(jī)溶劑法或雙水相萃取時(shí)，易產(chǎn)生乳化，使兩相分離不清。因此，在預(yù)處理時(shí)，應(yīng)盡量除去這些物質(zhì)。六、發(fā)酵液的相對(duì)純化

在采用離子交換提煉時(shí)，會(huì)影響樹(shù)脂對(duì)生化物質(zhì)的交換容量。35（一）高價(jià)無(wú)機(jī)離子的去除方法Ca2+——草酸、草酸鈉，→形成草酸鈣沉淀（注意回收草酸）

；Mg2+——三聚磷酸鈉，→形成三聚磷酸鈉鎂可溶性絡(luò)合物；Fe2+——黃血鹽，→普魯士蘭沉淀36（二）雜蛋白的去除方法沉淀法變性法吸附法371.雜蛋白去除-沉淀法precipitationA等電點(diǎn)沉淀法（isoelectricprecipitation）蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)大都在酸性范圍內(nèi)(pH4.0～5.5)，調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)是除去蛋白質(zhì)的有效方法。B.酸堿調(diào)節(jié)，使蛋白質(zhì)與離子形成沉淀在酸性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陰離子形成沉淀，如三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、苦味酸鹽等；在堿性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陽(yáng)離子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等。382.雜蛋白去除-變性

Denaturation

蛋白質(zhì)從有規(guī)則的排列變成不規(guī)則結(jié)構(gòu)的過(guò)程稱為變性。變性蛋白質(zhì)溶解度較小。加熱，大幅度調(diào)節(jié)pH值，加酒精、丙酮等有機(jī)溶劑或表面活性劑等。不足之處：加熱法只適合于對(duì)熱較穩(wěn)定的目的產(chǎn)物；極端pH值也會(huì)導(dǎo)致某些目的產(chǎn)物失活，且要消耗大量酸堿；有機(jī)溶劑法通常只適用于所處理的液體數(shù)量較少的場(chǎng)合。

392變性鏈霉素生產(chǎn)中，采用調(diào)pH至酸性（pH3.0），加熱至70℃，維持半個(gè)小時(shí)的方法來(lái)使蛋白變性，能使過(guò)濾速度增大10-100倍，濾液粘度可降低1/6。檸檬酸發(fā)酵液，采用加熱至80℃以上，使蛋白質(zhì)變性凝固和降低發(fā)酵液粘度，從而大大提高了過(guò)濾速度。403.雜蛋白去除-吸附法adsorption加入某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。四環(huán)類抗生素生產(chǎn)中，采用黃血鹽和硫酸鋅的協(xié)同作用生成亞鐵氰化鋅鉀K2Zn3[Fe(CN)5]2的膠狀沉淀來(lái)吸附蛋白質(zhì)，利用此法除蛋白質(zhì)已取得很好的效果。在枯草桿菌發(fā)酵液中，常加入氯化鈣和磷酸氫二鈉，這兩者本身生成龐大的凝膠，把蛋白質(zhì)、菌體及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，從而加快了過(guò)濾速度。41發(fā)酵液的固液分離42一影響發(fā)酵液固液分離的因素1）發(fā)酵液中懸浮離子的大小432）發(fā)酵液的黏度viscosity

：固液分離速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分離越困難。影響粘度的因素：菌體的種類和濃度（重要因素），通常絲狀菌、動(dòng)物或植物細(xì)胞懸浮液粘度較大，濃度增大，粘度也提高。培養(yǎng)液中蛋白質(zhì)、核酸大量存在：通常細(xì)胞破碎或細(xì)胞自溶后粘度增大。因此細(xì)胞破碎的程度應(yīng)控制，發(fā)酵放罐時(shí)間要適宜。培養(yǎng)基成分：如用黃豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都會(huì)升高。此外，某些染菌發(fā)酵液，如染細(xì)菌，則粘度會(huì)增大。發(fā)酵過(guò)程的不正常處理，如大量過(guò)剩的培養(yǎng)基和消沫油加入，都會(huì)使粘度增大。影響發(fā)酵液固液分離的因素44收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相，收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等）。固液分離的目的包括兩方面：45二常見(jiàn)的固液分離方法過(guò)濾filtration離心Centrifugation

