差速离心——工业上最常用的离心分离方法
菌体、 大小 细胞 /μm
大肠 杆菌
2-4
酵母 2-7
血小 板
2-4
红细 胞
6-9
淋巴 球
7-12
离心力/g 实验 工业
室 规模 1500 13000 1500 8000 5000 －
1200 －
500 －
区带离心——多用于生化研究 事先在离心管中用某种低分子溶质调配好密
过滤设备选择的依据
被过滤液体的特性 固形物含量1-10％是采用连续式过滤机的极限。
生产规模：大规模——连续式 小规模——间歇式
操作条件 操作要求 过滤机的材料：食品和药品工业—聚丙烯或聚酯
过滤设备
板框过滤机
优点： 结构简单、装配紧凑、过滤面积大、允许采
用较大的操作压力，辅助设备少，动力消耗小， 过滤和洗涤质量好，对固形物含量要求低，材料 选择范围广。
管式离心机
管式离心机是一种分离效率很高的离心分离设备， 其转鼓细长，可在15000-50000的高转速下工作， 分离因数可达104-6×105。它设备简单、操作稳定。 适用范围
细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸 等。特别适合一般分离机难以分离的固形物含量 <1% 发酵液的分离。
倾析式分离机
这两项技术能有效地改变细胞、菌体和蛋 白质等胶体粒子的分散状态、使之聚集，增 大体积，利于过滤，常用于菌体细小且粘度 大的发酵液预处理中。
凝聚
定义：
在中性盐作用下， 由于双电层排斥电位 的降低，而使胶体体 系不稳定的现象，称
凝聚。
φs φd ζ电位：可测
ζ电位：
ζ 4πqδ D
δ
100D0 kT 4πNe2 .
14.2 发酵液的固液分离
14.2.1 影响固液分离的因素 14.2.2 过滤 定义：
在一定的压力差下，利用 多孔性介质截留固液悬浮液 中的固体粒子，进行固液分 离的方法称为过滤。
dQ AΔp dt μL(RmRc)
Rc αW A
过滤介质
无定形颗粒：无烟煤、砂、颗粒活性炭、铁矿砂等 成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂粘 结的硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。 非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织品、长纤维 滤布、短纤维滤布。 金属织布：不锈钢丝或铁丝等的织布。 无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺1发酵液的预处理
影响发酵液后处理的主要因素
粘度,杂蛋白 影响树脂对产物的吸附能力； 在萃取操作中，易产生乳化，不利 于两相的分离； 污染滤膜，降低滤速
高价无机离子 当采用离子交换法提取产物时，影响树
脂对生化物质的交换容量
去降 除低 杂发 蛋酵 白液
粘 度
14.1.1 凝聚和絮凝技术
聚丙烯酰胺絮凝剂
影响絮凝的因素
➢ 絮凝剂的加量 ➢ 絮凝剂的分子量 ➢ 溶液的pH ➢ 搅拌速度 ➢ 搅拌时间
14.1.2 杂蛋白的其他去除方法
变性沉淀 热变性：适于热稳定物质 大幅度调整pH：根据产物特性反向调节， 加有机溶剂
等电点沉淀
化合法沉淀
在酸性溶液中，蛋白质与阴离子形成沉 淀，如：三氯乙酸，水杨酸盐，钨酸盐， 苦味酸盐，鞣酸盐，过氯酸盐等
ZnSO4、MgSO4
絮凝
定义：
是指在某些高 分子絮凝剂存在下， 基于架桥作用，使 细胞聚集形成粗大 的絮凝团的过程。
常用絮凝剂：
人工高分子聚合物：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯，聚乙稀 亚胺的衍生物
无机高分子聚合物：聚合铝盐、聚合铁盐
天然有机高分子絮凝剂：壳聚糖、葡聚糖、明胶、骨 胶
微生物絮凝剂：糖蛋白，粘多糖，纤维素，核酸
度梯度，在密度梯度之上加待处理的料液后进行 离心。
常用密度梯度物质： 蔗糖、CsCl、NaBr
实验室常用的转子
离心分离设备
碟片式离心机
是传统离心机，为目前工业上应用最广泛的 离心机。分离因数可达1000-20000，最大处理 量达到300m3/h，常用于大规模的分离过程。
适用范围 细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片
膨胀床操作过程
全发酵液萃取装置
思考题:
1.为什么要进行发酵液预处理？ 2.絮凝和凝聚的定义和区别。常用的絮凝剂 3.发酵液分离的主要方法. 4.分离和过滤的主要设备有哪些?
真空转鼓过滤机
14.2.3 离 心
定义： 借助离心机旋转所产生的离心力的作
用，促使不同大小，不同密度的粒子分离 的技术。
离心力（单位质量）
F C r2 r (2N )2 42 N 2 r
分离因数
Z FC g
粒子的重力沉降速度 Stokes 定律：
粒子的离心沉降速度
离心分离方法
1 CiZ2i
ζ电位与扩散层厚度δ和电动电荷密度q成正 比。扩散成厚度δ又与溶液的离子强度I有
关。高价阳离子的存在，可压缩扩散层厚 度，使电位迅速降低。
常用凝聚剂——高价阳离子
凝聚能力的次序为： Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li
+
常用电解质： Al2(SO4)3·18H2O、AlCl3·6H2O、FeCl3、
是一种靠离心力和螺旋的推动力作用自 动连续排渣的离心机。具操作连续、适应 性强、结构紧凑和维修方便的优点。分离 因数为1500-3000。
适用范围 特别适合固形物含量较多的悬浮液的
分离。
14.3 全发酵液提取
全发酵液的提取:从悬浮液中直接提取生化物 质
膜技术 双水相萃取 扩张床(膨胀床):expended bed adsorption
在碱性溶液中，与阳离子形成沉淀，如： Ag+，Cu2+，Zn2+，Fe3+，Pb2+等
14.1.3 高价无机离子的去除
➢ Ga2+：加入草酸和草酸盐，生成草酸钙；加入 磷酸盐，生成磷酸钙
➢ Mg2+：加入草酸；加入磷酸盐，生成磷酸镁； 三聚磷酸钠（Na5P3O10），生成可溶性络合物
➢ Fe3+：加入黄血盐，生成普鲁士兰沉淀
缺点： 设备笨重、占地面积多、辅助时间长生产效
率低。
板框过滤机
真空转鼓过滤机
优点：
真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、处理 量大。特别适合固体含量大（>10％）的悬浮液的分离， 在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞 悬浮液的过滤分离。
缺点：
由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的 细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。