酶工程设备第七章细胞破碎与固液分离设备
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酶工程课后题答案.doc
第一章1.简述酶与一般催化剂的共性以及作为生物催化剂的特点共同点：只能催化热力学所允许的的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点：反应前后酶本身没有质和量的改变：很少量就能发挥较大的催化作用：其作用机理都在于降低了反应的活化能。
酶作为生物催化剂的特点：1.极高的催化率；2.高度专一性；3.酶活的可调节性；酶的不稳定性。
5.酶失活的因素和机理。
酶失活的因素主要包括物理因素，化学因素和生物因素物理因素1热失活：热失活是由于热伸展作用使酶的反应基团和疏水区域暴露，促使蛋白质聚合。
2冷冻和脱水：很多变构酶在温度降低是会产生构象变化。
在冷冻过程中，溶质（酶和盐）随着水分子的结晶而被浓缩，引起酶微环境中的pH和离子强度的剧烈改变，很容易引起蛋白质的酸变性。
3.辐射作用：电离辐射和非电离辐射都会导致多肽链的断裂和酶活性丧失。
4.机械力作用：化学因素1.极端pH：极端pH远离蛋白质的等电点，酶蛋白相同电荷间的静电斥力会导致蛋白肽链伸展，埋藏在酶蛋白内部非电离残基发生电离，启动改变。
交联或破坏氨基酸的化学反应，结果引起不可逆失活。
极端pH也容易导致蛋白质水解。
2.氧化作用：酶分子中所含的带芳香族侧链的氨基酸以及Met, Cys等，与活性氧有极高的反应性，极易受到氧化攻击。
3.聚合作用：加热或高浓度电介质课破坏蛋白质胶体溶液的稳定性，促使蛋白质结构发生改变，分子间聚合并沉淀。
4.表面活性剂和变性剂：表面活性剂主要改变酶分子正常的折叠，暴露酶分子疏水内核的疏水基团，使之变性；变性剂与酶分子结合，改变其稳定性，使之发生变性。
生物因素微生物或蛋白水解酶的作用使酶分子被水解。
6.简述酶活力测定方法的原理直接测定法：有些酶促反应进行一段时间后，酶底物或产物的变量可直接检测。
间接测定法：有些酶促反应的底物或产物不易直接检测，一次必须与特定的化学试剂反应，形成稳定的可检测物。
酶偶联测定法：与间接测定法相类似，只是使用一指示酶，使第一酶的产物在指示酶的作用下转变成可测定的新产物。
生物材料的预处理、细胞破碎和液固分离幻灯片
甲苯破碎酵母 细胞
碱处理法 碱的皂化作用使细胞壁融解 制丙酮粉 丙酮脱水破坏结合键
剧烈 温和
便宜 高
影响因素：
分子量：大，效果好；过大， 溶解度↓
用量：低浓度增加用量有助架 桥，浓度过高吸附饱和失去架 桥作用，降低了效果。
pH：影响功能团电离度，电离 度↑，链伸展， 效果↑
操作条件：
搅拌：初期，快好；后期， 会破坏絮凝团
〔3〕变性作用
天然蛋白质分子受到某些物理因素〔如热、紫外线照射、 高压和外表张力等〕、化学因素〔如有机溶剂、脲、 胍、酸、碱等〕影响时，生物活性丧失，溶解度降低， 不对称性增高以及其他的物理化学常数发生改变。
2.过滤设备 板框过滤机
真空鼓式过滤机
3.过滤介质和助滤剂
〔1〕过滤介质
滤布或膜 耐酸碱、高温、化学试剂、抗拉性能好、有一
定的机械强度和孔隙度等
〔2〕助滤剂 要求为惰性物质、无毒、有一定细度及硬度，
本钱低廉。 参加方法： —预铺法：预铺在过滤机上 — 混合法：与发酵液一起参加 — 生成法：反响中生成沉淀 新生霉素发酵液： 常用有：硅藻土、纸浆、石棉、纤维素等
枯草杆菌的碱性蛋白酶发酵液： 氯化钙+磷酸盐 磷酸钙盐沉淀〔吸附、助滤〕
〔5〕等电沉淀 — 常与其他方法合用
〔6〕加各种沉淀剂沉淀 — 沉淀剂与蛋白质形成复合物沉淀
2.多糖的去除
酶：转化为单糖 如发酵液中残留的淀粉：淀粉酶
粘多糖与一些阳离子外表活性剂如十六烷基溴化 铵〔CTAB〕形成沉淀
3.高价金属离子的去除
〔2〕生物分子对环境反响十分敏感，构造与功能关系 比较复杂，生物活性物质离开生物体后，易变性，破 坏，必须十分小心的保护这些化合物的生理活性。
碱处理法 碱的皂化作用使细胞壁融解 制丙酮粉 丙酮脱水破坏结合键
剧烈 温和
便宜 高
影响因素：
分子量：大，效果好；过大， 溶解度↓
用量：低浓度增加用量有助架 桥，浓度过高吸附饱和失去架 桥作用，降低了效果。
pH：影响功能团电离度，电离 度↑，链伸展， 效果↑
操作条件：
搅拌：初期，快好；后期， 会破坏絮凝团
〔3〕变性作用
天然蛋白质分子受到某些物理因素〔如热、紫外线照射、 高压和外表张力等〕、化学因素〔如有机溶剂、脲、 胍、酸、碱等〕影响时，生物活性丧失，溶解度降低， 不对称性增高以及其他的物理化学常数发生改变。
2.过滤设备 板框过滤机
真空鼓式过滤机
3.过滤介质和助滤剂
〔1〕过滤介质
滤布或膜 耐酸碱、高温、化学试剂、抗拉性能好、有一
定的机械强度和孔隙度等
〔2〕助滤剂 要求为惰性物质、无毒、有一定细度及硬度，
本钱低廉。 参加方法： —预铺法：预铺在过滤机上 — 混合法：与发酵液一起参加 — 生成法：反响中生成沉淀 新生霉素发酵液： 常用有：硅藻土、纸浆、石棉、纤维素等