膜分離membraneseparation雙水相萃取ATPS擴(kuò)張床吸附EBA46（一）過(guò)濾filtration過(guò)濾操作是借助于過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力差ΔP作用下，使懸浮液中的液體通過(guò)介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。過(guò)濾介質(zhì)filtermedium

:過(guò)濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿filterpulp

:所處理的懸浮液；濾液filtrate

:通過(guò)多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣filtercake:被截留的固體物質(zhì)。47濾餅過(guò)濾：當(dāng)懸浮液通過(guò)濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾餅（濾渣）。在濾餅過(guò)濾中，當(dāng)濾餅至一定厚度時(shí)即起主要的過(guò)濾作用適合于固體含量大于0.1%的懸浮液的過(guò)濾分離。48過(guò)濾推動(dòng)力：懸浮液自身壓強(qiáng)差、重力懸浮液的—外加壓力過(guò)濾介質(zhì)的—抽真空離心力過(guò)濾阻力：介質(zhì)阻力：可視為平變，且一般過(guò)濾初較明顯濾餅阻力:濾餅厚度：隨過(guò)濾進(jìn)行而增加濾餅特性：顆粒形狀、大小。大多情況下，過(guò)濾阻力主要取決于濾餅阻力。49過(guò)濾速度的強(qiáng)化1．降低濾餅比阻力rB

一切能夠降低rB的方法：如添加電解質(zhì)、絮凝劑、凝固劑助濾劑等。2．降低濾液黏度μ

黏度愈低，過(guò)濾阻力愈小。加熱、去雜蛋白、絮凝、調(diào)PH、選擇合適的放罐時(shí)間。3．降低懸浮液中懸浮固體的濃度過(guò)濾速度與獲得濾餅體積成反比。因此應(yīng)盡可能降低培養(yǎng)基配料濃度（如玉米粉、豆餅粉的濃度）。4.對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，改善濾液性質(zhì)。502過(guò)濾介質(zhì)選擇過(guò)濾介質(zhì)起過(guò)濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力。合理選擇過(guò)濾介質(zhì)：過(guò)濾介質(zhì)所能截留的固體粒子大小：通常以過(guò)濾介質(zhì)的孔徑表示。常用的過(guò)濾介質(zhì)中，纖維濾布所能截留的最小粒子約10μm，硅藻土為lμm，超濾膜可小于0.5μm。過(guò)濾介質(zhì)的透過(guò)性：是指在一定的壓力差下，單位時(shí)間單位過(guò)濾面積上通過(guò)濾液的體積量，它取決于過(guò)濾介質(zhì)上毛細(xì)孔徑的大小及數(shù)目。51過(guò)濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布。其過(guò)濾性能受許多因素的影響，其中最重要的是纖維的特性、編織紋法和線型。

最高溫度℃密度(kg／m3)吸水率％耐磨棉尼綸滌綸92105—12014515511413816-226.5-8.30.04-0.08良優(yōu)優(yōu)

濾

液澄清度阻力濾餅中含

水濾餅脫落壽命堵孔傾向平紋斜紋緞紋依次降依次降依次減依次易中長(zhǎng)短依次易52過(guò)濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是優(yōu)良的過(guò)濾介質(zhì)：①一般不與酸堿反應(yīng)，化學(xué)性能穩(wěn)定；②形狀不規(guī)則，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；③無(wú)毒且不可壓縮，形成的過(guò)濾層阻力不隨操作壓力變化。硅藻土過(guò)濾介質(zhì)通常有三種用法：（1）作為深層過(guò)濾介質(zhì)。硅藻土過(guò)濾層具有曲折的毛細(xì)孔道，借篩分、吸附和深層效應(yīng)作用除去懸浮液中的固體粒子，截留效果可達(dá)到1μm。（2）作為預(yù)涂層。在支持介質(zhì)的表面上預(yù)先形成一層較薄的硅藻土預(yù)涂層，用以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道不被濾餅層中的固體粒子堵塞。（3）用作助濾劑。53過(guò)濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)

