第七章预处理和固液分离

生物分离过程的一般流程1第七章

发酵液的预处理和固液分离2预处理和固液分离内容固液分离发酵液胞外上清液/滤液预处理提取生化物质的第一步，分两部分：胞内富集细胞3发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等。不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能进行后续操作：对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去处，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。4发酵液的预处理（Pretreatment）5思考题1发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？2凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？

6为何要对发酵液进行预处理？发酵液的基本特性发酵产物浓度较低，大多为1-10%，悬浮物颗粒小，细胞的相对密度与培养液相似。可压缩性液相粘度大，大多为非牛顿型流体；悬浮状态稳定：双电层、水化膜、布朗运动7为何要对发酵液进行预处理？固液分离方法主要是过滤和离心。对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度大，不能直接过滤，若用高速离心，能耗很大，设备昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生膜污染，通量降低。发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的存在也会影响固液分离。因而寻找一种经济有效的方法来提高固液分离速度显得十分必要。8预处理的目的预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度。⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；

9预处理的方法凝聚和絮凝Coagulationandflocculation

加热法Heating调节悬浮液的PH值RegulationofPH杂蛋白的去除Removalofuselessprotein高价无机离子的去除Removalofinorganicion助滤剂Filteraids和反应剂

Reactant

10一凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用凝聚与絮凝处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离。凝聚和絮凝技术常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。11凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１mm大小块状凝聚体的过程。絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。凝聚和絮凝12凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）

机理：

1）中和粒子表面电荷

2）消除双电层结构3）破坏水化膜

（一）凝聚Coagulation13发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表面的趋势。胶体双电层结构14常用的凝聚剂电解质有：硫酸铝Al2(SO4)3•18H2O（明矾）；氯化铝AlCl3•6H2O;三氯化铁FeCl3;硫酸亚铁FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO315絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程

机理：架桥作用

采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵液较易分离。（二）絮凝flocculation16絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万至一千万以上，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括离子基团以及非离子型基团。它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生架桥联结时，就形成较大絮团，产生絮凝作用。

絮凝17高分子絮凝剂的吸附架桥作用18可分为三类：人工合成有机高分子聚合物、天然有机高分子聚合物、无机高分子聚合物1）目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯酸类和聚苯乙烯类衍生物。工业上使用的絮凝剂19高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类：阴离子型（含有羧基)、阳离子型（含有胺基）、非离子型20聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点用量少，一般以mg/L计量；絮凝体粗大，分离效果好；絮凝速度快；种类多，适用范围广。聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺，用于食品和医药工业时应谨慎。目前最常见：聚丙烯酰胺类絮凝剂212）天然有机高分子絮凝剂人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到了限制。天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物降解，原料来源广等优点。天然有机高分子改性絮凝剂根据其原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目。223）无机高分子聚合物有聚合铁系和铝系两大类铁系絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影响小，亲和力强，能有效地去除悬浮物、表面活性剂、破坏油水乳状液的能力很强等优点，缺点腐蚀性强、稳定性差。铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。23微生物絮凝剂微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，一类由微生物或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能的代谢产物。包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相比，最大的优点是安全，无毒和不污染环境。24微生物絮凝剂1、微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂

2、微生物絮凝剂或将大部分替代普通絮凝剂3、浮游藻类、草分枝杆茵、硅酸盐芽孢杆菌。25絮凝的影响因素发酵液的性质（细胞浓度，表面电荷）；絮凝剂的浓度，最佳用量为粒子表面积约有一半被聚合物覆盖；絮凝剂的分子量；pH控制；搅拌速度。26对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和产生吸附桥架的双重机理，单独使用可达到较好絮凝效果；对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果。这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。（三）混凝27二预处理-加热1）加热降低液体粘度液体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。流体力学原理过速率与液体的粘度成反比，降低液体粘度（加水稀释法和加热法等）可有效提高过滤速率。加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。麦芽汁的黏度-温度曲线。28二预处理-加热2）加热使蛋白质变性凝固变性蛋白质的溶解度小。如柠檬酸发酵液加热至80℃以上，可使蛋白质变性凝固，过滤速度加快。加热处理只适用于对热较稳定的液体。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。

29三预处理-调节pHpH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。细胞(碎片)及某些胶体物质在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。调节发酵液的pH到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。大幅度改变pH还能使蛋白质变性凝固。通过调整pH值改变膜过滤中易吸附分子的电荷性质，可减少膜堵塞和污染；影响离子型絮凝剂的电离度。30