枯草杆菌的碱性蛋白酶发酵液： 氯化钙+磷酸盐 磷酸钙盐沉淀〔吸附、助滤〕
〔5〕等电沉淀 — 常与其他方法合用
〔6〕加各种沉淀剂沉淀 — 沉淀剂与蛋白质形成复合物沉淀
2.多糖的去除
酶：转化为单糖 如发酵液中残留的淀粉：淀粉酶
粘多糖与一些阳离子外表活性剂如十六烷基溴化 铵〔CTAB〕形成沉淀
3.高价金属离子的去除
〔2〕生物分子对环境反响十分敏感，构造与功能关系 比较复杂，生物活性物质离开生物体后，易变性，破 坏，必须十分小心的保护这些化合物的生理活性。
名词解释
点。
（1）差速离心特点：用于分离大小和密度差异较大的颗粒。
（2）密度梯度离心特点：：
区带内的液相介质密度小于样品物质颗粒的密度。
适宜分离密度相近而大小不同的固相物质。
（3）等密度梯度离心特点：
介质的密度梯度范围包括所有待分离物质的密度。
适于分离沉降系数相近，但密度不同的物质。
5、酶的分离纯化过程中常用沉淀法的种类及原理。
第一章 绪论
1、 何谓酶工程，试述其主要内容和任务。 答：酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。 酶的生产：微生物发酵产酶、动植物培养产酶、酶的提取和分离纯化 酶的改性：酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶的定向进化 酶的应用：通过酶的催化作用获得人们所需的酶，并通过各种方法使 酶的催化特性得以改进，充分发挥其催化功能。 酶工程的内容：微生物细胞发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提 取与分离纯化，酶分子的修饰，酶、细胞、原生质体固定化，酶非水 相催化，酶定向进化，酶反应器和酶的应用等。
第二章 酶的生物合成与发酵生产
1、提高酶的产量的措施。 （一）遗传控制 诱变育种 (1)使诱导型变为组成型——选育组成型突变株 (2)使阻遏型变为去阻遏型
选育营养缺陷型突变株 解除反馈阻遏
选育结构类似物抗性突变株 解除分解代谢物阻遏——选育抗分解代谢阻遏突变株 基因工程育种 改变细胞调节基因，使菌种由诱导型变为组成型。 增加结构基因的拷贝数，增加细胞专一性酶的生产。 （二）条件控制 （1）添加诱导物
缺点：只适合作用于小分子底物和产物的酶。 ④共价结合法：结合牢固，不易脱落，可连续使用较长的时间 载体活化操作复杂，对酶的活性有影响。 ⑤交联法：交联法制备的固定化酶或固定化菌体结合牢固，可以长时 间使用。交联法也用于含酶菌体或菌体碎片的固定化。 2、酶固定化后性质会发生什么变化？原因是什么？酶固定化后稳定性 提高中,包括哪几方面的稳定性？ （1）酶的活性 ：通常低于天然酶（有例外）。 （2）酶的稳定性 酶的耐热性、对变性剂、抑制剂、蛋白酶的抵抗力增加，固定化可以 增强贮存稳定性和操作稳定性。 可能的原因：①固定化增加了酶活性构象的牢固程度，可防止酶分子 伸展变形； ②抑制酶的自身降解。 ③固定化部分阻挡了外界不利因素对酶的侵袭。 包括：（一）酶的最适温度 最适温度与酶稳定性有关。 多数酶固定化后热稳定性上升，最适温度也上升（有例外）。 （二）酶的最适pH 带负电荷载体 ：最适pH 向碱性偏移。 带正电荷载体 ：最适pH 向酸性偏移 （三）酶的动力学特征 固定化酶的表观米氏常数Km随载体的带电性能变化。 固定化载体与底物电荷相反,固定化酶的表观Km值降低。
实验一 固液分离及酵母超声破碎
实验一固液分离及酵母超声波破碎一、实验目的1、掌握固液分离中常用的离心分离原理和离心机的操作;2、掌握超声波破碎细胞的原理和操作;3、学习细胞破碎率的评价方法。
二、实验原理1、固液分离是生物分离中重要的单元操作。
发酵液、培养液、某些中间产品、半成品等都需进行固液分离。
发酵液固液分离的常用方法有过滤、沉降和离心分离等。
离心技术主要用于各种生物样品的分离和制备，生物样品悬浮液在高速旋转下，由于巨大的离心力作用，使悬浮的微小颗粒（细胞器、生物大分子的沉淀等）以一定的速度沉降，从而与溶液得以分离。
沉降速度取决于颗粒的质量、大小和密度。
离心分离是利用转鼓高速转动所产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的目的。
由于离心力场所产生的离心力可以比重力高几千至几十万倍，所以利用离心分离可分离悬浮液中极小的固体微粒和大分子物质。
在离心分离过程中，是离心力使料液中性质不同的颗粒得以相互分开，从而达到分离的目的。
2、细胞破碎技术是分离纯化细胞内合成的非分泌型成分的基础。
有效的细胞破碎对分离和纯化任何细胞内活性药物成分都是必要的。
超声波破碎机由超声波发生器和换能器组成。
超声波发生器将50Hz220V 市电变成20KHz电能供给换能器。
换能器随之作纵向机械振动。
振动波通过浸入在生物溶液中的钛合金变幅杆产生空化效应，激发介质里的生物微粒剧烈振动，引起的冲击波和剪切力使细胞破碎。