如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，可加工成板狀或管狀，孔隙很小且耐腐蝕，常用于過(guò)濾含有少量微粒的懸浮液。54典型過(guò)濾設(shè)備：按操作方式分類：間歇過(guò)濾機(jī)、連續(xù)過(guò)濾機(jī)按操作壓強(qiáng)差分類：壓濾、吸濾和離心過(guò)濾實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置板框壓濾機(jī)（間歇操作）轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)（連續(xù)操作）過(guò)濾式離心機(jī)固液分離過(guò)濾設(shè)備551）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置562）板框壓濾機(jī)

plateandframefilter

板框壓濾機(jī)的過(guò)濾推動(dòng)力來(lái)自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過(guò)濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。

57板框壓濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開(kāi)有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。58板框式壓濾機(jī)在過(guò)濾時(shí)，懸浮液由離心泵或齒輪泵經(jīng)濾漿通道打入框內(nèi)，濾液穿過(guò)濾框兩側(cè)濾布，沿相鄰濾板溝槽流至濾液出口，固體則被截留于框內(nèi)形成濾餅。濾餅充滿濾框后停止過(guò)濾。59板框壓濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)過(guò)濾面積大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，動(dòng)力消耗少，對(duì)不同過(guò)濾特性的發(fā)酵液適應(yīng)性強(qiáng)。它最重要的特征是通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的壓力降可以超過(guò)0.1MPa,這是真空過(guò)濾器無(wú)法達(dá)到的。缺點(diǎn)不能連續(xù)操作，設(shè)備笨重，勞動(dòng)強(qiáng)度大，衛(wèi)生條件差，非過(guò)濾的輔助時(shí)間較長(zhǎng)。60自動(dòng)板框式壓濾機(jī)自動(dòng)板框壓濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中可自動(dòng)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度小，輔助操作時(shí)間短。

自動(dòng)壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。613）真空轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）真空過(guò)濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過(guò)濾操作的推動(dòng)力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過(guò)濾機(jī)和帶式真空過(guò)濾機(jī)。轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)是一種連續(xù)操作的過(guò)濾設(shè)備，設(shè)備的主體是一個(gè)由篩板組成能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，表面有一層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布,圓筒內(nèi)沿徑向被筋板分隔成若干個(gè)空間。62轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)筒，扇形格(18格)；

濾室；分配頭；動(dòng)盤(18個(gè)孔，分別與扇形格的18個(gè)通道相連)；定盤(三個(gè)凹槽：濾液真空凹槽、洗水真空凹槽、壓縮空氣凹槽，分別將動(dòng)盤的18個(gè)孔道分成三個(gè)通道)；

濾漿槽。工作過(guò)程63轉(zhuǎn)鼓式真空過(guò)濾機(jī)64轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒(méi)角約900-1300，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)(轉(zhuǎn)速約0.5-2r／min)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的3個(gè)室相通，可順序進(jìn)行過(guò)濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。即整個(gè)圓筒分為過(guò)濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)，卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域。65轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)筒真空過(guò)濾機(jī)可吸濾、洗滌、卸餅、再生連續(xù)化操作，生產(chǎn)能力大，勞動(dòng)強(qiáng)度小，缺點(diǎn)：輔助設(shè)備多，投資大，且由于真空過(guò)濾，推動(dòng)力?。ú怀^(guò)8×104Pa），濾餅濕度大（20％～30％）。主要適用霉菌發(fā)酵液，對(duì)菌體細(xì)小、黏度大鋪助濾劑。對(duì)于濾餅阻力較大的物料適應(yīng)能力較差。66帶式真空過(guò)濾機(jī)帶式真空過(guò)濾機(jī)（是自動(dòng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、并能按工藝要求進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速以及操作方便和動(dòng)力消耗低的一種新型高效的脫水設(shè)備。67帶式真空過(guò)濾機(jī)流程1、進(jìn)料→過(guò)濾→濾餅洗滌→吸干→卸料→濾布清洗連續(xù)進(jìn)行，配有PLC控制，自動(dòng)化程度高。

