发酵工程下游加工工程.ppt

第八章 发酵工程下游加工工程
(downstream processing)
第一节 概 述
一. 重要性
1. 产品分离纯化是最终获得商业产品的环节
2. 发酵液是复杂的多相系统
发酵工程下游加工工程
(downstream processing)
第一节 概 述
一. 重要性
1. 产品分离纯化是最终获得商业产品的环节
2. 发酵液是复杂的多相系统
2. 生物产物的特殊特点：浓度、稳定性等
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几种产品在发酵液中的浓度
产品 典型浓度（g/L）
抗生素 25
氨基酸 100
酒精 100
有机酸 100
酶 20
蛋白质 10
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4. 投资费用高
抗生素、乙醇、柠檬酸占60%
纯化蛋白质80~90%
5. 分离纯化技术落后会阻碍发酵工程技术的发展
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5. 上游要为下游创造条件
选育不产生杂质的菌种
胞内产物变为胞外产物
在细胞内形成包含体
给目的产物接上特殊“物质”
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二. 基本原理
根据混合物中不同组分分配率的差异将其分配于几个物相中，如溶剂提取、盐析、结晶等
或将混合物置于某一物相中（液相），使各组分分配于不同区域，如电泳、超离心、超滤等
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三. 一般程序
1. 预处理和固液分离：加速固液相分离
2. 细胞破碎分离胞内产物
3. 初步纯化（提取）：除去与目的产物性
质差异很大的杂质
4. 高度纯化（精致）：除去与产物性质相
似的杂质
5. 产品加工
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第二节 发酵液的预处理和固液分离
一. 预处理
分离菌体和其它悬浮颗粒
去除部分可溶性杂质
改变滤液的性质
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（一）过滤特性的改变

产物浓度低1~10%
悬浮颗粒小
液相粘度大
性质不稳定
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1. 降低液体粘度
稀释 升高温度
2. 调节 pH
改变某些物质电荷特性
3. 凝聚与絮凝
改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质
的分散状态
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4. 加入助滤剂
不可压缩的多孔颗粒
硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠粉、白土、
炭粒、淀粉等
5. 加入反应剂
消除杂质对过滤的影响
新霉素发酵液中加入氯化钙和磷酸钠
磷酸钙：助滤剂，使某些蛋白质凝固
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（二）去除高价无机离子
1. Ca2+、Mg2+、Fe2+等影响树脂的交换容量
2. 用草酸去除钙离子，草酸钙还能促进蛋
白质凝固
3. 三聚磷酸钠与镁形成可溶性络合物
Na5P3O10+Mg2+ =MgNa3P3O10+2Na+
4. 黄血盐与铁离子形成普鲁土盐沉淀
3K4Fe(CN)6+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3+12K+
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（三）去除可溶性杂蛋白
1. 蛋白质等电点沉淀
两性物质，稳定性与所带电荷有关
酸性溶液中带正电荷，碱性中带负电荷
2. 酸性溶液中与阴离子物质结合形成沉淀
三氯醋酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味
酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等
3. 碱性溶液中与阳离子形成沉淀
Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+、Pb2+等
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4. 盐析
亲水胶体，加入碱金属中性盐，脱水剂
5. 热变性
一般蛋白质在70~80C发生不可逆变性
，加热到70 C保

柠檬酸发酵液在80 C处理
6. 加入絮凝剂
7. 吸附作用
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（三）去除色素及其它物质
1. 色素产生
微生物生长代谢产生，培养基带来
2. 去除方法
离子交换剂、离子交换纤维、活性炭等吸附
如DE