三、实验原料器材１、培养好的酵母液。
２、离心机、超声波细胞破碎机，显微镜，酒精灯，载玻片，血细胞计数板，以及各种玻璃器皿。
四、实验步骤1、将培养好的酵母液，滴一滴在血细胞计数板上,盖上盖玻片,用显微镜进行观察,计数。
然后装入10mL的离心管中进行离心分离，设置离心参数为4000r/min，时间20min，注意称重计算酵母离心分离得率。
2、各取一个100mL和250mL烧杯，在100mL烧杯中加入已稀释倍且计数后酵母液，在250mL烧杯先放入少许的碎冰。
细胞破碎与固液分离技术
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
3．凝聚和絮凝 凝聚和絮凝的主要作用为增大混合液中悬浮粒 子的体积，提高固液分离速度，同时可除去一些 (yīxiē)杂质。 （1）凝聚作用 凝聚作用是指在某些电解质作用下， 使胶体粒子聚集的过程。这些电解质称为凝聚剂。 胶体粒子能保持分散状态的原因是其带有相同电荷 和扩散双电层的结构。当分子热运动使粒子间距离 缩小到使它们的扩散层部分重叠时，即产生电排斥 作用，使两个粒子分开，从 精品PPT 而阻止了粒子的聚集。
加水稀释法可有效降低液体粘度，但会增加悬浮液的体 积，使后处理任务加大，并且只有当稀释后过滤速率提高的 百分比大于加水比时，从经济上才能认为有效。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用 于粘度随温度变化较大的流体。另外，应用加热法的同时，可 控制适当温度和受热时间，使蛋白质凝聚形成较大颗粒，进一 步改善发酵液的过滤特性。如链霉素发酵液，调酸至pH3.0后， 加热至70℃，维持半小时，液相粘度下降至1/6，过滤速率可 增大10～100倍。使用加热法时必须(bìxū)注意：①加热的温 度必须(bìxū)控制在不影响目的产物活性的范围内；②对于发 酵液，温度过高或时间过长，可能造成细胞溶解，胞内物质外 溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
常用的凝聚剂有AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、 ZnSO4和MgCO3等。电解质凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒 发生(fāshēng)凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L）称为凝 聚值。根据Schuze-Hardy法则，阳离子的价数越高，该值就越 小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝 聚能力的次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
3．凝聚和絮凝 凝聚和絮凝的主要作用为增大混合液中悬浮粒 子的体积，提高固液分离速度，同时可除去一些 (yīxiē)杂质。 （1）凝聚作用 凝聚作用是指在某些电解质作用下， 使胶体粒子聚集的过程。这些电解质称为凝聚剂。 胶体粒子能保持分散状态的原因是其带有相同电荷 和扩散双电层的结构。当分子热运动使粒子间距离 缩小到使它们的扩散层部分重叠时，即产生电排斥 作用，使两个粒子分开，从 精品PPT 而阻止了粒子的聚集。
加水稀释法可有效降低液体粘度，但会增加悬浮液的体 积，使后处理任务加大，并且只有当稀释后过滤速率提高的 百分比大于加水比时，从经济上才能认为有效。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用 于粘度随温度变化较大的流体。另外，应用加热法的同时，可 控制适当温度和受热时间，使蛋白质凝聚形成较大颗粒，进一 步改善发酵液的过滤特性。如链霉素发酵液，调酸至pH3.0后， 加热至70℃，维持半小时，液相粘度下降至1/6，过滤速率可 增大10～100倍。使用加热法时必须(bìxū)注意：①加热的温 度必须(bìxū)控制在不影响目的产物活性的范围内；②对于发 酵液，温度过高或时间过长，可能造成细胞溶解，胞内物质外 溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。
精品PPT
第一节 发酵液的预处理技术 (jìshù)
常用的凝聚剂有AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、FeSO4·7H2O、FeCl3·6H2O、 ZnSO4和MgCO3等。电解质凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒 发生(fāshēng)凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L）称为凝 聚值。根据Schuze-Hardy法则，阳离子的价数越高，该值就越 小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝 聚能力的次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。
