管式離心機(jī)用于白介素－ ２純化工藝的改進(jìn)

摘要： 以重組白介素－ ２（ＩＬ－ ２）發(fā)酵液和菌體破碎收集液為材料， 根據(jù)臺(tái)式離心機(jī)和管式離心機(jī)的換算公式， 求得了管式離心機(jī)的校正參數(shù)， 并討論處理量對(duì)管式離心機(jī)的實(shí)際利用率和離心沉淀濕重的影響， 結(jié)果表明管式離心機(jī)分離細(xì)胞破碎液的最佳處理量為 １Ｌ／ｍｉｎ， 操作時(shí)間只有臺(tái)式離心機(jī)的 １／２０； 分離菌液的最佳處理量為 ３Ｌ／ｍｉｎ， 操作時(shí)間只有臺(tái)式離心機(jī)的 １／１８。
　　關(guān)鍵詞： 管式離心機(jī)； 實(shí)際利用率； 處理量
　　中圖分類號(hào)： ＴＱ０５１．８＋４       文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： Ｂ   文章編號(hào)： １００５－ ８２６５（２００６）０３－ ００３４－ ０３
　　１ 前言
　　重組白介素－ ２（ＩＬ－ ２） 基因工程菌生產(chǎn)工藝中， 發(fā)酵后收集菌體和細(xì)胞破碎后收集包含體都是采用臺(tái)式離心機(jī) （Ｂｏｔｔｌｅ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓ）［１］， 每批次的處理量只有幾升， 每次離心時(shí)間為 １５～３０ ｍｉｎ．。由于準(zhǔn)備將生產(chǎn)量擴(kuò)大數(shù)倍， 如繼續(xù)使用原臺(tái)式離心機(jī)進(jìn)行分離， 則操作時(shí)間將大大延長(zhǎng)， 加大了生產(chǎn)成本， 也限制了生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大。與原臺(tái)式離心機(jī)相比， 管式高速離心機(jī)具有連續(xù)操作、方便的優(yōu)點(diǎn)， 故擬采用管式離心機(jī)（Ｔｕｂｕｌａｒｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓ）進(jìn)行離心試驗(yàn)， 選擇最佳操作條件， 從而縮短生產(chǎn)周期， 降低生產(chǎn)成本。
    ２ 換算公式和實(shí)驗(yàn)材料及過程
    ２．１ 換算公式
    由斯托克斯重力沉降速度［２］：
          
          
    式中， Ｑｔ 是管式離心機(jī)的實(shí)際處理能力， ξ是實(shí)際處理能力和理論處理能力之間的校正參數(shù)， Ｌ 是管式離心機(jī)轉(zhuǎn)筒長(zhǎng)度， ｒｔ 是管式離心機(jī)內(nèi)徑， ωｔ 是管式離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度。
            
     ２．２ 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和材料
     大容量冷凍式離心機(jī) ＬＣ－ ６Ｂ 型（ 臺(tái)式）， 高速離心機(jī) ＣＲ－ ２１ 型（ 臺(tái)式）， 管式離心機(jī) ＧＱ７５ 型，蠕動(dòng)泵ＺＧ６０－ ６００ 型， 電子天平。
    實(shí)驗(yàn)材料是本公司重組白介素－ ２ 基因工程菌按照工藝條件發(fā)酵后的菌液和按照工藝條件對(duì)菌體破碎的收集液。
     ２．３ 實(shí)驗(yàn)過程
     ２．３．１ 破碎后收集液的離心實(shí)驗(yàn)
     高速離心機(jī)的批處理體積 Ｖｂ 為 １ Ｌ， 轉(zhuǎn)速 Ｎｂ 為１０ ０００ ｒ／ｍｉｎ， 離心時(shí)間 ｔｂ 為 １５ ｍｉｎ， 批輔助時(shí)間 ｔｗ 為５ｍｉｎ， ｒｂ１、ｒｂ２ 分別為 ０．１３８ ｍ 和 ０．８５５ ｍ； 管式離心機(jī)的處理體積 Ｖｔ 也為 １ Ｌ， 轉(zhuǎn)速為 ２０ ０００ ｒ／ｍｉｎ， 采用蠕動(dòng)泵控制破碎收集液進(jìn)入管式離心機(jī)的流量 （ 即管式離心機(jī)的實(shí)際處理量 Ｑ） 為 ０．５、 ０．７、０．８、１．０、１．２、１．５、２．０Ｌ／ｍｉｎ， 將收集得到的沉淀， 用電子天平稱重， 即為包含體濕重（Ｍｉ）。
     ２．３．２ 菌液的離心實(shí)驗(yàn)
     大容量冷凍離心機(jī)的批處理體積 Ｖｂ 為 ６ Ｌ， 轉(zhuǎn)速Ｎｂ 為 ４ ２００ ｒ／ｍｉｎ， 離心時(shí)間 ｔｂ 為 ３０ ｍｉｎ， 批輔助時(shí)間ｔｗ 為 ６ ｍｉｎ， ｒｂ１、ｒｂ２ 分別為 ０．２５４ ｍ 和 ０．１１６ ｍ； 管式離心機(jī)的處理體積 Ｖｔ 也為 ６ Ｌ， 轉(zhuǎn)速為 ２０ ０００ ｒ／ｍｉｎ， 采用蠕動(dòng)泵控制菌液的進(jìn)入管式離心機(jī)的流量 （即管式離心機(jī)的處理量 Ｑ） 為０．５、０．８、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ Ｌ／ｍｉｎ，將不同流量下收集得到的菌體用ＴＥ （ ０．０５ ｍｏｌ／Ｌ 的Ｔｒｉｓ－ ＨＣｌ， １ ｍｏｌ／Ｌ ＥＤＴＡ， ｐＨ８．２） 懸浮洗滌兩次， 離心棄上清， 沉淀用電子天平稱重， 即為菌體濕重（Ｍｅ）。
     ３ 結(jié)果與處理
     ３．１ 破碎后收集液的離心結(jié)果
     ３．１．１ 處理量對(duì)離心結(jié)果的影響
     以處理量 Ｑ 為橫坐標(biāo)， 不同處理量所得的包含體濕重 Ｍｉ 為縱坐標(biāo)作圖， 結(jié)果見圖 １。
     由圖 １ 可見， 在小于 １．０ Ｌ／ｍｉｎ 范圍內(nèi)， 隨處理量逐漸增大， 包含體濕重量幾乎不變， 而隨著處理量超出１．０ Ｌ／ｍｉｎ 后繼續(xù)增大， 包含體濕重逐漸減少， 這是由于處理量已經(jīng)超出管式離心機(jī)的實(shí)際處理能力， 導(dǎo)致有部分包含體沒有被徹底分離就流出離心機(jī)。因此認(rèn)為 １．０ Ｌ／ｍｉｎ 就是管式離心機(jī)分離包含體的實(shí)際處理能力， 即此時(shí)的實(shí)際利用率 η為 １００％。
                      
