第十节浓缩与干燥

1、第十节 浓缩与干燥 浓缩与干燥都是酶与溶剂（通常是 水）分离的过程。在酶的分离纯化 过程中这是一个重要的环节。 一浓缩 浓缩是从低浓度酶液中除去部分水或者其 他溶剂而成为高浓度酶液的过程。 浓缩的方法很多。离心分离，过度与膜分 离，沉淀分离，层析分离都能起到浓缩的 效果。用各种吸水剂如硅胶，聚乙二醇， 干燥凝胶等吸去水分，也可达到浓缩的效 果。 这里主要介绍常用的蒸发浓缩。 蒸发浓缩 定义：是通过加热或者减压方法使溶液中 的部分溶剂汽化蒸发，使溶液得以浓缩的 过程。 蒸发浓缩是通过加热或者减压方法使溶液 中的部分溶剂汽化蒸发，使溶液得以浓缩 的过程。由于酶在高温条件下不稳定，容 易变性失活，故

2、酶液的浓缩通常采用真空 浓缩。即在一定的真空条件下，使酶液在 60 以下进行浓缩。 基本原理基本原理 蒸发是蒸发是溶液表面的溶剂分子获得的动能超过了溶液表面的溶剂分子获得的动能超过了 溶液内溶剂分子间的吸引力而脱离液面而逸向溶液内溶剂分子间的吸引力而脱离液面而逸向 空间的过程。当空间的过程。当溶液受热溶液受热，溶剂分子动能增加，溶剂分子动能增加， 蒸发过程加快；蒸发过程加快；液体表面积越大液体表面积越大，蒸发越快。，蒸发越快。 根据此原理，根据此原理，蒸发浓缩装置常常按照加热、扩蒸发浓缩装置常常按照加热、扩 大液体表面积、低压等因素设计大液体表面积、低压等因素设计。 影响蒸发速度的因素 1.温

3、度：一般情况，温度越高，蒸发越快。 2.压力:一般情况，适当降低压力，蒸发越 快。 3.蒸发面积：一般情况，增大蒸发面积，可 以提高蒸发速度。 4.空气流动快慢：空气流动越快，蒸发就越。 一般说来，在不影响酶活力的前提下，适 当提高温度，降低压力，增大蒸发面积都 可以提高蒸发速度。 蒸发装置多种多样，在酶浓缩液中主要采 用各种真空蒸发器和薄膜蒸发器。可以根 据实际情况选择使用。 真空蒸发浓缩 真空浓真空浓缩是根据降低液面压力使液体沸点降低缩是根据降低液面压力使液体沸点降低 的原理来进行的。有时也的原理来进行的。有时也称称减压减压浓浓缩。为加快缩。为加快 其浓缩往往伴随加热使其蒸发更快。适用于一

4、其浓缩往往伴随加热使其蒸发更快。适用于一 些不耐热的生化药物和制品。些不耐热的生化药物和制品。 减压浓缩就是在减压或真空条件下进行的蒸发减压浓缩就是在减压或真空条件下进行的蒸发 过程，真空蒸发时冷凝器和蒸发器溶液侧的操过程，真空蒸发时冷凝器和蒸发器溶液侧的操 作压力低于大气压，此时系统中的不凝性气体作压力低于大气压，此时系统中的不凝性气体 必须用真空泵抽出。必须用真空泵抽出。 减压或真空蒸发有如下减压或真空蒸发有如下优点优点： 由于减压，沸点降低，加大了传热温度差，使蒸由于减压，沸点降低，加大了传热温度差，使蒸 发器的传热推动力增加；发器的传热推动力增加； 适用于热敏性溶液和不高温的溶液；适用

5、于热敏性溶液和不高温的溶液； 可利用二次蒸汽作为加热热源；可利用二次蒸汽作为加热热源； 加热器的热损失减少。加热器的热损失减少。 缺点缺点：溶液沸点降低粘度增大，对传热过程不利；：溶液沸点降低粘度增大，对传热过程不利； 需要真空装置，并增加了能量的消耗。需要真空装置，并增加了能量的消耗。 薄膜浓缩蒸发 薄膜蒸发器是通过旋转刮膜器强制成膜， 并高速流动，热传递效率高，停留时间短 （约1050秒），可在真空条件下进行降膜 蒸发的一种新型高效蒸发器。 它由一个或多个带夹套加热的圆筒体及筒 内旋转的刮膜器组成。刮膜器将进料连续 地在加热面刮成厚薄均匀的液膜并向下移 动；在此过程中，低沸点的组份被蒸发，

6、 而残留物从蒸发器底部排出。 升膜式蒸发器升膜式蒸发器 降膜式蒸降膜式蒸发发 刮板式薄膜蒸发器刮板式薄膜蒸发器 1.1.马达马达 2.2.进料管进料管 3.3.加热蒸汽管加热蒸汽管 4.4.排料口排料口 5.5.冷凝水排出孔冷凝水排出孔 6.6.刮板刮板 7.7.分配盘分配盘 8.8.除沫器除沫器 9.9.二次蒸汽排出口二次蒸汽排出口 薄膜蒸发器适合于浓缩高粘度的果汁、蜂 蜜、或含有悬浮颗粒的料液。是利用高速 旋转将液体分布成均匀薄膜而进行蒸发或 蒸馏的一种高效蒸发、蒸馏设备，也可进 行脱臭、脱泡反应及加热、冷却等单元操 作，又广泛应用于中、西制药、食品、轻 工、石油、化工、环保等行业。 二.