细胞破碎与固液分离技术
细胞破碎与固液分离技术
（2）急热骤冷法 将材料投入沸水中，维持85-90分钟，至水浴
中急速冷却，此法可用于细菌及病毒材料。 （3）渗透破碎法
利用细胞内外渗透压差使水分进入细胞而破碎。
细胞破碎与固液分离技术
3、化学及生物化学法 自溶法和酶溶法利用自身或制备酶对细胞进行破碎，
需要进行适当处理。 酶溶法适用性广、温和且可控。 化学法利用有机试剂改变细胞壁或膜的通透性，也
多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如 多孔陶瓷、多孔金属及多孔性塑料制成的管或板， 能截留1-3 m的微小颗粒。
堆积介质：由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的 床层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的 液体澄清。
多孔膜：用于膜过滤的各种有机分子膜和无机材料 膜。
细胞破碎与固液分离技术
用超声波的空穴作 用使细胞破碎
适中
械
须使细胞通过的小
法 匀浆法（孔型）孔，使细胞受到剪 剧烈
切力而破碎
珠磨破碎法
细胞被玻璃珠或铁 珠捣碎
剧烈
成本 举例
适中
动物组织及 动物细胞
便宜
昂贵
细胞悬浮液 小规模处理
适中
细胞悬浮液 大规模处理
便宜
细胞悬浮液 和植物细胞 的大规模处 理
细胞破碎与固液分离技术
破碎技术
法和机械法结合的方法
细胞破碎与固液分离技术
破碎过程中应注意的问题
A、多种破碎方法相结合可产生很大优势 B、对下游分离技术的影响：破碎颗粒清除，产物
分离纯化 C、在上游发酵阶段，考虑到发酵过程和环境对破
碎难易程度影响 D、菌种的培育及改造，胞内产物 胞外产物
细胞破碎与固液分离技术
细胞结构与破碎
（2）急热骤冷法 将材料投入沸水中，维持85-90分钟，至水浴
中急速冷却，此法可用于细菌及病毒材料。 （3）渗透破碎法
利用细胞内外渗透压差使水分进入细胞而破碎。
细胞破碎与固液分离技术
3、化学及生物化学法 自溶法和酶溶法利用自身或制备酶对细胞进行破碎，
需要进行适当处理。 酶溶法适用性广、温和且可控。 化学法利用有机试剂改变细胞壁或膜的通透性，也
多孔固体介质：具有很多微细孔道的固体材料，如 多孔陶瓷、多孔金属及多孔性塑料制成的管或板， 能截留1-3 m的微小颗粒。
堆积介质：由沙、木炭之类的固体颗粒堆积而成的 床层，称作滤床，用作过滤介质使含少量悬浮物的 液体澄清。
多孔膜：用于膜过滤的各种有机分子膜和无机材料 膜。
细胞破碎与固液分离技术
用超声波的空穴作 用使细胞破碎
适中
械
须使细胞通过的小
法 匀浆法（孔型）孔，使细胞受到剪 剧烈
切力而破碎
珠磨破碎法
细胞被玻璃珠或铁 珠捣碎
剧烈
成本 举例
适中
动物组织及 动物细胞
便宜
昂贵
细胞悬浮液 小规模处理
适中
细胞悬浮液 大规模处理
便宜
细胞悬浮液 和植物细胞 的大规模处 理
细胞破碎与固液分离技术
破碎技术
法和机械法结合的方法
细胞破碎与固液分离技术
破碎过程中应注意的问题
A、多种破碎方法相结合可产生很大优势 B、对下游分离技术的影响：破碎颗粒清除，产物
分离纯化 C、在上游发酵阶段，考虑到发酵过程和环境对破
碎难易程度影响 D、菌种的培育及改造，胞内产物 胞外产物
细胞破碎与固液分离技术
细胞结构与破碎
固液分离和细胞破碎讲述案例课件
固液分离和细胞破碎讲述案例课 件
目 录
• 固 技术应用与展望
01
固液分离技术介绍
离心分离
利用离心力对不同密度物质进行分离的方法。
离心分离是利用物质在离心力场中受到不同离心力而产生不同的运动轨迹，从而实现不同密度物质之间的分离。在离心分离 过程中，密度大的物质会向旋转轴心移动，而密度小的物质则会向外围移动。离心分离技术广泛应用于固液分离、细胞破碎 和蛋白质分离等领域。
案例名称
啤酒生产中的固液分离
技术应用
使用过滤和离心技术进行固液分离。过滤技术通 过滤网或滤布去除固体杂质，而离心技术则利用 离心力的作用将固体颗粒和液体进行分离。
描述
在啤酒生产过程中，固液分离技术用于将麦芽汁 中的固体颗粒与液体有效分离，从而获得清澈的 麦芽汁，为后续发酵和啤酒制作提供高质量原料 。
过滤分离
通过过滤介质将悬浮颗粒从液体中分离出来的方法。
过滤分离是利用过滤介质（如滤纸、滤布、砂芯等）将悬浮颗粒截留在过滤介质 表面或内部，从而实现液体与固体颗粒的分离。过滤分离技术广泛应用于化工、 制药、食品和环保等领域。
其他分离技术
其他非主流的固液分离技术。
除了离心分离和过滤分离之外，还有一些其他固液分离技术，如沉降分离、浮选分离和电泳分离等。 这些技术在实际应用中不如离心分离和过滤分离常用，但在特定情况下仍具有一定的应用价值。