2、真空過(guò)濾盤分段設(shè)計(jì)，可滿足不同物料過(guò)濾、洗滌、吸干的工藝要求，濾帶運(yùn)行速度采用變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)不同物料有廣泛的適應(yīng)性。

3、在同一設(shè)備上可采用多次逆流洗滌得到高濃度的濾液，也可采用并流洗滌或順流洗滌獲得高純度的濾餅。68結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過(guò)濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。

原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過(guò)濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。4）離心過(guò)濾機(jī)（centrifugalfilter）69設(shè)備主要結(jié)構(gòu)過(guò)程特點(diǎn)適用性板框壓濾機(jī)濾板/濾框/夾緊機(jī)構(gòu)/機(jī)架裝合過(guò)濾洗滌卸渣整理加壓過(guò)濾，推動(dòng)力較大結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低；過(guò)濾面積大，能耗少；間歇操作；洗滌時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低。應(yīng)用廣泛。對(duì)原料的適應(yīng)性強(qiáng)轉(zhuǎn)鼓真空過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)筒(濾網(wǎng)、濾布)/分配頭、濾漿槽過(guò)濾洗滌吹干卸渣連續(xù)化生產(chǎn)，自動(dòng)化程度高真空過(guò)濾，推動(dòng)力較小；，濾餅濕度大，設(shè)備投資高適于粒度中等，粘度不太大的物料離心過(guò)濾機(jī)轉(zhuǎn)鼓(濾網(wǎng)、濾布)/機(jī)架過(guò)濾洗滌卸渣離心過(guò)濾，推動(dòng)力最大；濾液濕度小，設(shè)備成本高，應(yīng)用廣泛，過(guò)濾面積小。幾種過(guò)濾設(shè)備的比較705）硅藻土過(guò)濾機(jī)diatomitefilter硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，由于硅藻土具有細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強(qiáng)的特性，所以它是一種性能優(yōu)良的工業(yè)濾劑。硅藻土過(guò)濾是以硅藻土作為過(guò)濾介質(zhì)，它是一種預(yù)涂型過(guò)濾器，預(yù)涂、過(guò)濾、反沖洗是硅藻土過(guò)濾的一般工藝過(guò)程。在釀造、飲料、酒類和水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)主要用于酒類和飲料過(guò)濾

71硅藻72硅藻土過(guò)濾機(jī)73又稱切向流過(guò)濾（Cross-FlowFiltration）傳統(tǒng)過(guò)濾時(shí)過(guò)濾液體垂直于過(guò)濾介質(zhì)，過(guò)濾阻力主要來(lái)之濾餅。錯(cuò)流過(guò)濾打破了傳統(tǒng)過(guò)濾的機(jī)制，即液體的流向和濾膜相切。在壓力推動(dòng)下，懸浮液以高速在管狀濾膜的內(nèi)壁作切向流動(dòng)，利用流動(dòng)的剪切作用將過(guò)濾介質(zhì)表面的固體（濾餅）移走，而附著在濾膜上的濾餅很薄，因而能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定不變的過(guò)濾速度６）錯(cuò)流過(guò)濾74微濾過(guò)程示意圖,料液快速經(jīng)過(guò)薄膜,以減少形成濾餅錯(cuò)流過(guò)濾75朗極化工公司膜澄清過(guò)濾和膜濃縮的“錯(cuò)流過(guò)濾系統(tǒng)”

