[理学]发酵工程下游技术2011.ppt

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