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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。第六章生物工程中的下游加工(技术)6.1前言”下游加工(技术)”对于从任何工业化生产中回收有用产品所需要的所有步骤来说是一个有用的词语。对于生物工程特别重要,我们想要的最终形式的产物常常非常远的从最先在生物反应器中获得的状态除去。例如,一个典型的发酵过程是一个分散的固体(细胞、可能有营养培养基的某些组分等)与稀释水溶液的混合物;所想要的产物可能作为一种非常复杂的混合物的组分存在于细胞中,或者存在于稀释的培养基溶液中,或甚至两者中都有。任何情况下,这个产品的回收、浓缩和纯化都需要有用并
2、有效的操作,这也受生产经济性的限制。任何特殊的要求,如需要除去污染物或限制生产微生物都只会增加困难。许多实验室中的标准操作在生产中都是不实用或者不经济的。而且,生物产品常常是非常脆弱(labile)敏感的化合物,其活性结构只能在限定并有限的pH、温度、离子强度等条件下才能保持。考虑到这些限制,如果要用到所有可用的科学方法以发挥最佳的效果就需要更多的创造性。也明显的是,没有一种独特的、理想的、普遍适用的操作或者仅是操作顺序能够推荐;对一个特定的问题应当以最适宜的方式把单个单元操作结合起来。6.2粒子的分离在发酵终点,多数情况下第一步是将固体(一般
3、是细胞,但也能够是在一个特定支持物上的细胞或者酶,不包括反应培养基固体组分)从几乎一直是水溶液的连续均匀的液体系统中分离出来。与这个分离相关的一些细胞特性列于表6.1;注意,细胞的比重不比发酵液大很多。细胞的大小也给细菌带来了困难,可是比较大的细胞更容易分离,有时候甚至只需要简单的定位于倾析器。分离的容易性取决于发酵液的性质,它的pH、温度等等,在许多情况下,经过添加助滤剂、絮凝剂的等等进行改进(见后面)。表6.2给出了分离方法的大致分类。6.2.1过滤这个是从发酵液中分离丝状真菌和丝状细菌(例如,链霉菌)所使用的最广泛和最典型的方法。它也能够
4、用于酵母絮凝物的分离。根据机理,过滤能够采用表面过滤或者深层过滤;或者离心过滤;所有情况下的驱动力都是压力,由超压产生或者资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。由真空产生。过滤的速率,在一定时间内收集的滤液的体积,是过滤面积、液体的黏度和经过过滤基质的压力降以及沉积的滤饼的函数。过滤基质与滤饼的抗性是关键的,决定了它的可压性。对于不可压的滤饼,过滤速率与压力无关,可是多数生物材料是可压的,因此滤饼的抗性随着时间而增大而与过滤和滤饼形成过程中增大的总体抗性无关。错流过滤实现了过滤流的巨大的改进,在错流过滤中,固体不经过过滤
5、器而经过跨膜的湍流保持悬浮状态。这能够经过安排悬浮物流经膜来实现或者经过在过滤器中固定移动的叶片或叶轮来实现。简单的平板过滤广泛用于液体的澄清,也能够用于过滤少量的悬浮物,可是它们的载量是有限的;有时使用压力过滤器,特别对于分批操作。转鼓式真空过滤器大概是从发酵液中分离微生物最为广泛使用的装置;在这些过滤器中,过滤部分是一个旋转的鼓维持在减少的内压下。这个鼓转到液体中进行过滤,它的连续转动使滤饼层进行重要的后续操作,如图6.1所示。为了避免在过滤器表面形成生物体增加过滤的抗性,这种过滤器常常装有卸刀,像图中所描绘的;如果一个形成了粘性”菌丝毡”
6、的菌丝体被破坏,它能够经过过滤器被分离出。常预先用助滤剂覆盖转鼓,有助于防止阻塞而且保持一个恒定的压力降。最主要的优点是以最小的升温、低的动力消耗及将过滤与洗涤和部分去水相结合而有效过滤;可是助滤剂被过滤掉的物质所污染是一个严重的缺点。也能够使用在正压下操作的旋转过滤器。而带式过滤器是对原理明显的改进,非常适于需要大量洗涤的易过滤的沉淀物。带式过滤器能够与压缩机结合以促进脱水。6.2.2离心细菌往往由于太小而不能由简单的过滤基质进行分离,但经过离心进行分离也是困难的因为粒子与悬浮液之间密度的微小差异。经常采用离心分离蛋白质沉淀也有类似的困难。离
7、心机的效果能够特征表示为:(方程式)在表示式中,Q=体积进料速率、d=粒子直径、Δρ=密度差、g=重力加速度、F=沉淀面积、η=黏度、R=radius、ω=角速度及n=每分钟的转速。公式∑=FZ在比较不同的离心机的时候是有用的。因为F随着转子旋转长度的增资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。加而增加,而Z随着转子的直径和速度增加而增加,经过采用长转子(F)或者快的、宽转子(Z)能够改进分离效果;可获得的Z值受到结构材料的限制。图6.2列出了一些转子的安排方式,不同安排方式的关键特点总结在表6.3中。所有的设计都有单独的缺
8、点,添加上成本(包括维护)、动力消耗及温度升高(除过结合冷冻)这些总体缺点。6.2.3絮凝和浮选既然细菌的微小细胞大小使从发酵液中对它们进行回收变得非