技术应用与展望
固液分离技术应用与展望
固液分离技术应用
固液分离技术是生物工程和制药工业中 常用的技术，主要用于从液体混合物中 分离固体物质。该技术广泛应用于细胞 培养物、发酵液、食品加工废水等领域 。
VS
固液分离技术展望
随着生物技术的不断发展，固液分离技术 的需求也在不断增加。未来，固液分离技 术将朝着高效、低能耗、环保的方向发展 。新型的固液分离技术，如超滤、纳滤、 反渗透等，将逐渐取代传统的沉淀、离心 等分离方法，提高分离效率和分离效果。
目 录
• 固 技术应用与展望
01
固液分离技术介绍
离心分离
利用离心力对不同密度物质进行分离的方法。
离心分离是利用物质在离心力场中受到不同离心力而产生不同的运动轨迹，从而实现不同密度物质之间的分离。在离心分离 过程中，密度大的物质会向旋转轴心移动，而密度小的物质则会向外围移动。离心分离技术广泛应用于固液分离、细胞破碎 和蛋白质分离等领域。
案例名称
啤酒生产中的固液分离
技术应用
使用过滤和离心技术进行固液分离。过滤技术通 过滤网或滤布去除固体杂质，而离心技术则利用 离心力的作用将固体颗粒和液体进行分离。
描述
在啤酒生产过程中，固液分离技术用于将麦芽汁 中的固体颗粒与液体有效分离，从而获得清澈的 麦芽汁，为后续发酵和啤酒制作提供高质量原料 。
过滤分离
通过过滤介质将悬浮颗粒从液体中分离出来的方法。
过滤分离是利用过滤介质（如滤纸、滤布、砂芯等）将悬浮颗粒截留在过滤介质 表面或内部，从而实现液体与固体颗粒的分离。过滤分离技术广泛应用于化工、 制药、食品和环保等领域。
其他分离技术
其他非主流的固液分离技术。
除了离心分离和过滤分离之外，还有一些其他固液分离技术，如沉降分离、浮选分离和电泳分离等。 这些技术在实际应用中不如离心分离和过滤分离常用，但在特定情况下仍具有一定的应用价值。
技术应用与展望
固液分离技术应用与展望
固液分离技术应用
固液分离技术是生物工程和制药工业中 常用的技术，主要用于从液体混合物中 分离固体物质。该技术广泛应用于细胞 培养物、发酵液、食品加工废水等领域 。
VS
固液分离技术展望
随着生物技术的不断发展，固液分离技术 的需求也在不断增加。未来，固液分离技 术将朝着高效、低能耗、环保的方向发展 。新型的固液分离技术，如超滤、纳滤、 反渗透等，将逐渐取代传统的沉淀、离心 等分离方法，提高分离效率和分离效果。
细胞破碎、过滤离心与膜分离设备 ppt课件
14
转筒真空过滤机rotary-drum vacuum filter
结构：
转筒，扇形格(18格)； ➢滤室； ➢分配头；
✓动盘(18个孔，分别与扇形 格的18个通道相连)； ✓定盘(三个凹槽：滤液真空 凹槽、洗水真空凹槽、压缩 空气凹槽，分别将动盘的18 个孔道分成三个通道)；
金属网； 滤布；
滤浆槽。
30
为什么？
8
板框压滤机的特点：
➢结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 ➢可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。 ➢对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（3~10kg/cm2 ），对颗 粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。 ➢间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度 大，所以它只适用于小规模生产。 ➢近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。
9
自动板框式压滤机
特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等 操作可在10min内自动完成。板、框各有4 个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、 洗涤。
卸渣：拉开框，降框。 滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。
10
板框式过滤机的特点和适用范围
板框式过滤机的优点：① 单位过滤面积占地少；② 对物料的适应性强；③ 过滤面积的选择范围宽；④过滤压 力高，滤饼的含水率低；⑤ 结构简单，操作容易，故障少， 保养方便，机器寿命长；⑥ 因为是滤饼过滤，所以可得到 澄清的滤液，固相回收率高；⑦ 过滤操作稳定。
28
板框式膜分离器
操作时料液从下部进入，由导流板导流流过膜面，透过 液透过膜，经支撑板面上的多流孔流入支撑板的内腔，再从 支撑板外侧的出口流出；料液沿导流板上的流道与孔道一层 一层往上流，从膜过滤器上部的出口流出，即得浓缩液。
转筒真空过滤机rotary-drum vacuum filter