0020040060061218pH4.6pH4.2pH3.8pH2.8FiltrateVolume,cm3Time,minutesFigTheeffectonfiltratevolumeofpH31四

加入助滤剂（filteraids）

一种不可压缩的多孔微粒，在发酵液中加入固体助滤剂，则菌体可吸附于助滤剂微粒上，助滤剂就作为胶体粒子的载体，均匀地分布于滤饼层中，降低了滤饼的可压缩性，减小了过滤阻力。目前生物工业中常用的助滤剂是硅藻土，其次是珍珠岩粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素、白土等。32助滤剂的选择(1)粒度根据悬浮液中的颗粒和滤液的澄清度确定，一般颗粒较小的滤饼应采用细小的助滤剂。(2)助滤剂的品种应根据过滤介质选择助滤剂品种。使用粗目滤网时易泄漏，可选择石棉粉、纤维素；采用细目滤布时，可使用细硅藻土；(3)用量间歇操作时，过滤介质表面预涂助滤剂，其厚度应不小于2mm。连续过滤机中根据过滤速度确定。使用硅藻土时，通常细粒为500g/m3，中等粒度700g/m3,粗粒700-1000g/m3。33五.加入反应剂加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度。

1）加入反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀,生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，又能使蛋白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身可作为助滤剂.如在新生霉素发酵液中加入CacCl2和Na3PO4，生成Ca3(PO4)2沉淀。2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用酶将其转化为单糖，以提高过滤速率。如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入0.025%的淀粉酶，搅拌30min后，再加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。34发酵液中的杂质高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）杂蛋白常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞，影响过滤效率。采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力，有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化，使两相分离不清。因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。六、发酵液的相对纯化

在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质的交换容量。35（一）高价无机离子的去除方法Ca2+——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀（注意回收草酸）

；Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物；Fe2+——黄血盐，→普鲁士兰沉淀36（二）杂蛋白的去除方法沉淀法变性法吸附法371.杂蛋白去除-沉淀法precipitationA等电点沉淀法（isoelectricprecipitation）蛋白质的等电点大都在酸性范围内(pH4.0～5.5)，调节发酵液的pH到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。B.酸碱调节，使蛋白质与离子形成沉淀在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子形成沉淀，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、苦味酸盐等；在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等。382.杂蛋白去除-变性

Denaturation

蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。变性蛋白质溶解度较小。加热，大幅度调节pH值，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。不足之处：加热法只适合于对热较稳定的目的产物；极端pH值也会导致某些目的产物失活，且要消耗大量酸碱；有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。

392变性链霉素生产中，采用调pH至酸性（pH3.0），加热至70℃，维持半个小时的方法来使蛋白变性，能使过滤速度增大10-100倍，滤液粘度可降低1/6。柠檬酸发酵液，采用加热至80℃以上，使蛋白质变性凝固和降低发酵液粘度，从而大大提高了过滤速度。403.杂蛋白去除-吸附法adsorption加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚铁氰化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]2的胶状沉淀来吸附蛋白质，利用此法除蛋白质已取得很好的效果。在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，这两者本身生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。41发酵液的固液分离42一影响发酵液固液分离的因素1）发酵液中悬浮离子的大小432）发酵液的黏度viscosity

：固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大，固液分离越困难。影响粘度的因素：菌体的种类和浓度（重要因素），通常丝状菌、动物或植物细胞悬浮液粘度较大，浓度增大，粘度也提高。培养液中蛋白质、核酸大量存在：通常细胞破碎或细胞自溶后粘度增大。因此细胞破碎的程度应控制，发酵放罐时间要适宜。培养基成分：如用黄豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都会升高。此外，某些染菌发酵液，如染细菌，则粘度会增大。发酵过程的不正常处理，如大量过剩的培养基和消沫油加入，都会使粘度增大。影响发酵液固液分离的因素44收集胞内产物的细胞或菌体，分离除去液相，收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物（细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和它们的絮凝体等）。固液分离的目的包括两方面：45二常见的固液分离方法过滤filtration离心Centrifugation

膜分离membraneseparation双水相萃取ATPS扩张床吸附EBA46（一）过滤filtration过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差ΔP作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。过滤介质filtermedium

