第十二发酵产物的提取与精制精要.ppt

第十二章 产物的提取与精制 第一节 概论 一、下游加工过程在发酵工程中的地位 1. 下游加工过程的定义 发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得。从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程(Down stream processing)。 2. 地位 二、发酵下游加工过程的特点 培养液(或发酵液)是复杂的多相系统 培养液中所欲提取的生物物质浓度很低，杂质含量很高 欲提取的生物物质通常很不稳定、遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解。 发酵或培养都是分批操作、生物变异性大，各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一定的弹性。 三、分离过程的机理与分离操作 1. 物理性质 （1）力学性质：重力、离心力、筛分 （2）热力学性质：状态变化、相平衡 （3）传质性质：粘度、扩散、热扩散 （4）电磁性质：电泳、电渗析、磁化 2. 化学性质 （1）化学热力学；化学平衡 （2）反应动力学：反应速率 （3）光化学性质：激光激发、离子化 3. 生物学性质 （1）分子识别：生物亲和作用、生物学识别 （2）输送性质：生物膜输送 （3）反应、响应、控制：酶反应、免疫系统 生物操作机理及其分离机理 四、发酵工业下游技术的一般工艺过程 1. 一般工艺过程 下游加工过程可分为4个阶段： 培养液(发酵液)的预处理和固液分离 初步纯化(提取) 高度纯化(精制) 成品加工 2. 工艺过程的划分 （1）预处理和固液分离：目的是除去发酵液中的菌体细胞和不溶性固体杂质。 （2）初步分离：目的是除去与产物性质差异较大的杂质。 （3）高度纯化：去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。 （4）成品制作：成品形式由产品的最终用途决定。 3. 选择下游加工工艺的原则 （1）是胞内产物还是胞外产物 （2）原料中产物和主要杂质浓度 （3）产物和主要杂质的物理化学特性及差异 （4）产品用途和质量标准 （5）产品的市场价格 （6）废液的处理方法等 第二节 发酵液的预处理和固液分离 发酵液预处理和固液分离的目的: (1)分离菌体和其他悬浮颗粒(细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物)； (2)除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，以利于提取和精制的顺利进行。 一、发酵液的预处理 （一）预处理的方法 ①高价无机离子的去除方法 ②杂蛋白质的去除 ③发酵液的凝聚和絮凝 1. 高价无机离子的去除方法 （1）钙离子 草酸 草酸溶解度较小，故用量大时，可用其可溶性盐，如草酸钠。反应生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固，提高滤液(也称为原液)质量。 但草酸价格较贵，应注意回收。 如四环类抗生素废液中，加入硫酸铅，在60℃下反应生成草酸铅。后者在90~95℃下用硫酸分解，经过滤、冷却、结晶后可以回收草酸。 （2）镁离子 三聚磷酸钠 它和镁离子形成可溶性络合物，用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。此法可用于环丝氨酸的提取。 （3）铁离子 黄血盐 使形成普鲁士蓝沉淀 2. 杂蛋白质的去除方法 （1）热变性 （2）沉淀 （3）大幅度改变pH 3. 发酵液的凝聚和絮凝 凝聚是在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。 絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。 （1）机理 电解质将胶体粒子表面上的电荷中和，减少存在于胶体粒子间的静电斥力，使伦敦·范德华(London—Vander waals)吸引力占优势，这样胶体就会凝聚成较大、较密实的粒子，或在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团使之更容易过滤。 （2）方法 在稀溶液中加入电解质 试剂： 酸、碱、简单电解质、合成的高分子电解质 （3）常用的絮凝剂 聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚胺衍生物、氯化钙、磷酸氢二钠 （4）影响絮凝的因素 絮凝剂的加量、絮凝剂的分子量和类型、溶液的pH、搅拌速度和时间等 A. 絮凝剂的加量（淀粉酶发酵液的絮凝试验） B. 溶液的pH （采用碱式氯化铝和阴离子聚丙烯酰胺搭配使用的混凝方法处理2709碱性蛋白酶发酵液 ） 絮凝技术预处理发酵液的优点： ①提高过滤速度的 ②有效地去除杂蛋白质和固体杂质，提高了滤液质量 二、发酵液的过滤 过滤就是将悬浮在发酵液中的固体颗粒与液体进行分离的过程。 1. 影响过滤速度的因素 ①菌种 ②发酵条件（培养基的