结构：
转筒，扇形格(18格)； ➢滤室； ➢分配头；
✓动盘(18个孔，分别与扇形 格的18个通道相连)； ✓定盘(三个凹槽：滤液真空 凹槽、洗水真空凹槽、压缩 空气凹槽，分别将动盘的18 个孔道分成三个通道)；
金属网； 滤布；
滤浆槽。
30
为什么？
8
板框压滤机的特点：
➢结构简单，价格低廉，占地面积小，过滤面积大。 ➢可根据需要增减滤板的数量，调节过滤能力。 ➢对物料的适应能力较强，由于操作压力较高（3~10kg/cm2 ），对颗 粒细小而液体粘度较大的滤浆，也能适用。 ➢间歇操作，生产能力低，卸渣清洗和组装阶段需用人力操作，劳动强度 大，所以它只适用于小规模生产。 ➢近年出现了各种自动操作的板框压滤机，使劳动强度得到减轻。
9
自动板框式压滤机
特点：板框压紧、过滤、洗涤、卸饼和清洗等 操作可在10min内自动完成。板、框各有4 个角孔，滤布是首尾封闭的整体，过滤、 洗涤。
卸渣：拉开框，降框。 滤布洗涤：传动装置带动环形滤布围轴旋转。
10
板框式过滤机的特点和适用范围
板框式过滤机的优点：① 单位过滤面积占地少；② 对物料的适应性强；③ 过滤面积的选择范围宽；④过滤压 力高，滤饼的含水率低；⑤ 结构简单，操作容易，故障少， 保养方便，机器寿命长；⑥ 因为是滤饼过滤，所以可得到 澄清的滤液，固相回收率高；⑦ 过滤操作稳定。
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板框式膜分离器
操作时料液从下部进入，由导流板导流流过膜面，透过 液透过膜，经支撑板面上的多流孔流入支撑板的内腔，再从 支撑板外侧的出口流出；料液沿导流板上的流道与孔道一层 一层往上流，从膜过滤器上部的出口流出，即得浓缩液。
细胞破碎和分离设备
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细胞破碎和分离设备
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真空转鼓过滤机
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（1）过滤区Ⅰ 当浸在悬浮液内各扇形格同真空管路 接通时，格内为真空。在转筒外压力差作用下，滤液透过滤 布，被压入扇形格内，经分配头被吸出。而固体颗粒在滤布 上则形成一层逐步增厚滤渣。
（2）洗涤吸干区域Ⅱ 当扇形格离开悬浮液进入此区 时，格内仍与真空管路相通。滤饼在此格内将被洗涤并吸干， 以深入降低滤饼中溶质含量。有些特殊设计转鼓过滤机上还 设有绳索（或布）压紧滤饼或用滚筒压紧装置，用以压榨滤 饼、降低液体含量并使滤饼厚薄均匀预防龟裂。
细胞破碎定义
• 细胞破碎就是采取一定方法，在一定程度上破坏
细胞壁和细胞膜，使细胞内容物包含目标产物成
份释放出来技术，是分离纯化细胞内合成非分泌 型生化物质（产品）基础。
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细胞壁组成和结构
为了研究细胞破碎，提升其破碎率，有必要了解各种生物细 胞壁组成和结构。
生物类型 主要组成
G+细菌
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利用溶解细胞壁酶处理菌体细胞，使细胞壁受到 部分或完全破坏后，再利用渗透压冲击等方法破 坏细胞膜，深入增大胞内产物通透性。
利用溶酶系统处理细胞时必须依据细胞壁结构和 化学组成选择适当酶，并确定对应次序。
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酶溶法优点： 选择性释放产物，条件温和，核酸泄出量少，细胞外 形完整。
缺点：
通用性差； 时间长，效率低； 有些化学试剂有毒 。
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其它方法
1. X-press法
将浓缩菌体悬浮液冷却至-25℃形成冰晶体，利用
生物工程设备各章知识点总结
第一章原料的输送和粉碎设备1.原料粉碎的目的、方法1)目的：a.增加淀粉粒、酶与水的接触面，加速酶促反应与可溶性物质的溶出，提高淀粉的利用率；b.缩短蒸煮时间，使原料中的还原糖少遭破坏，节约蒸汽用量；c.使原料颗粒度变小，增加在设备和管道中的流动性,易于实现连续化。
2)方法：a.湿式粉碎：将水和原料一起加入粉碎机中，以粉浆状出来特点：无粉尘飞扬，排料方便，不需粉尘通风等；不易贮藏，耗电量大b.干式粉碎:原料直接进入粉碎机进行粉碎特点：需配通风除尘设备（通风管道装在粉碎室）c.回潮干法粉碎：原料喷少量水后在进行粉碎（啤酒厂粉碎）d.连续调湿粉碎：粉碎过程连续喷水2.选择粉碎设备的原则、粉碎度及粉碎程度，对原料粉碎设备的要求1)原则：①根据物料的性质和所要求的粉碎度等而定②坚硬物料、脆性物料：挤压、冲击③韧性、粘性物料：剪切、研磨、挤压④方向性物料：劈裂2)粉碎度：物料粉碎程度前后平均粒径之比x=D1/D2D1 粉碎前物料的平均粒径D2粉碎后物料的平均粒径3）粉碎程度：按粉碎物料和成品的粒度大小分类：粗碎、中细碎、磨碎或研磨、胶体磨；筛析法：以物料通过不同筛目标准筛的百分数来表示4）设备要求：①粉碎后物料颗粒大小均匀②不重复粉碎，已粉碎物料需立即从压榨部分排除③操作自动化④容易更换磨碎的部位，在操作发生障碍时有保险装置，能自动停车。