:过滤采用的多孔物质；滤浆filterpulp

:所处理的悬浮液；滤液filtrate

:通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣filtercake:被截留的固体物质。47滤饼过滤：当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐渐形成滤饼（滤渣）。在滤饼过滤中，当滤饼至一定厚度时即起主要的过滤作用适合于固体含量大于0.1%的悬浮液的过滤分离。48过滤推动力：悬浮液自身压强差、重力悬浮液的—外加压力过滤介质的—抽真空离心力过滤阻力：介质阻力：可视为平变，且一般过滤初较明显滤饼阻力:滤饼厚度：随过滤进行而增加滤饼特性：颗粒形状、大小。大多情况下，过滤阻力主要取决于滤饼阻力。49过滤速度的强化1．降低滤饼比阻力rB

一切能够降低rB的方法：如添加电解质、絮凝剂、凝固剂助滤剂等。2．降低滤液黏度μ

黏度愈低，过滤阻力愈小。加热、去杂蛋白、絮凝、调PH、选择合适的放罐时间。3．降低悬浮液中悬浮固体的浓度过滤速度与获得滤饼体积成反比。因此应尽可能降低培养基配料浓度（如玉米粉、豆饼粉的浓度）。4.对发酵液进行预处理，改善滤液性质。502过滤介质选择过滤介质起过滤作用，还是滤饼的支撑物。应具有足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。合理选择过滤介质：过滤介质所能截留的固体粒子大小：通常以过滤介质的孔径表示。常用的过滤介质中，纤维滤布所能截留的最小粒子约10μm，硅藻土为lμm，超滤膜可小于0.5μm。过滤介质的透过性：是指在一定的压力差下，单位时间单位过滤面积上通过滤液的体积量，它取决于过滤介质上毛细孔径的大小及数目。51过滤介质-织物介质又称滤布，应用最广泛，包括由棉、麻等天然纤维滤布和合成纤维滤布。其过滤性能受许多因素的影响，其中最重要的是纤维的特性、编织纹法和线型。

最高温度℃密度(kg／m3)吸水率％耐磨棉尼纶涤纶92105—12014515511413816-226.5-8.30.04-0.08良优优

滤

液澄清度阻力滤饼中含

水滤饼脱落寿命堵孔倾向平纹斜纹缎纹依次降依次降依次减依次易中长短依次易52过滤介质-粒状介质有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是优良的过滤介质：①一般不与酸碱反应，化学性能稳定；②形状不规则，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；③无毒且不可压缩，形成的过滤层阻力不随操作压力变化。硅藻土过滤介质通常有三种用法：（1）作为深层过滤介质。硅藻土过滤层具有曲折的毛细孔道，借筛分、吸附和深层效应作用除去悬浮液中的固体粒子，截留效果可达到1μm。（2）作为预涂层。在支持介质的表面上预先形成一层较薄的硅藻土预涂层，用以保护支持介质的毛细孔道不被滤饼层中的固体粒子堵塞。（3）用作助滤剂。53过滤介质-多孔固体介质

如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等，可加工成板状或管状，孔隙很小且耐腐蚀，常用于过滤含有少量微粒的悬浮液。54典型过滤设备：按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤实验室用抽滤装置板框压滤机（间歇操作）转筒真空过滤机（连续操作）过滤式离心机固液分离过滤设备551）实验室用抽滤装置562）板框压滤机

plateandframefilter

板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。

57板框压滤机包括板和框，多做成正方形，角端均开有小孔，装合压紧后即构成供滤浆或洗水流通的孔道。框的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆及滤饼的空间，滤板用以支撑滤布并提供滤液流出的通道。58板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。59板框压滤机优点过滤面积大，结构简单，价格低，动力消耗少，对不同过滤特性的发酵液适应性强。它最重要的特征是通过过滤介质时产生的压力降可以超过0.1MPa,这是真空过滤器无法达到的。缺点不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非过滤的辅助时间较长。60自动板框式压滤机自动板框压滤机在板框压紧；卸饼、清洗等操作中可自动完成，劳动强度小，辅助操作时间短。

自动压滤机结构复杂，价格昂贵，在一定程度上限制了它的应用和发展。613）真空转鼓过滤机（rotary-drumvacuumfilter）真空过滤设备以大气与真空之间的压力差作为过滤操作的推动力。生物工业中，用得较多的是转筒式真空过滤机和带式真空过滤机。转筒真空过滤机的结构转筒真空过滤机是一种连续操作的过滤设备，设备的主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布,圆筒内沿径向被筋板分隔成若干个空间。62转筒真空过滤机结构：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)；

