摘要： 以重組白介素－ ２（ＩＬ－ ２）發酵液和菌體破碎收集液為材料， 根據臺式離心機和管式離心機的換算公式， 求得了管式離心機的校正參數， 并討論處理量對管式離心機的實際利用率和離心沉淀濕重的影響， 結果表明管式離心機分離細胞破碎液的最佳處理量為 １Ｌ／ｍｉｎ， 操作時間只有臺式離心機的 １／２０； 分離菌液的最佳處理量為 ３Ｌ／ｍｉｎ， 操作時間只有臺式離心機的 １／１８。
　　關鍵詞： 管式離心機； 實際利用率； 處理量
　　中圖分類號： ＴＱ０５１．８＋４       文獻標識碼： Ｂ   文章編號： １００５－ ８２６５（２００６）０３－ ００３４－ ０３
　　１ 前言
　　重組白介素－ ２（ＩＬ－ ２） 基因工程菌生產工藝中， 發酵后收集菌體和細胞破碎后收集包含體都是采用臺式離心機 （Ｂｏｔｔｌｅ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓ）［１］， 每批次的處理量只有幾升， 每次離心時間為 １５～３０ ｍｉｎ．。由于準備將生產量擴大數倍， 如繼續使用原臺式離心機進行分離， 則操作時間將大大延長， 加大了生產成本， 也限制了生產規模的擴大。與原臺式離心機相比， 管式高速離心機具有連續操作、方便的優點， 故擬采用管式離心機（Ｔｕｂｕｌａｒｃｅｎｔｒｉｆｕｇｅｓ）進行離心試驗， 選擇最佳操作條件， 從而縮短生產周期， 降低生產成本。
    ２ 換算公式和實驗材料及過程
    ２．１ 換算公式
    由斯托克斯重力沉降速度［２］：
          
          
    式中， Ｑｔ 是管式離心機的實際處理能力， ξ是實際處理能力和理論處理能力之間的校正參數， Ｌ 是管式離心機轉筒長度， ｒｔ 是管式離心機內徑， ωｔ 是管式離心機的旋轉角速度。
            
     ２．２ 實驗設備和材料
     大容量冷凍式離心機 ＬＣ－ ６Ｂ 型（ 臺式）， 高速離心機 ＣＲ－ ２１ 型（ 臺式）， 管式離心機 ＧＱ７５ 型，蠕動泵ＺＧ６０－ ６００ 型， 電子天平。
    實驗材料是本公司重組白介素－ ２ 基因工程菌按照工藝條件發酵后的菌液和按照工藝條件對菌體破碎的收集液。
     ２．３ 實驗過程
     ２．３．１ 破碎后收集液的離心實驗
     高速離心機的批處理體積 Ｖｂ 為 １ Ｌ， 轉速 Ｎｂ 為１０ ０００ ｒ／ｍｉｎ， 離心時間 ｔｂ 為 １５ ｍｉｎ， 批輔助時間 ｔｗ 為５ｍｉｎ， ｒｂ１、ｒｂ２ 分別為 ０．１３８ ｍ 和 ０．８５５ ｍ； 管式離心機的處理體積 Ｖｔ 也為 １ Ｌ， 轉速為 ２０ ０００ ｒ／ｍｉｎ， 采用蠕動泵控制破碎收集液進入管式離心機的流量 （ 即管式離心機的實際處理量 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 菌液的離心實驗
     大容量冷凍離心機的批處理體積 Ｖｂ 為 ６ Ｌ， 轉速Ｎｂ 為 ４ ２００ ｒ／ｍｉｎ， 離心時間 ｔｂ 為 ３０ ｍｉｎ， 批輔助時間ｔｗ 為 ６ ｍｉｎ， ｒｂ１、ｒｂ２ 分別為 ０．２５４ ｍ 和 ０．１１６ ｍ； 管式離心機的處理體積 Ｖｔ 也為 ６ Ｌ， 轉速為 ２０ ０００ ｒ／ｍｉｎ， 采用蠕動泵控制菌液的進入管式離心機的流量 （即管式離心機的處理量 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 結果與處理
     ３．１ 破碎后收集液的離心結果
     ３．１．１ 處理量對離心結果的影響
     以處理量 Ｑ 為橫坐標， 不同處理量所得的包含體濕重 Ｍｉ 為縱坐標作圖， 結果見圖 １。
     由圖 １ 可見， 在小于 １．０ Ｌ／ｍｉｎ 范圍內， 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 后繼續增大， 包含體濕重逐漸減少， 這是由于處理量已經超出管式離心機的實際處理能力， 導致有部分包含體沒有被徹底分離就流出離心機。因此認為 １．０ Ｌ／ｍｉｎ 就是管式離心機分離包含體的實際處理能力， 即此時的實際利用率 η為 １００％。
                      
