发酵产物的提取与精制概论.ppt

第十章发酵产物的提取与精制概论二、下游加工过程的特点
1、发酵液是复杂的多相系统，成分复杂：细胞、代谢产物、残余培养基
2、产品浓度低：传统发酵一般1～10％
3、普遍存在下游工程代价高，回收率较低（50％）左右等问题
4、产品存在失活、不稳定性问题
5、生物安全问题
三、下游加工过程设计应遵循的基本原则
1、时间短
2、温度低
3、pH适中
4、清洁卫生四、发酵产物提取与精制的过程
1、对未知的发酵产品提取的步骤
（1）确定发酵产物的类型
（2）确定发酵产物的稳定性2、发酵产物提取和精制过程的一般程序包括的阶段
（1）发酵液的预处理
离心和过滤
（2）产品的提取
萃取、吸附、沉淀、蒸发
（3）产品的精制
层析、膜分离、离子交换、沉淀、电泳
（4）产品的最后加工
结晶、干燥、蒸馏
第二节发酵醪的预处理二、发酵醪预处理的目的和要求
1、预处理的目的：
改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速度；
尽可能使产物转入便于以后处理的相中；
能够除去部分杂质。2、发酵醪预处理的要求:
（1）菌体的分离
（2）固体悬浮物的去除
（3）蛋白质的去除
（4）重金属离子的去除
（5）色素、热原质、毒性物质等有机杂质的去除
（6）改变发酵醪的性质
（7）调节适宜pH值和温度
三、预处理的方法：
1、加热法：
降低悬浮液的黏度，除去某些杂蛋白，降低悬浮物的最终体积，破坏凝胶状结构、增加滤饼的空隙度不适用热敏性的物质
2、调节悬浮液的pH
通过调节发酵醪pH到蛋白质的等电点使蛋白质沉淀，同时络合重金属离子；
常用的酸化剂有草酸、盐酸、硫酸和磷酸3、凝聚和絮凝
凝聚：在投加的化学物质（比如水解的凝聚剂，像铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚成1mm大小块状凝聚体的过程。
凝聚剂的作用：
有些是对初始粒子表面电荷的简单中和，另一些是消除双电荷层（采用中性盐例如NaCl等）而脱稳，还有些是通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合而产生凝聚。絮凝：使用絮凝剂（通常是天然或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。
凝聚剂和絮凝剂的种类：
（1）凝聚剂：主要是无机类电解质，大多为阳粒子
无机盐类：硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、三氯化铁、氯化铝、硫酸锌、硫酸镁、铝酸钠
金属氧化物类：氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化钙、石灰
聚合无机盐类：聚合铝、聚合铁（2）絮凝剂（按官能团分）
阴离子、阳离子、非离子
丙烯酰胺经不同的改性可成为上述三种类型之一

絮凝剂比凝聚剂贵
絮凝剂的最佳使用剂量：粒子表面积约有一半被聚合物覆盖时所用的絮凝剂量。
4、添加助滤剂：
一般为惰性助滤剂：是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质
作用：助滤剂表面具有吸附胶体的能力，并且由此助滤剂颗粒形成的滤饼具有格子型结构，不可压缩，滤孔不会被全部堵塞，可以保持良好的渗透性
使用方法（1）在滤布上预涂，作为过滤介质使用
（2）按一定比例混入待滤的悬浮液中
常用的助滤剂：硅藻土、膨胀珍珠岩、石棉、纤维素、未活化的碳、炉渣、重质碳酸钙
5、添加反应剂：
添加可溶解的盐类，生成不溶解的沉淀；
生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构；
沉淀本身可作为助滤剂，还能使胶状物和悬浮物凝固。

6、添加酶制剂：
比如：加酶将多糖转化为单糖四、菌体的分离方法
（1）离心分离
管式高速离心机、碟片式离心机
（2）过滤
真空过滤机、板框过滤机、常用过滤设备发酵后期要少加消泡剂和少进行补料，防止消泡剂和未用完的培养基增加过滤难度；
菌体自溶前放罐可防止因菌体自溶释放出的代谢产物增加发酵液黏度五、细胞破碎
细胞破碎的意义
微生物代谢产物大多数分泌到胞外，但有些目标产物存在细胞内部。目前重组DNA技术，表达的产品（如胰岛素、干扰素、白细胞介素等），都是胞内产物。首先必须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进一步提取。
常用破碎方法
机械法：珠磨法、高压匀浆法、超声波破碎法、X-press法等
非机械法：酶溶法、化学渗透法、冻融法、干燥法等1、机械破碎法
特点：处理量大、破碎效率高、速度快；
原理：对物料的挤压和剪切作用；
主要方法：
高压匀浆
珠磨
超声波破碎
高压匀浆
（1）原理：细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间的间隙高速喷出后撞击到碰撞环上，细胞在受到高速撞击后，急速释放到低压环境，在撞击力与剪切力的综合作用下破碎。
（2）影响破碎率的因素：
细胞壁、压力、温度、通过匀浆器的次数
不适合丝状真菌及包含体的基因工程菌
珠磨
工作原理：进入珠磨机的细胞悬浮液与极小的研磨剂，即微球（玻璃小珠、石英砂、氧化铝d<1mm）一起快速搅拌，细胞与微球之间互相碰撞、剪切，使细胞破碎，释放内含物。

珠磨超声波破碎
1、工作原理
在超声波的作用下，