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管式离心机用于白介素－２纯化工艺的改进

资讯类型：行业新闻加入时间：2008年7月3日11:4

                        管式离心机用于白介素－２纯化工艺的改进
                         邵勇军李云华  史明珍杨永成  王俊
                  （江苏金丝利药业有限公司，江苏宜兴２１４２０５）
    摘要：以重组白介素－２（ＩＬ－２）发酵液和菌体破碎收集液为材料，根据台式离心机和管式离心机的换算公式，求得了管式离心机的校正参数，并讨论处理量对管式离心机的实际利用率和离心沉淀湿重的影响，结果表明管式离心机分离细胞破碎液的最佳处理量为１Ｌ／ｍｉｎ，操作时间只有台式离心机的１／２０；分离菌液的最佳处理量为３Ｌ／ｍｉｎ，操作时间只有台式离心机的１／１８。
    关键词：管式离心机；实际利用率；处理量
    中图分类号：ＴＱ０５１．８＋４       文献标识码：Ｂ   文章编号：１００５－８２６５（２００６）０３－００３４－０３
     １前言
     重组白介素－２（ＩＬ－２）基因工程菌生产工艺中，发酵后收集菌体和细胞破碎后收集包含体都是采用台式离心机（Ｂｏｔｔｌｅｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓ）［１］，每批次的处理量只有几升，每次离心时间为１５～３０ｍｉｎ。由于准备将生产量扩大数倍，如继续使用原台式离心机进行分离，则操作时间将大大延长，加大了生产成本，也限制了生产规模的扩大。与原台式离心机相比，管式高速离心机具有连续操作、方便的优点，故拟采用管式离心机（Ｔｕｂｕｌａｒｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓ）进行离心试验，选择最佳操作条件，从而缩短生产周期，降低生产成本。
     ２换算公式和实验材料及过程
     ２．１换算公式
     由斯托克斯重力沉降速度［２］：

     式中，ｖｇ为重力沉降速度，ｄｐ为粒径，ρｓ为固体颗粒密度，ρＬ为液体密度，ｇ为重力加速度，μＬ为液体粘度。
     则离心沉降速度：

式中，ｖｓ为离心沉降速度，ｒ离心半径，即从旋转轴心到沉降颗粒的距离，ω为旋转角速度。

    Ｎ为离心机的转速（ｒ／ｍｉｎ）。
    则可推得

则由上式积分可推得为

ｔｂ是台式离心机的溶质完全沉降离心时间（ｍｉｎ），ｒｂ１、ｒｂ２分别是台式离心机旋转轴中心到样品液表面和离心管底部的垂直距离，ωｂ是台式离心机的旋转角速度。

    式中，Ｑｂ是台式离心机的处理能力（Ｌ／ｍｉｎ），Ｖｂ是台式离心机的批处理体积（Ｌ），ｔｗ是台式离心机的批处理辅助时间（ｍｉｎ）。
    管式离心机的实际处理能力［３］：

    式中，Ｑｔ是管式离心机的实际处理能力，ξ是实际处理能力和理论处理能力之间的校正参数，Ｌ是管式离心机转筒长度，ｒｔ是管式离心机内径，ωｔ是管式离心机的旋转角速度。
            Ｑ＝Ｑη                                                （９）
     式中，Ｑ是管式离心机的实际处理量，η是设备处理能力的实际利用率。
     将式（７）和式（８）相乘后，并将式（９）代入并转换得到