     將數據代入式（１０）， 可計算得到管式離心機的校正系數 ξ為 ０．７８。
   將所得校正系數 ξ值， 代入式（１１）， 可求得不同處理量下的實際利用率 η， 處理量和 η的關系見圖 １。由式（１０） 和圖 １ 可知， 當處理量從 ０．５ Ｌ／ｍｉｎ 線性增大至 １．０ Ｌ／ｍｉｎ， 實際利用率也相應從 ５０％線性增大至１００％， 故最佳的處理量為 １．０ Ｌ／ｍｉｎ。
   ３．１．２ 經濟性分析
   將高速離心機的批處理體積（Ｖｂ） 和處理時間（ｔｂ、ｔｗ） 代入式 （７）， 可計算得到該離心機的處理量約為０．０５ Ｌ／ｍｉｎ。
   以破碎收集液 ８ Ｌ 計， 離心機的總離心時間為１６０ ｍｉｎ， 而管式離心機的離心時間只有 ８ ｍｉｎ， 是前者的 １／２０； 二者的功率相當， 故采用管式離心機的能耗只有高速離心機的 １／２０。
   ３．２ 菌液的離心結果
   ３．２．１ 處理量對離心結果的影響
   根據式（１１）， 代入已求得的校正系數值和大容量冷凍離心機數據， 計算出管式離心機在不同處理量下的實際利用率。以處理量 Ｑ 為橫坐標， 不同處理量所得的菌體濕重 Ｍｅ 和實際利用率 η為縱坐標作圖， 結果見圖 ２。
                    
     由圖 ２ 可見， 隨著處理量的逐漸增大， 管式離心機的實際利用率隨之逐漸增大， 而菌體濕重量幾乎不變。由于該設備的限制（設計處理能力為０．３～３．３ Ｌ／ｍｉｎ）， 故確定管式離心機離心菌液的的最佳處理量為 ３ Ｌ／ｍｉｎ。
     ３．２．２ 經濟性分析
    將大容量冷凍式離心機的批處理體積（Ｖｂ） 和處理時間（ｔｂ、 代入式（７）， 可計算得到該離心機的處理量 ｔｗ）約為 ０．１７ Ｌ／ｍｉｎ。
    以菌液１２０ Ｌ 計， 大容量冷凍式離心機的總離心時間為７２０ ｍｉｎ（１２ ｈ）， 而管式離心機的離心時間只有 ４０ｍｉｎ，是前者的 １／１８； 二者的功率均為１．２ ｋＷ， 故采用管式離心機的能耗只有大容量冷凍式離心機的 １／１８。
      ４ 結論
     ＧＱ７５ 型管式離心機的校正系數為 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， 離心時間和能耗都是 ＣＲ－ ２１ 型高速離心機的 １／２０。
     ＧＱ７５ 型管式離心機用于 ＩＬ－ ２ 菌液離心的最佳處理量為 ３Ｌ／ｍｉｎ； 在該處理量下， 離心時間和能耗都是ＬＣ－ ６Ｂ 型大型冷凍離心機的 １／１８。