滤浆槽。工作过程63转鼓式真空过滤机64转筒下部浸入滤浆槽中，浸没角约900-1300，圆筒缓慢旋转时(转速约0.5-2r／min)，筒内每一空间相继与分配头中的3个室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、卸饼等项操作。即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区，卸渣及再生区3个区域。65转筒真空过滤机优点：转筒真空过滤机可吸滤、洗涤、卸饼、再生连续化操作，生产能力大，劳动强度小，缺点：辅助设备多，投资大，且由于真空过滤，推动力小（不超过8×104Pa），滤饼湿度大（20％～30％）。主要适用霉菌发酵液，对菌体细小、黏度大铺助滤剂。对于滤饼阻力较大的物料适应能力较差。66带式真空过滤机带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工艺要求进行无级调速以及操作方便和动力消耗低的一种新型高效的脱水设备。67带式真空过滤机流程1、进料→过滤→滤饼洗涤→吸干→卸料→滤布清洗连续进行，配有PLC控制，自动化程度高。

2、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤、吸干的工艺要求，滤带运行速度采用变频无级调速，对不同物料有广泛的适应性。

3、在同一设备上可采用多次逆流洗涤得到高浓度的滤液，也可采用并流洗涤或顺流洗涤获得高纯度的滤饼。68结构：转鼓滤饼滤布滤网离心过滤机工作原理图转鼓(上有小孔，亦称悬框)；滤网；滤布；机架。

原理：

由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。4）离心过滤机（centrifugalfilter）69设备主要结构过程特点适用性板框压滤机滤板/滤框/夹紧机构/机架装合过滤洗涤卸渣整理加压过滤，推动力较大结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；间歇操作；洗涤时间长，生产效率低。应用广泛。对原料的适应性强转鼓真空过滤机转筒(滤网、滤布)/分配头、滤浆槽过滤洗涤吹干卸渣连续化生产，自动化程度高真空过滤，推动力较小；，滤饼湿度大，设备投资高适于粒度中等，粘度不太大的物料离心过滤机转鼓(滤网、滤布)/机架过滤洗涤卸渣离心过滤，推动力最大；滤液湿度小，设备成本高，应用广泛，过滤面积小。几种过滤设备的比较705）硅藻土过滤机diatomitefilter硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，由于硅藻土具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性，所以它是一种性能优良的工业滤剂。硅藻土过滤是以硅藻土作为过滤介质，它是一种预涂型过滤器，预涂、过滤、反冲洗是硅藻土过滤的一般工艺过程。在酿造、饮料、酒类和水处理等方面得到广泛应用。目前，国内主要用于酒类和饮料过滤

71硅藻72硅藻土过滤机73又称切向流过滤（Cross-FlowFiltration）传统过滤时过滤液体垂直于过滤介质，过滤阻力主要来之滤饼。错流过滤打破了传统过滤的机制，即液体的流向和滤膜相切。在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内壁作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变的过滤速度６）错流过滤74微滤过程示意图,料液快速经过薄膜,以减少形成滤饼错流过滤75朗极化工公司膜澄清过滤和膜浓缩的“错流过滤系统”