陶瓷膜錯(cuò)流過(guò)濾76錯(cuò)流過(guò)濾特點(diǎn)收率高（97-98%）質(zhì)量好減少處理步聚染菌罐也能進(jìn)行處理介質(zhì)阻力大不能得到干濾餅需要大的膜面積目前適用于小分子的分離77（二）離心分離對(duì)于濃度較小，粒徑較大，硬度較強(qiáng)的不溶物，可以采用過(guò)濾分離。但當(dāng)固體顆粒細(xì)小而難以過(guò)濾時(shí)，發(fā)酵液不易被過(guò)濾純化，離心操作往顯得十分有效。離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異，在離心場(chǎng)中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過(guò)程。動(dòng)植物細(xì)胞的收集、細(xì)胞碎片和沉淀的分離等常用離心分離。78優(yōu)點(diǎn)：分離速度快，分離效率高、液相澄清度好；缺點(diǎn)：與過(guò)濾設(shè)備相比，設(shè)備投資高、能耗大、離心產(chǎn)生的固體濃縮物和過(guò)濾產(chǎn)生的濃縮不同。通常情況下離心只能得到一種較為濃縮的懸浮液或漿體。而過(guò)濾可獲得的水分含量較低的濾餅。離心分離79離心力與轉(zhuǎn)速80離心分離顆粒沉降速度d－顆粒直徑；ρp－顆粒密度；ρm－液體介質(zhì)密度；η－液體介質(zhì)粘度；ω－旋轉(zhuǎn)角速度；r－轉(zhuǎn)軸中心到顆粒中心距離。增大離心力（ω2r）可提高沉降速度，對(duì)沉降速度小的顆粒，提高轉(zhuǎn)速是有效的方法。與顆粒直徑有關(guān)，大顆粒容易沉降。與顆粒密度和介質(zhì)密度之差(ρp-ρm)成正比，隨介質(zhì)粘度增大而減小。81按速度和離心力：1、常速離心機(jī)最大轉(zhuǎn)速8000rpm(r/min),相對(duì)離心力(RCF)104g以下,用于細(xì)胞、菌體和培養(yǎng)基殘?jiān)确蛛x；2、高速（冷凍）離心機(jī)1×104-2.5×104rpm，相對(duì)離心力104~105g,用于細(xì)胞碎片、較大細(xì)胞器、大分子沉淀物等分離；3、超速離心機(jī)轉(zhuǎn)速2.5-8×104rpm，相對(duì)離心力5*105g；用于DNA、RNA蛋白質(zhì)、細(xì)胞器、病毒分離純化；檢測(cè)純度；沉降系數(shù)和相對(duì)分子量測(cè)定等。離心機(jī)的種類與用途對(duì)于常速和高速離心機(jī)，由于所分離的顆粒大小和密度相差較大，只要選擇好離心速度和時(shí)間，就能達(dá)到分離效果。超速離心的離心方法：差速離心、密度梯度離心和等密度梯度離心。82按離心機(jī)的作用方式：斜角式平拋式管式蝶式螺旋式多室離心機(jī)的種類與用途831）斜角式離心機(jī)是一類結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室常用離心機(jī)，指離心管腔與轉(zhuǎn)軸成一定傾角的轉(zhuǎn)子；角度越大，沉降越結(jié)實(shí)，分離效果越好，角度越小，顆粒沉降距離短，沉降速度快，但分離效果差。顆粒在角轉(zhuǎn)子中沉降時(shí)，先沿離心力方向撞向離心管，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一側(cè)會(huì)出現(xiàn)顆粒沉積。841）斜角式離心機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可裝載較多的樣品使用較高的轉(zhuǎn)速。加速或減速時(shí)，對(duì)樣品有攪動(dòng)。有些梯度離心要求用角轉(zhuǎn)頭，否則形成的梯度不均一，線性很差．852）平拋式離心機(jī)平拋式離心機(jī)一類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室常用的低中速離心機(jī)，轉(zhuǎn)速一般在3000-6000rpm。轉(zhuǎn)子活動(dòng)管套內(nèi)的離心管，靜止時(shí)垂直掛在轉(zhuǎn)頭上，旋轉(zhuǎn)時(shí)隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從垂直懸吊上升到水平位置（約200—800rpm）。顆粒在水平轉(zhuǎn)子中的沉降是沿管子軸向移動(dòng)。樣品便于收集受振動(dòng)和變速攪亂后對(duì)流現(xiàn)象小，但轉(zhuǎn)頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，最高轉(zhuǎn)速相對(duì)要低容量也小一些。

