《细胞分离与破碎》PPT课件

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1、第二章细胞分离与破碎本章节重点：离心沉降公式的推导及应用；离心设备的分类及工作原理；细胞破碎一般方法及原理。通过微生物发酵或动植物细胞培养得到的原料液，应首先将其中的菌体或细胞与培养液分离。如果目标产物为胞外物，可直接利用培养液进行以后的分离纯化操作；如果目标产物为胞内物，则要对菌体或细胞进行适当的处理，释放目标产物，然后除去细胞或其碎片，再进行目标产物的分离纯化。本章介绍细胞分离、目标产物释放以及蛋白质复性的主要方法和原理。概述1.1重力沉降重力沉降在化工操作过程中常用的气-固、液-固和液-液分离手段，在生物分离过程中亦有较多的应用1细胞分离以

2、液固沉降为例，重力沉降过程中固体颗粒受到重力、浮力和阻力的作用。阻力浮力重力1.滞留区：stokes方程10-4

3、较大颗粒后进行沉降操作，提高沉降速度。在中性盐的作用下，可使菌体表面双电层排斥电位降低，有利于菌体之间产生凝聚。另外，向含菌体的料液中加入聚丙烯酰胺或聚乙烯亚胺等高分子絮凝剂，可使菌体之间产生架桥作用而形成较大的凝聚颗粒。凝聚或絮凝不仅有利于重力沉降，而且还可以在过滤分离中大大提高过滤速度和质量。当培养液中含有蛋白质时．可使部分蛋白质凝聚而同时过滤除去。1.2离心沉降离心沉降是科学研究与生产实践中最广泛使用的非均相分离手段，不仅适用于菌体和细胞的回收或除去，而且可用于血球、胞内细胞器、病毒以及蛋白质的分离．也广泛应用于液---液相分离。1.2.1

4、离心沉降速度单位质量的物质所受到的离心力为：其中N为转速，r为离心机半径离心设备的一个重要技术指标是：所能达到的离心力与重力的比值，称为分离因数。分离因数是衡量离心程度的参数r用z表示：注意：科技文献中常将离心操作的条件用多少g(如5000g、8000g等)表示．就是将离心力用Zg形式表达的。将stokes公式中的g用Zg代替，得到离心沉降速度vs公式：或者：需要注意的一个公式：室温下（20℃）某物质在水中的沉降系数：一些蛋白质的沉降系数表1.2.2离心分离法（1）差速离心分级差速离心(Differentialcentrifugation)是生物

5、化工最常用的离心分离方法。以菌体细胞的收集或除去为目的的固液离心分离是分级离心操作的一种特殊情况，即为一级分组分离。一些菌体细胞的大小和离心操作条件(2)区带离心区带离心是生化工程中的重要分离手段，根据离心操作条件不同，又分差速区带离心和平衡区带离心。两种区带离心法均事先在离心管中用某种低分子溶质(如蔗糖溶液）调配好密度梯废，在密度梯度之上加待处理的料液进行离心操作。两者的区别在于溶质的密度梯度中的与待分离物质的密度梯度不一样。区带离心法可用于蛋白质、核酸等生物大分子的分离纯化，但处理量小，一般仅限于实验室水平。20世纪60年代人们开发了区带转子

6、，利用其代替离心管，可增加处理能力。1.2.3.离心分离设备实验室一般用转子离心机。按速度分为低速离心机、高速离心机、超离心机。工业离心分离设备中，较为常用的有管式和碟片式两大类.管式离心机工作原理：在离心力作用下．管内液面旋转轴为中心圆筒，将轻相（清液）和重相分离开来。缺点是沉降面积小．处理能力较低。一般管式离心机的工作参数：碟片式离心机又称板式离心机，离心转子中有许多等间隔的碟型分离板，以增大沉降面积和提高处理能力。操作过程，料液从中心进料口输入，通过转子底部的液孔进入分离板外径处，进入分离板的间隙。通过分离板的间隙向转子中心移动过程中，重相

7、受离心力作用而沉降，轻相从转子上部出口排出。连续操作时，重相从喷嘴连续喷出。碟片式离心机结构复杂，离心转数一般较管式离心机低。碟片式离心机工作示意图碟式离心机是立式离心机的一种，转鼓装在立轴上端，通过传动装置由电动机驱动而高速旋转。转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件--碟片。碟片与碟片之间留有很小的间隙。悬浮液（或乳浊液）由位于转鼓中心的进料管加入转鼓。当悬浮液（或乳浊液）流过碟片之间的间隙时，固体颗粒（或液滴）在离心机作用下沉降到碟片上形成沉渣（或液层）。沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位，分离后的液体从出液口排出转鼓。

8、碟片的作用是缩短固体颗粒（或液滴）的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，转鼓中由于安装了碟片而大大提高了分离机的生产能力。积聚在转鼓内的固体在