[理学]发酵工程下游技术2011.ppt

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[理学]发酵工程下游技术2011

发酵工程下游技术 教师:刘琳 Email: Liuwylisa@ 考核办法 理论教学 平时成绩 20分 考勤 10分 开卷考试或专题论文 70分 实验教学 平时成绩 40分 考勤 10分 实验报告 50分 第一章 发酵工程下游技术发展及发酵液 的预处理 第一节 发酵工程下游技术概论 主要内容: 1. 发酵工程下游技术。 2. 发酵工程下游加工过程的特点和重要性。 3. 发酵工程下游技术的基本原理。 4. 发酵工程下游加工过程的一般流程和主要单元 操作。 5. 下游加工过程的选择原则 6. 发酵工程下游加工过程的沿革及其发展趋势。 第一节 发酵工程下游技术概论 重点: 什么是发酵工程下游技术? 下游加工过程的一般流程和单元操作? 第一节 发酵工程下游技术概论 发酵工程下游技术 从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程,是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节。 第一节 发酵工程下游技术概论 发酵工程下游技术 从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程,是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节。 发酵工程下游加工过程的特点和重要性? 1.发酵液是复杂的多相系统; 发酵液是含有细胞、代谢产物和剩余培养基等多组分的多相系统,粘度常很大,从中分离固体物质很困难。 2.代谢产物在培养液中的浓度很低,并且稳定性差,而培养液中杂质含量却很高; 发酵产品在发酵液中浓度很低,且常常与代谢产物、营养物质等大量杂质共存于细胞内或细胞外,形成复杂的混合物;欲提取的产品通常很不稳定,遇热、极端pH、有机溶剂会分解或失活。 发酵产品在发酵液中的浓度 发酵工程下游加工过程的特点和重要性? 3. 下游加工过程的代价昂贵,回收率往往不高; 抗生素柠檬酸乙醇的发酵生产,下游加工过程占整个生产成本的60%,重组DNA,精制蛋白质的纯化过程则占整个生产成本的80-90%. 4. 分批操作,生物变异性大; 由于发酵是分批操作,生物变异性大,各批发酵液不尽相同,这就要求下游加工有一定弹性,特别是对染菌的批号也要能处理。 5. 发酵最后产品纯度要求较高。 蛋白质药杂蛋白含量2%;重组胰岛素中的杂蛋白含量0.01%。 发酵工程下游技术发展沿革 1. 第一代生物技术 19世纪60年代到20世纪40年代,青霉素等抗生素生产出现以前的酿造产业。 发酵的本质是微生物的作用,掌握纯种培养技术,20世纪中叶,原有酿造业产品的生产技术得到大力发展,形成了酒精、丙酮、丁醇等生产技术。 特点:产品大多属于属厌氧发酵过程产物,产品的化学结构简单,主要采用压滤、蒸馏等技术进行分离。 发酵工程下游技术发展沿革 2. 第二代生物技术 20世纪40年代到20世纪70年代,大型好氧发酵装置的开发和化工单元操作的引进,酿造产业逐渐扩展为发酵工业。 抗生素、氨基酸、有机酸、单细胞蛋白、酶制剂等发酵产品投入工业生产。 特点:产品类型多,不但有初级代谢产物还有次级代谢产物。产品结构复杂产品的多样性对分离纯化方法提出了更高要求,80%传统化学工业分离方法被引入发酵。 发酵工程下游技术发展沿革 3. 第三代生物技术 20世纪70年代以来,以DNA重组技术及细胞融合技术为代表,对人类有益的高附加值产品面世,如乙肝疫苗、干扰素、功能因子、低聚糖等生理活性物质。 由此人们注意到了下游技术对发展现代生物技术产业的重要性,许多发达国家加强研究力量在下游领域展开竞争,不断推出新技术、新产品、新装备以抢占更多的市场份额。 下游加工过程的一般流程和单元操作 发酵产品多样,分离纯化方法不同,但基本框架一致,按生产过程的顺序分为:发酵液的预处理和固液分离、初步纯化、高度纯化、成品加工。 下游加工过程的一般流程和单元操作 下游加工过程的一般流程和单元操作 达到工业应用水平的技术 固液分离技术:过滤、离心、絮凝。 细胞破碎技术:珠磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学破碎等技术。 初步分离纯化技术:沉淀、离子交换、萃取、超滤等技术。 高度分离纯化技术:小分子物质可通过离子交换、脱色和结晶、重结晶等方法。生物大分子的纯化采用各种色谱技

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