     將數(shù)據(jù)代入式（１０）， 可計(jì)算得到管式離心機(jī)的校正系數(shù) ξ為 ０．７８。
   將所得校正系數(shù) ξ值， 代入式（１１）， 可求得不同處理量下的實(shí)際利用率 η， 處理量和 η的關(guān)系見圖 １。由式（１０） 和圖 １ 可知， 當(dāng)處理量從 ０．５ Ｌ／ｍｉｎ 線性增大至 １．０ Ｌ／ｍｉｎ， 實(shí)際利用率也相應(yīng)從 ５０％線性增大至１００％， 故最佳的處理量為 １．０ Ｌ／ｍｉｎ。
   ３．１．２ 經(jīng)濟(jì)性分析
   將高速離心機(jī)的批處理體積（Ｖｂ） 和處理時(shí)間（ｔｂ、ｔｗ） 代入式 （７）， 可計(jì)算得到該離心機(jī)的處理量約為０．０５ Ｌ／ｍｉｎ。
   以破碎收集液 ８ Ｌ 計(jì)， 離心機(jī)的總離心時(shí)間為１６０ ｍｉｎ， 而管式離心機(jī)的離心時(shí)間只有 ８ ｍｉｎ， 是前者的 １／２０； 二者的功率相當(dāng)， 故采用管式離心機(jī)的能耗只有高速離心機(jī)的 １／２０。
   ３．２ 菌液的離心結(jié)果
   ３．２．１ 處理量對(duì)離心結(jié)果的影響
   根據(jù)式（１１）， 代入已求得的校正系數(shù)值和大容量冷凍離心機(jī)數(shù)據(jù)， 計(jì)算出管式離心機(jī)在不同處理量下的實(shí)際利用率。以處理量 Ｑ 為橫坐標(biāo)， 不同處理量所得的菌體濕重 Ｍｅ 和實(shí)際利用率 η為縱坐標(biāo)作圖， 結(jié)果見圖 ２。
                    
     由圖 ２ 可見， 隨著處理量的逐漸增大， 管式離心機(jī)的實(shí)際利用率隨之逐漸增大， 而菌體濕重量幾乎不變。由于該設(shè)備的限制（設(shè)計(jì)處理能力為０．３～３．３ Ｌ／ｍｉｎ）， 故確定管式離心機(jī)離心菌液的的最佳處理量為 ３ Ｌ／ｍｉｎ。
     ３．２．２ 經(jīng)濟(jì)性分析
    將大容量冷凍式離心機(jī)的批處理體積（Ｖｂ） 和處理時(shí)間（ｔｂ、 代入式（７）， 可計(jì)算得到該離心機(jī)的處理量 ｔｗ）約為 ０．１７ Ｌ／ｍｉｎ。
    以菌液１２０ Ｌ 計(jì)， 大容量冷凍式離心機(jī)的總離心時(shí)間為７２０ ｍｉｎ（１２ ｈ）， 而管式離心機(jī)的離心時(shí)間只有 ４０ｍｉｎ，是前者的 １／１８； 二者的功率均為１．２ ｋＷ， 故采用管式離心機(jī)的能耗只有大容量冷凍式離心機(jī)的 １／１８。
      ４ 結(jié)論
     ＧＱ７５ 型管式離心機(jī)的校正系數(shù)為 ０．７８， 用于破碎收集液離心分離 ＩＬ－ ２ 包含體的最佳處理量為 １．０Ｌ／ｍｉｎ； 在該處理量下， 離心時(shí)間和能耗都是 ＣＲ－ ２１ 型高速離心機(jī)的 １／２０。
     ＧＱ７５ 型管式離心機(jī)用于 ＩＬ－ ２ 菌液離心的最佳處理量為 ３Ｌ／ｍｉｎ； 在該處理量下， 離心時(shí)間和能耗都是ＬＣ－ ６Ｂ 型大型冷凍離心機(jī)的 １／１８。