86平拋式離心機(jī)轉(zhuǎn)子87３）管式離心機(jī)

（tubular-bowlcentrifuge）管式離心機(jī)具有一個(gè)細(xì)長(zhǎng)而高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有縱向平板，其下部有進(jìn)料口。上部?jī)蓚?cè)有重液相和輕液相出口。88管式離心機(jī)待處理的物料在一定壓力（3×104Pa左右）下由進(jìn)料管經(jīng)底部空心軸進(jìn)入鼓內(nèi)，靠擋板分布于鼓的四周，并使料液迅速達(dá)到與轉(zhuǎn)鼓相同的角速度。轉(zhuǎn)鼓帶動(dòng)物料高速旋轉(zhuǎn)，在離心力下，懸浮液沿轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁向上流動(dòng)的，料液在離心力場(chǎng)的作用下因其密度差的存在而分離。澄清后的液相流動(dòng)到轉(zhuǎn)鼓上部的排液口排出。比重大的固體微粒逐漸沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁形成沉渣層，達(dá)到一定數(shù)量后，停機(jī)人工清除。89管式離心機(jī)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可提供較大離心力，轉(zhuǎn)速高，分離因數(shù)高達(dá)15000-65000。管狀離心機(jī)可以冷卻，有利蛋白質(zhì)分離間歇操作，須定時(shí)拆卸、清洗適用于于分離乳濁液及含細(xì)顆粒的稀懸浮液，適用于固含量低于1%，顆粒度小于5微米，黏度大的懸浮液澄清或固液兩相密度差較小的分離。904）碟片式離心機(jī)disk-bowlcentrifuge是在管式離心機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在轉(zhuǎn)鼓中加入了許多重迭的碟片，縮短了顆粒的沉降距離，提高了分離效率。

是生物工業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種離心機(jī)

有一個(gè)密封的轉(zhuǎn)鼓，內(nèi)裝十至上百個(gè)錐頂角為60~100゜錐形碟片。碟片間的距離一般為0.5-2.5mm,91碟片式離心機(jī)工作原理當(dāng)懸浮液在動(dòng)壓頭的作用下，經(jīng)中心管流入高速旋轉(zhuǎn)的碟片之間的間隙時(shí)，便產(chǎn)生了慣性離心力，其中密度較大的固體顆粒在離心力作用下向上層碟片的下表面運(yùn)動(dòng)，而后在離心力作用下被向外甩出，沿碟片下表面向轉(zhuǎn)子外圍下滑，而液體則由于密度小，在后續(xù)液體的推動(dòng)下沿著碟片的隙道向轉(zhuǎn)子中心流動(dòng)，然后沿中心軸上升，從套管中排出，達(dá)到分離的目的

92碟片式離心機(jī)類型人工排渣的碟片離心機(jī)碟片上不開(kāi)孔，只有一個(gè)清液排出口。沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上的沉渣，間歇排出。只適用于固體顆粒含量很少的懸浮液。噴嘴排渣的碟片離心機(jī)：當(dāng)固體顆粒含量較多時(shí)，可采用具有噴嘴排渣的碟式離心沉降機(jī)。在有特殊形狀內(nèi)壁的轉(zhuǎn)鼓壁上開(kāi)設(shè)若干噴嘴

活門（活塞）排渣的碟片離心機(jī)這是近年來(lái)開(kāi)發(fā)的機(jī)型，它和相同直徑的活塞機(jī)相似，其速度可增加23%~30%,故可使分離因