3.锤式粉碎机的结构、特点1)锤式粉碎机的结构（酒精厂）①锤刀:高碳钢或锰钢，40*125-180*6-7mm。
末端V=25-55m/s,V越大，产品粒度越小，锤刀重量小，易产生自转；重量大，功率大。
②筛板：用以控制粉碎物料的粒度，圆形或长条形。
锤刀与筛孔间隙为5-10mm.一般6+2mm③锯齿形冲击板：与锤刀一起挤压，磨碎物料2)特点：①可做粗碎和细碎②体积紧凑，构造简单，生产能力高③适用于不同性质的物料，物料含水量≤15%④锤刀磨损快，筛网易损坏⑤运转时震动较大，应安装在底层⑥粉碎机底部可采用吸引式气流输送，防止粉尘飞扬，提高产量。
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空气
除菌
CO2等
生物反应器
检测和控制
原材料 培养基 灭菌 底物
冷却水 产物预处理
产品提取或液化
医学p产pt物
副产物
废物
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3、一个优良的生物反应器应具备： • 严密的结构； • 良好的液体混合性能； • 高的传质和传热速率； • 灵敏的检测和控制仪表
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4、分类：
• 按能量的输入方式分：机械搅拌式、气升 式、液体循环式
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酒精发酵罐的洗涤： 水力喷射装置：
• 两头装有喷嘴的喷水管； 两头有一定的弧度；管 上均匀地钻有一定数量 的小孔；水平安装
• 它是借喷水管两头喷嘴 以一定喷出速度而形 成的反作用力，使喷 水管自动旋转。
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（二）通气发酵罐
1、分类 • 按能量的输入方式分：
机械搅拌式、气升式、循环泵发酵罐
• 罐顶：人孔、视镜及二 氧化碳回收管、进料管、
接种管、压力表和测量 仪表接口管等。
• 罐底：排料口和排污口
• 罐身：取样口、温度计 接口
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发酵的冷却装置：
• 中小型发酵罐：罐顶喷水淋于罐外壁表面进行 膜状冷却；
• 大型发酵罐：罐内装有冷却蛇管或罐内蛇管和 罐外壁喷洒联合冷却装置
• 罐体底部沿罐体四周装有集水槽
• 罐身上的接管有：冷却水进出管、进空气 管、温度计管和测控仪表接口。
②搅拌装置
a、搅拌的作用：
• 使罐内液体混合均匀
• 打碎气泡，使氧气均匀溶解
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b、搅拌器形式 P37 涡轮式：径向流型（液体轴向流入，径向流出） 特点：搅拌器叶片与旋转平面夹角等于90° 常用：平叶式、弯叶式、箭叶式 旋浆式：轴向流型（液体 轴向流入，轴向流出） 特点：搅拌器叶片与旋 转平面夹角小于90°
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• 涡轮式搅拌器： 剪切力较大，气泡分散效果好； 适用物料粘度范围广 圆盘作用：避免气泡沿轴上升
• 旋桨式搅拌器： 剪切力不大，液体混合效果好， 气泡分散不好； 常用于低粘度流体来自医学ppt13
• 锚式和框式搅拌器:
搅动范围很大，转速更低；适用于较高粘 度液体的搅拌，也常用来防止器壁产生沉积现 象
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③挡板
• 作用：改变液体流动方向，防止搅拌过程中漩 涡的产生
④通气装置
• 单孔管：管口正对罐底中央，与罐底的距离约 40-50mm；罐底中央装保护板
• 多孔环形管：喷孔向下；环径为搅拌器直径的 0.8倍较有效
⑤传热装置：内蛇管，外盘管，夹套
⑥机械消沫装置 P42
⑦轴封：运动部件和静止部件之间的密封称轴封
（1）气升式发酵罐（P45）
• 分为内循环及外循环两种。
• （内循环）工作原理：
• 在罐内装设上升管，上升管两端与罐底及罐 上部相连接，构成一个循环系统。在上升管的 下部装设空气喷咀，空气自喷咀喷出后，与上 升管的发酵液密切接触。由于上升管内的发酵 液轻，加上压缩空气的喷流动能，使上升管的 液体上升，罐内液体下降而进入上升管，形成 反复的循环，供给发酵液所耗的溶解气量，使 发酵正常进行。
