第八章发酵工程下游技术解读.ppt

吸附色谱：混合物随流动相通过固定相（吸附剂）时，由于固定相对不同物质的吸附力不同而使混合物分离的方法。 分配色谱：利用混合物中各物质在两液相中的分配系数不同而分离。 离子交换色谱：基于离子交换树脂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，由于混合物中不同溶质对交换剂具有不同的亲合力而将它们分离。 凝胶色谱：凝胶为固定相，是一种根据各物质分子大小不同而进行分离的色谱技术，又称为分子筛色谱、空间排阻色谱或尺寸排阻色谱。 亲合色谱：生物体中许多大分子化合物具有与其结构相对应的专一分子可逆结合的特性，把与目的产物具有特异亲合力的生物分子固定化后作为固定相，当含有目的产物的混合物（流动相）流经此固定相时，即可把目的产物从混合物中分离出来。 离子交换装置 气相色谱仪 液相色谱仪 适合于大规模工业化生产的传统技术经过改造提高后，适应面更宽，效率会更高，仍然显示出强劲的生命力。 各种新型高效的过滤机械和离心机械的问世，结晶理论和离子交换技术的新进展，提高了产品的收率、质量和生产效率。 五、下游技术的发展动态 ——成本、质量、环保将是该技术发展方向和动力 1. 传统分离技术的提高和完善 1）新型分离介质的研究开发 2）子代分离技术 3）其他新兴下游技术 2. 新技术的研究开发 膜（膜材料和膜制造工艺）、树脂（离子交换树脂和大网格树脂）和凝胶（琼脂糖凝胶为基质，与各种配基结合后制成各种色谱分离介质）是目前主要的新型分离介质。 各种分离纯化技术相互结合、交叉、渗透，形成子代分离技术。如膜技术和萃取、蒸馏、蒸发技术相结合形成了膜萃取技术、膜蒸馏及渗透蒸发技术；色谱技术与离子交换技术等结合形成了离子交换色谱、等电聚焦色谱等。 由溶剂萃取技术衍生出一大批生物工业分离技术，如双水相萃取、超临界CO2萃取、反胶团萃取（细胞碎片去除、细胞胞内物质、酶及蛋白质、天然生物物质的提取分离）；菌体絮凝技术和菌体细胞破碎技术的进展为工业化经济地分离菌体细胞和大规模生产胞内物质创造了技术前提。 本章要求 熟悉下游加工过程的重要性和特点 了解下游加工技术的发展过程 掌握下游加工过程的主要步骤和主要单元操作 了解产物提取分离所涉及的相关设备 第八章 发酵工程下游技术 黄小龙 一、下游加工过程在生物技术中的地位 下游技术（工程） （downstream processing）：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术。 下游加工过程的重要性。（组成、费用和关注程度） ①组成：下游加工过程是生物技术的重要组成部分，发酵液或反应液需要经过下游加工过程才能成为成品； ②费用：传统发酵工业中下游部分的费用占整个工厂投资费用的６０％，而对重组ＤＮＡ生产蛋白质等基因工程产品，下游加工的费用可占整个生产费用的８０％－９０％； ③关注程度：英国政府工业部于１９８３年发起生物分离计划（ＢＩＯＳＥＰ），专门研究下游加工过程；１９８７年英国化学工业会召开了专门讨论下游加工过程的国际会议；我国也于１９８９年在济南召开了一次专门会议；近十年来国内外有关生物分离或蛋白质纯化的专著陆续出版。 二、下游加工过程的特点 含水多，产物含量低； 含菌体蛋白； 溶有原来培养基成分； 相当多的副产物和色素； 易被杂菌污染或使产物进一步分解； 易起泡，粘性物质多。 1. 发酵液的特点 2. 整个下游加工过程应遵循下列四个原则 时间短； 温度低； pH适中（选择在生物物质的温度范围内）； 严格清洗消毒（包括厂房、设备及管路，注意死角），这和传统产品抗生素的生产是一致的。 对基因工程产品还应注意生物安全（biosafety）问题，要防止菌体扩散，一般要求在密封的环境下操作。 三、生物工业下游技术的发展历程 古代酿造业 2. 第一代生物技术 　　古代酿造业包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。技术原始、家庭式作坊、产物基本不经过后处理而直接使用，无下游技术。 　　主要指19世纪60年代---20世纪40年代青霉素等抗生素出现之前的生物技术产业。发现了发酵的本质是微生物的作用，掌握了纯种培养技术，生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。到20世纪上半叶，逐渐开发形成了发酵法生产酒精、丙酮、丁醇等微生物发酵工业（厌氧发酵），其产品相对简单，基本上是无活性的小分子。此时开始引入过滤、蒸馏、精馏等近代分离技术。 　　以20世纪40年代出现的青霉素产品为代表。 　　无菌空气制备技术、大型好氧发酵装置开发，一大批通风发酵技术产品相继投入了工业生产，如抗生素（链霉素）、氨基酸（谷氨酸）、有机酸（核酸、柠檬酸）、酶制剂（淀粉酶）、微生物多糖和单细胞蛋白等。产品多样性决定了分离方