将式（３）代入式（１０），并将公式作变换，得下式

     ２．２实验设备和材料
     大容量冷冻式离心机ＬＣ－６Ｂ型（台式），高速离心机ＣＲ－２１型（台式），管式离心机ＧＱ７５型，蠕动泵ＺＧ６０－６００型，电子天平。
     实验材料是本公司重组白介素－２基因工程菌按照工艺条件发酵后的菌液和按照工艺条件对菌体破碎的收集液。
     ２．３实验过程
     ２．３．１破碎后收集液的离心实验
     高速离心机的批处理体积Ｖｂ为１Ｌ，转速Ｎｂ为１００００ｒ／ｍｉｎ，离心时间ｔｂ为１５ｍｉｎ，批辅助时间ｔｗ为５ｍｉｎ，ｒｂ１、ｒｂ２分别为０．１３８ｍ和０．８５５ｍ；管式离心机的处理体积Ｖｔ也为１Ｌ，转速为２００００ｒ／ｍｉｎ，采用蠕动泵控制破碎收集液进入管式离心机的流量（即管式离心机的实际处理量Ｑ）为０．５、０．７、０．８、１．０、１．２、１．５、２．０Ｌ／ｍｉｎ，将收集得到的沉淀，用电子天平称重，即为包含体湿重（Ｍｉ）。
     ２．３．２菌液的离心实验
     大容量冷冻离心机的批处理体积Ｖｂ为６Ｌ，转速Ｎｂ为４２００ｒ／ｍｉｎ，离心时间ｔｂ为３０ｍｉｎ，批辅助时间ｔｗ为６ｍｉｎ，ｒｂ１、ｒｂ２分别为０．２５４ｍ和０．１１６ｍ；管式离心机的处理体积Ｖｔ也为６Ｌ，转速为２００００ｒ／ｍｉｎ，采用蠕动泵控制菌液的进入管式离心机的流量（即管式离心机的处理量Ｑ）为０．５、０．８、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０Ｌ／ｍｉｎ，将不同流量下收集得到的菌体用ＴＥ（０．０５ｍｏｌ／Ｌ的Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ，１ｍｏｌ／ＬＥＤＴＡ，ｐＨ８．２）悬浮洗涤两次，离心弃上清，沉淀用电子天平称重，即为菌体湿重（Ｍｅ）。
     ３结果与处理
     ３．１破碎后收集液的离心结果
     ３．１．１处理量对离心结果的影响
     以处理量Ｑ为横坐标，不同处理量所得的包含体湿重Ｍｉ为纵坐标作图，结果见图１。
     由图１可见，在小于１．０Ｌ／ｍｉｎ范围内，随处理量逐渐增大，包含体湿重量几乎不变，而随着处理量超出１．０Ｌ／ｍｉｎ后继续增大，包含体湿重逐渐减少，这是由于处理量已经超出管式离心机的实际处理能力，导致
有部分包含体没有被彻底分离就流出离心机。因此认为１．０Ｌ／ｍｉｎ就是管式离心机分离包含体的实际处理能力，即此时的实际利用率 η为１００％。

     将数据代入式（１０），可计算得到管式离心机的校正系数 ξ为０．７８。
     将所得校正系数ξ值，代入式（１１），可求得不同处理量下的实际利用率η，处理量和η的关系见图１。由式（１０）和图１可知，当处理量从０．５Ｌ／ｍｉｎ线性增大至１．０Ｌ／ｍｉｎ，实际利用率也相应从５０％线性增大至１００％，故最佳的处理量为１．０Ｌ／ｍｉｎ。
     ３．１．２经济性分析
     将高速离心机的批处理体积（Ｖｂ）和处理时间（ｔｂ、ｔｗ）代入式（７），可计算得到该离心机的处理量约为０．０５Ｌ／ｍｉｎ。
     以破碎收集液８Ｌ计，离心机的总离心时间为１６０ｍｉｎ，而管式离心机的离心时间只有８ｍｉｎ，是前者的１／２０；二者的功率相当，故采用管式离心机的能耗只有高速离心机的１／２０。
     ３．２菌液的离心结果
     ３．２．１处理量对离心结果的影响
     根据式（１１），代入已求得的校正系数值和大容量冷冻离心机数据，计算出管式离心机在不同处理量下的实际利用率。以处理量Ｑ为横坐标，不同处理量所得的菌体湿重Ｍｅ和实际利用率η为纵坐标作图，结果见图２。

     由图２可见，随着处理量的逐渐增大，管式离心机的实际利用率随之逐渐增大，而菌体湿重量几乎不变。由于该设备的限制（设计处理能力为０．３～３．３Ｌ／ｍｉｎ），故确定管式离心机离心菌液的的最佳处理量为３Ｌ／ｍｉｎ。
     ３．２．２经济性分析
     将大容量冷冻式离心机的批处理体积（Ｖｂ）和处理时间代入式（７），可计算得到该离心机的处理量（ｔｂ、ｔｗ）约为０．１７Ｌ／ｍｉｎ。
     以菌液１２０Ｌ计，大容量冷冻式离心机的总离心时间为７２０ｍｉｎ（１２ｈ），而管式离心机的离心时间只有４０ｍｉｎ，是前者的１／１８；二者的功率均为１．２ｋＷ，故采用管式离心机的能耗只有大容量冷冻式离心机的１／１８。
      ４结论
      ＧＱ７５型管式离心机的校正系数为０．７８，用于破碎收集液离心分离ＩＬ－２包含体的最佳处理量为１．０Ｌ／ｍｉｎ；在该处理量下，离心时间和能耗都是ＣＲ－２１型高速离心机的１／２０。
      ＧＱ７５型管式离心机用于ＩＬ－２菌液离心的最佳处理量为３Ｌ／ｍｉｎ；在该处理量下，离心时间和能耗都是ＬＣ－６Ｂ型大型冷冻离心机的１／１８。
     参考文献：
     ［１］阎颖，郝茜，范国梁，等．纯化基因重组白细胞介素２的初步研究［Ｊ］．色谱，２０００，１８（４）：３２５～３２７．
     ［２］赵汝博，管国锋．化工原理［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９５．
     ［３］孙彦．生物分离工程［Ｍ］．北京：化学工业出版社，１９９８   责任编辑：周林华（０７９１－３７０８０２９）

文章来自：中国离心机网

文章作者：网络管理员

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