第六章 生物反应器
生物反应器概述 • 生物反应器 微生物反应器
动物细胞培养反应器
• 生物反应器的发酵参数检测与控制
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一、生物反应器概述
1、定义：
2、作用：为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好地生长，并得到更 多需要的生物量或代谢产物。
•
细胞或酶等生物催化剂 （游离或固定化）
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三、动物细胞培养反应器
1、动物细胞培养的特点 2、大规模动物细胞培养方法：
悬浮培养：让细胞悬浮于培养基内生长繁殖； 贴壁培养：让细胞贴附于某种基质上生长繁殖
的培养方法； 贴壁-悬浮培养：微载体培养
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3、常用动物细胞培养生物反应器
（1）、气升式细胞培养生物反应器 气体混合物从底部的喷射管进入反应器的中
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（4）机械搅拌自吸式发酵罐（P44）
• 不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自吸入空 气的发酵罐。
• 关键部件：中空的叶轮为搅拌器
• 工作原理：叶轮启动前，先用液体将之浸没， 启动后由于叶轮高速旋转，液体或空气在离心 力作用下，被甩向叶轮外缘，在叶轮中心处形 成负压，转速愈大，所成负压也愈大，由于叶 轮空腔与导气管相连通，因此空气被不断吸入 并与高速流动的液体相接触，形成细小的气泡 后分散在液体之中
央导流管使得中央导流管侧的液体密度低于外 部区域从而形成循环。气升式生物反应器主要 采用内循环式，但也有采用外循环式。
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（2）、中空纤维管生物反应器
• 作用是防止染菌和泄漏
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（4）发酵罐的基本条件 ① 发酵罐应具适宜高径比（一般1.7～4
倍） ② 发酵罐能承受一定压力： ③发酵罐搅拌通风装置能使气液充分混合 ④发酵罐应具足够冷却面积 ⑤搅拌器轴封应严密，尽量减少泄漏 ⑥ 发酵罐应尽量减少死角，避免藏垢积污，
灭菌彻底
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3、常用几种其它发酵罐
2、通用发酵罐（属机械搅拌式最常用的一种） （1）发酵罐体的尺寸比例 P34 （2）发酵罐装液量
一般装液高度为圆柱部分高度的70%，泡沫 少时取90%，多时取60%
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（3）发酵罐的结构 ①罐体：
• 材料为炭钢或不锈钢，且应有一定的承压 能力
• 罐顶上的接管有：进料管、补料管、排气 管、接种管和压力表接管。
• 按反应器的操作方式分：间歇式、半间歇 式、连续式
• 按反应器结构特征分：釜式、管式、塔式 等
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二、微生物反应器（发酵罐）
①厌氧生物反应器（嫌气发酵罐）：设备 结构简单
②好氧生物反应器（通气发酵罐）：设备 的结构较复杂
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（一）嫌气发酵罐
酒精发酵罐：
• 密闭式
• 筒体：圆柱形，底盖和 顶盖均为碟形或锥形
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（2）高位塔式发酵罐 （P46） • 特点：高：径=6左右；空气利用率高 • 工作原理： （3）伍式发酵罐（P33） • 主要部件是套筒、搅拌器
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• 工作原理：
搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面， 然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六 根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空 气分配器。空气由空心轴导入，经过搅 拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的 液体相混合，发酵液在套筒外侧上升， 由套筒内部下降，形成循环。