食品生物技术导论第7章下游工程.ppt

食品生物技术导论 主讲人：李斌 第7章 食品生物技术下游技术 7.1概述 生物工程下游技术也叫下游工程，或生物活性物质分离纯化，是指从基因工程获得的动植物和微生物的有机体或器官中，从细胞工程、发酵工程和酶工程产物中把目的产物分离纯化出来，使之达到商业应用的目的。 7.1.1生物工程下游技术的重要性 （1）生物工程下游技术是生物工程产业化的必不可少的重要环节； （2）生物工程下游技术也是生物制品成本构成中的主要部分。在一般情况下，分离纯化的成本占生物产品总成本的50％以上； （3）改进分离工程是生物技术产业降低生产成本和提高经济效益的关键。 7.1.2生物工程下游技术的特点 在原料液中目标成分含量较低。下游工程的原料通常是发酵液或培养液，目标成分在原料液中的含量往往低于10％，甚至只有千分之一、万分之一。 原料液是复杂的多相体系既有完整的有机体和残破的菌丝碎片，又有胶体溶液和真溶液。目标成分可能分布在固相，也可能在液相，即可能在胞内也可能在胞外 目标成分的稳定性差，对热、pH、酶、空气、光、重金属离子等非常敏感，在不适宜的条件下即会分解和失活。 要求产品的纯度较高。生物技术的产品属于精细生物化工产品，必须达到各种法规标准，不少产品要求呈稳定的无色晶体。产品纯度越高，得率就越低。 7.1.3下游工程的目的产物 食品生物技术的目的产物是指对人体具有保健作用或治疗作用的功能因子，专用添加剂，以及专用于食品工业的微生物或酶类等 目的产物的特点： ①通常是活的有机体或具有生理活性的有机化合物，不稳定，易变性，易失活 ②许多目的产物的相对分子量较大，如酶类，多糖等 ③目的成分在制备液中的浓度往往很低，但产品的纯度却很高，通常应在95％以上。 ④目的产物中的生物制剂含有丰富的营养成分，易被微生物污染和分解 ⑤成分复杂，有的可用常规方法分析，有的则要应用分子检测技术检测 ⑥许多功能因子参与人体机能的精细调节，因此在性质上和数量上都不能有偏差 2.食品生物技术目的产物分类 ①蛋白质、多肽、氨基酸类，包括抗菌蛋白、内源抗生素、降压多肽、防御素、干扰素等 ②酶、辅酶、酶抑制剂类，如溶菌酶、纤维素酶、淀粉酶、尿激酶、超氧歧化酶、蛋白分解酶抑制剂等 ③多糖类，如食用胶、肝素、硫酸软骨素、透明质酸、壳聚糖、真菌多糖等 ④免疫调节类，如生长激素、白细胞介素等 ⑤其他，如脂类、多不饱和脂肪酸、去氧胆酸、维生素、芳香物质等 3.目的产物的商业用途 ①功能食品：许多蛋白质、活性多糖、脂类具有免疫和调节生理活动的功能。 ②食品添加剂：部分目的产物可作为精细生物化工产品、用于食品加工业改善食品的卫生质量和风味质量 ③生物药物：一些食品生物技术的目的产物不仅具有调节生理的功能，而且具有治疗的作用，如干扰素等 ④化妆品，部分目的产物可作为原料加工成各种化妆品、满足人们最求美的需要 7.1.4 下游工程的基本路线 按生产过程的4个阶段可对下游技术作如下简单归纳： (1)预处理和固液分离 主要技术有过滤和离心。固液分离以除去发酵液中的不溶性固形物杂质和菌体细胞。 过滤和离心相比，无论是投资费用还是运转费用，前者都要小得多，因而首选方法应是过滤。但因发酵液中的不溶性固形物和菌体细胞均是柔性体，细胞个体很小，特别是细菌，过滤时形成的滤饼均是高度可压缩性的，所以造成过滤困难。 絮凝技术、助滤剂和合适的过滤设备是技术关键，近年来菌体细胞过滤技术进展较大。 离心有离心沉降和离心过滤之分。工业生产物料的多样性，导致了离心机种类、形式、性能的多样性，可借鉴的品种较多。 如果产物在细胞内，收集细胞后就还要进行细胞的破碎和细胞碎片的分离。细胞碎片比细胞更难分离。 (2)提取(初步分离) 目的是除去与产物性质差异较大的杂质，为后道精制工序创造有利条件。提取操作中，通常是目的产物要求有较大浓缩比的过程，可选技术也比较多。 (3)精制(高度纯化) 目的是去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。通常采用对产物有高度选择性的技术，如色谱分离技术常被使用。结晶特别是重结晶通常也能获得纯度高的产物。 (4)成品制作 成品形式与产品的最终用途有关，有液态产品也有固态产品，美观的产品形态也是产品档次的一个标志。 7.1.5 下游工程的质量控制 生产者必须通过小试、中试、质量鉴定、试生产、正试生产等阶段，确定下游工程的工艺路线和参数。在生产过程中应严格执行工艺流程和参数，以保证高质量的产品。 下游工程的安全防护除遵循生物技术安全规定的一般原则外，还要求有清洁的GMP厂房，在关键工序或全过程应设置屏蔽防护装置，以避免环境污染物污染目的产物，也应防止重组生物材料等污染环境。 食