7、干燥 1.概念：干燥是固体，半固体或浓缩液中的 水分或其他溶剂除去的一部分，以获得含 水分较少的固体物质的过程。 干燥往往是生物产品分离的最后一步。许干燥往往是生物产品分离的最后一步。许 多生物产品，如酶制剂、单细胞蛋白、抗多生物产品，如酶制剂、单细胞蛋白、抗 生素。氨基酸等均为固体产品。干燥是制生素。氨基酸等均为固体产品。干燥是制 取以固体形式存在、含水量在取以固体形式存在、含水量在5 51212的生的生 物制品的主要工业方法。物制品的主要工业方法。 2.原理 物质经过干燥以后，可以提高产品的稳定性，有利于产 品的保存，运输和使用。 干燥过程中，溶剂首先从物料的表面蒸发，随后物料内 部的水分

8、子扩散到物料表面继续蒸发。因此，干燥速率 与蒸发表面积成正比，增大蒸发面积可以显著提高蒸发 速率。此外，在不影响物料稳定性的前提下，适当升高 温度，降低压力，加快空气流通等都可以提高干燥速度。 然而，干燥速度并非越快越好，而是要控制在一定的范 围内。因为干燥速度过快时，表面水分迅速蒸发，可能 使物料表面黏结形成一层硬壳，妨碍内部水分扩散到表 面，反而影响蒸发效果。 干燥工艺的操作流程干燥工艺的操作流程 一个完整的干燥工艺过程，是由一个完整的干燥工艺过程，是由加热系统加热系统、原料供原料供 给系统给系统、干燥系统干燥系统、除尘系统除尘系统、气流输送系统气流输送系统和和控控 制系统制系统组成。组成

9、。 固体物料的干燥包括两个基本过程，首先是物料加固体物料的干燥包括两个基本过程，首先是物料加 热以使湿分气化的热以使湿分气化的传热传热过程，然后是气化后的湿分过程，然后是气化后的湿分 空气由于其蒸汽分压较大而扩散进入气相的空气由于其蒸汽分压较大而扩散进入气相的传质传质过过 程，而湿分从固体物料内部借助扩散等的作用被输程，而湿分从固体物料内部借助扩散等的作用被输 送到固体表面，则是一个物料的内部传质过程。送到固体表面，则是一个物料的内部传质过程。 影响干燥的因素 1.物料的性质：形状，大小，料层厚薄，水 分结合方式。 2.干燥的介质：温度，速度，流速。 3.干燥的方法与速率； 4.压力:减压有利

10、于提高干燥速率。 在固体酶制剂的生产过程中，为了提高酶 的稳定性，便于保存，运输和使用，一般 都必须进行干燥。 常用的干燥方法有：真空干燥，冷冻干燥， 喷雾干燥，气流干燥和吸附干燥等。 （1）真空干燥 真空干燥是在与真空系统相连接的密闭容 器中，一边抽真空一边加热，使酶液在较 低的温度条件下蒸发干燥的过程。 在真空泵之前需要设置水蒸气凝结收件箱， 以免汽化产生的水蒸气进入真空泵。酶液 真空干燥的温度一般控制在60以下。 原理：湿物料置密闭容器中，加热同时抽 取空气减压至规定压力直至物料干燥。 特点：干燥温度低，速度快。 应用：热敏性物料或高温条件下易氧化物 料，排除气体有使用价值需回收利用，有

11、 毒害，有燃烧性物料。 （2）冷冻干燥 冷冻干燥是先将酶液降温到冰点以下，使 之冻结成固态，然后在低温下抽真空，使 冰直接升华为气体。而得到干燥的酶制剂。 特点：得到的酶质量较高，结构保持完整， 活力损失少，成本较高。 适用于干燥对热非常敏感而有较高的酶类。 （3）喷雾干燥 喷雾干燥是通过喷雾装置将酶液喷成直径仅为 几十微米的雾滴，分散于热气流中，水分迅速 蒸发而得到粉末状的干燥酶制剂。 喷雾干燥由于酶液分散成为雾滴，直径小，表 面积大，水分迅速蒸发，只需几秒钟就可以达 到干燥。 在干燥过程中，由于水分迅速蒸发，吸收大量 热量，使雾滴及周围的空气比气流进口处的温 度低，只要控制好气流进口温度，

12、就可以减少 酶在干燥过程中的变性失活。 特点：水分蒸发速度快，时间短。 适于有粘性酶液或有固体酶液。 （4）气流干燥 气流干燥是常压条件下，利于热气流直接 与固体或半固体的物料接触，使物料的水 分蒸发而得到干燥制品的过程。 特点：设备简单，操作方便，干燥时间较 长，酶活力损失较大。 减少酶活力损失：需要控制好气流温度， 气流速度和气流流向，同时要经常翻动物 料，使之干燥均匀。 主要适用于颗粒状物料。 （5）吸附干燥 吸附干燥是在密闭的容器中用各种干燥剂 吸收物料中的水分，达到干燥的目的。 常用的吸附剂有硅胶，无水氯化钙，氧化 钙，无水硫酸钙，五氧化二磷以及各种铝 硅酸盐的结晶等，可以根据需要选择使用。 干燥方法的选择依据干燥方法的选择依据 1.1.干燥器的选择干燥器的选择 干燥设备的选择是非常困难而复杂的问题，这是因干燥设备的选择是非常困难而复杂的问题，