陶瓷膜错流过滤76错流过滤特点收率高（97-98%）质量好减少处理步聚染菌罐也能进行处理介质阻力大不能得到干滤饼需要大的膜面积目前适用于小分子的分离77（二）离心分离对于浓度较小，粒径较大，硬度较强的不溶物，可以采用过滤分离。但当固体颗粒细小而难以过滤时，发酵液不易被过滤纯化，离心操作往显得十分有效。离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。动植物细胞的收集、细胞碎片和沉淀的分离等常用离心分离。78优点：分离速度快，分离效率高、液相澄清度好；缺点：与过滤设备相比，设备投资高、能耗大、离心产生的固体浓缩物和过滤产生的浓缩不同。通常情况下离心只能得到一种较为浓缩的悬浮液或浆体。而过滤可获得的水分含量较低的滤饼。离心分离79离心力与转速80离心分离颗粒沉降速度d－颗粒直径；ρp－颗粒密度；ρm－液体介质密度；η－液体介质粘度；ω－旋转角速度；r－转轴中心到颗粒中心距离。增大离心力（ω2r）可提高沉降速度，对沉降速度小的颗粒，提高转速是有效的方法。与颗粒直径有关，大颗粒容易沉降。与颗粒密度和介质密度之差(ρp-ρm)成正比，随介质粘度增大而减小。81按速度和离心力：1、常速离心机最大转速8000rpm(r/min),相对离心力(RCF)104g以下,用于细胞、菌体和培养基残渣等分离；2、高速（冷冻）离心机1×104-2.5×104rpm，相对离心力104~105g,用于细胞碎片、较大细胞器、大分子沉淀物等分离；3、超速离心机转速2.5-8×104rpm，相对离心力5*105g；用于DNA、RNA蛋白质、细胞器、病毒分离纯化；检测纯度；沉降系数和相对分子量测定等。离心机的种类与用途对于常速和高速离心机，由于所分离的颗粒大小和密度相差较大，只要选择好离心速度和时间，就能达到分离效果。超速离心的离心方法：差速离心、密度梯度离心和等密度梯度离心。82按离心机的作用方式：斜角式平抛式管式蝶式螺旋式多室离心机的种类与用途831）斜角式离心机是一类结构最简单的实验室常用离心机，指离心管腔与转轴成一定倾角的转子；角度越大，沉降越结实，分离效果越好，角度越小，颗粒沉降距离短，沉降速度快，但分离效果差。颗粒在角转子中沉降时，先沿离心力方向撞向离心管，然后再沿管壁滑向管底，因此管的一侧会出现颗粒沉积。841）斜角式离心机结构稳定，可装载较多的样品使用较高的转速。加速或减速时，对样品有搅动。有些梯度离心要求用角转头，否则形成的梯度不均一，线性很差．852）平抛式离心机平抛式离心机一类结构简单的实验室常用的低中速离心机，转速一般在3000-6000rpm。转子活动管套内的离心管，静止时垂直挂在转头上，旋转时随着转子转动，从垂直悬吊上升到水平位置（约200—800rpm）。颗粒在水平转子中的沉降是沿管子轴向移动。样品便于收集受振动和变速搅乱后对流现象小，但转头结构复杂，最高转速相对要低容量也小一些。

86平抛式离心机转子87３）管式离心机

（tubular-bowlcentrifuge）管式离心机具有一个细长而高速旋转的转鼓，转鼓内装有纵向平板，其下部有进料口。上部两侧有重液相和轻液相出口。88管式离心机待处理的物料在一定压力（3×104Pa左右）下由进料管经底部空心轴进入鼓内，靠挡板分布于鼓的四周，并使料液迅速达到与转鼓相同的角速度。转鼓带动物料高速旋转，在离心力下，悬浮液沿转鼓内壁向上流动的，料液在离心力场的作用下因其密度差的存在而分离。澄清后的液相流动到转鼓上部的排液口排出。比重大的固体微粒逐渐沉积在转鼓内壁形成沉渣层，达到一定数量后，停机人工清除。89管式离心机特点：结构简单，可提供较大离心力，转速高，分离因数高达15000-65000。管状离心机可以冷却，有利蛋白质分离间歇操作，须定时拆卸、清洗适用于于分离乳浊液及含细颗粒的稀悬浮液，适用于固含量低于1%，颗粒度小于5微米，黏度大的悬浮液澄清或固液两相密度差较小的分离。904）碟片式离心机disk-bowlcentrifuge是在管式离心机的基础上发展起来的，在转鼓中加入了许多重迭的碟片，缩短了颗粒的沉降距离，提高了分离效率。

是生物工业中应用最为广泛的一种离心机

有一个密封的转鼓，内装十至上百个锥顶角为60~100゜锥形碟片。碟片间的距离一般为0.5-2.5mm,91碟片式离心机工作原理当悬浮液在动压头的作用下，经中心管流入高速旋转的碟片之间的间隙时，便产生了惯性离心力，其中密度较大的固体颗粒在离心力作用下向上层碟片的下表面运动，而后在离心力作用下被向外甩出，沿碟片下表面向转子外围下滑，而液体则由于密度小，在后续液体的推动下沿着碟片的隙道向转子中心流动，然后沿中心轴上升，从套管中排出，达到分离的目的

92碟片式离心机类型人工排渣的碟片离心机碟片上不开孔，只有一个清液排出口。沉积在转鼓内壁上的沉渣，间歇排出。只适用于固体颗粒含量很少的悬浮液。喷嘴排渣的碟片离心机：当固体颗粒含量较多时，可采用具有喷嘴排渣的碟式离心沉降机。在有特殊形状内壁的转鼓壁上开设若干喷嘴

活门（活塞）排渣的碟片离心机这是近年来开发的机型，它和相同直径的活塞机相似，其速度可增加23%~30%,故可使分离因