生物制药下游技术-第三章-最新40页PPT
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生物工程下游技术98页PPT
• 4.成品的加工处理
•
主要操作单元是浓缩、结晶和干燥
4、生物分离工程的选择准则
• ① 生产成本要降低 • ② 工艺步骤要少 • ③ 操作程序要合理 • ④ 适应产品的技术规格 • ⑤ 生产要有规模 • ⑥ 产品具有稳定性 • ⑦ 环保和安全要求 • ⑧ 生产方式
第二章 发酵液的预处理
为何要对发酵液进行预处理？
• Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠 镁可溶性络合物；
• Fe2+ ——黄血盐，→普鲁士兰沉淀
杂蛋白的去除方法
(1) 沉淀法：蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，
能与一些阴离子（三氯乙酸盐、水扬酸盐）形成 沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子（Ag+、 Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。
• 2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用酶将其转 化为单糖，以提高过滤速率。如万古霉素用淀粉 作培养基，发酵液过滤前加入0.025%的淀粉酶， 搅拌30min后，再加2.5%硅藻土助滤剂，可提高 过滤效率5倍
高价无机离子的去除方法
• Ca2+ ——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉 淀（注意回收草酸） ；
一、发酵液的基本特性
• 发酵产物浓度较低，大多为1-10%， • 悬浮物颗粒小，细胞的相对密度与培养液相似。 • 可压缩性 • 液相粘度大，大多为非牛顿型流体； • 悬浮状态稳定：双电层、水化膜、布朗运动
--这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难。
二、预处理的目的和要求
预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物 的速度，提高固液分离的效率：
细胞(碎片)及某些胶体物质在某个pH值下也可能 趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。
生物工程下游技术 PPT课件
• Biochemical Engineering Journal
/science/journal/1369703X
• Separation and Purification Technology
/science/journal/13835866
• Journal of Membrane Science
/science/journal/03767388
References-SCI journals
• Enzyme and Microbial Technology
/science/journal/01410229
• Journal of Chemical Technology and Biotechnology
/jpages/0268-2575
References-SCI journals
• Separation and Purification Reviews
• P. A. Belter, E. L. Cussler, W. Hu. Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology. New York: John Wiley & Sons, 1988
• D. Forciniti. Industrial Bioseparations: Principles and Practice. Iowa: WileyBlackwell, 2008
考核方式
• 根据课程基本要求，结合平时成绩、课程论文及 笔试（期末考试）三方面进行综合评定。
• 平时成绩20％ • 课程论文20％ • 期末考试60％
主要内容
1. 绪论 2. 下游技术理论基础 3. 发酵液预处理与细胞破碎 4. 沉淀 5. 萃取分离 6. 膜分离 7. 吸附与离子交换 8. 色谱分离 9. 亲和色谱
/science/journal/1369703X
• Separation and Purification Technology
/science/journal/13835866
• Journal of Membrane Science
/science/journal/03767388
References-SCI journals
• Enzyme and Microbial Technology
/science/journal/01410229
• Journal of Chemical Technology and Biotechnology
/jpages/0268-2575
References-SCI journals
• Separation and Purification Reviews
• P. A. Belter, E. L. Cussler, W. Hu. Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology. New York: John Wiley & Sons, 1988
• D. Forciniti. Industrial Bioseparations: Principles and Practice. Iowa: WileyBlackwell, 2008
考核方式
• 根据课程基本要求，结合平时成绩、课程论文及 笔试（期末考试）三方面进行综合评定。
• 平时成绩20％ • 课程论文20％ • 期末考试60％
主要内容
1. 绪论 2. 下游技术理论基础 3. 发酵液预处理与细胞破碎 4. 沉淀 5. 萃取分离 6. 膜分离 7. 吸附与离子交换 8. 色谱分离 9. 亲和色谱
生物制药技术ppt课件
24
（6）交联度大小：交联度愈小，树脂愈易膨胀，交换速度 愈快。但交联度小的树脂选择性较差。
（7）有机溶剂的影响：当有有机溶剂存在时，会降低树 脂对有机离子的选择性，而容易吸附无机离子。 6、凝胶层析
1、溶剂:常用水、稀盐、稀酸、稀碱，有机溶剂如乙醇、 丙酮、氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的pH、温度范 围较广（pH3-6, -2-40℃）。适用于动植物和微生物原 料。
2、pH : 与溶解度和稳定性有很大关系，一般选择在 pI 的两侧。
12
3、温度：一般在5 ℃ 以下，但对温度耐受力较大的药物，可 适当的提高温度，使杂蛋白变性分离，有利于提取和纯化。 如胃蛋白酶、酵母醇脱氢酶及多肽激素类，选择37-50 ℃ 提 取，效果较好。 影响提取的因素：
1、被提取物质溶解度的大小：一般极性对极性；非极性 对非极性；酸对碱；碱对酸；高温；远离等电点。
2、扩散作用的影响：扩散方程式 G=DF*Δ C/Δ X*t 3、分配作用的影响：分配定律 (C1/C2)恒温、恒压=K
13
四、分离纯化Separation and Purification 1、盐析法
基 2、发酵法（ Zymotechnics）
本 3、化学合成（Chemical synthesize）
制 造
4、组织培养法（Tissue culture）
方 5、现代生物技术(Modern Biotechnics):
法
Gene engineering, Enzyme engineering,
Cell engineering , protein Engineering,
时比较少用。
10
B. 溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。 多用于微生物，对蜗牛酶、纤维酶及植物细胞也适用。如 用噬菌体感染大肠杆菌细胞制造DNA时，采用pH8.0的 0.1mol/L Tris-0.01mol/L EDTA 制成 2 亿/ml的细胞悬液， 然后加 入100μg~1mg的溶菌酶，在37 °C保温10min， 细菌胞壁即被破坏。
（6）交联度大小：交联度愈小，树脂愈易膨胀，交换速度 愈快。但交联度小的树脂选择性较差。
（7）有机溶剂的影响：当有有机溶剂存在时，会降低树 脂对有机离子的选择性，而容易吸附无机离子。 6、凝胶层析
1、溶剂:常用水、稀盐、稀酸、稀碱，有机溶剂如乙醇、 丙酮、氯仿、四氯化碳、丁醇等。丁醇提取的pH、温度范 围较广（pH3-6, -2-40℃）。适用于动植物和微生物原 料。
2、pH : 与溶解度和稳定性有很大关系，一般选择在 pI 的两侧。
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3、温度：一般在5 ℃ 以下，但对温度耐受力较大的药物，可 适当的提高温度，使杂蛋白变性分离，有利于提取和纯化。 如胃蛋白酶、酵母醇脱氢酶及多肽激素类，选择37-50 ℃ 提 取，效果较好。 影响提取的因素：
1、被提取物质溶解度的大小：一般极性对极性；非极性 对非极性；酸对碱；碱对酸；高温；远离等电点。
2、扩散作用的影响：扩散方程式 G=DF*Δ C/Δ X*t 3、分配作用的影响：分配定律 (C1/C2)恒温、恒压=K
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四、分离纯化Separation and Purification 1、盐析法
基 2、发酵法（ Zymotechnics）
本 3、化学合成（Chemical synthesize）
制 造
4、组织培养法（Tissue culture）
方 5、现代生物技术(Modern Biotechnics):
法
Gene engineering, Enzyme engineering,
Cell engineering , protein Engineering,
时比较少用。
10
B. 溶菌酶处理法：溶菌酶是专一地破坏细菌细胞壁的酶。 多用于微生物，对蜗牛酶、纤维酶及植物细胞也适用。如 用噬菌体感染大肠杆菌细胞制造DNA时，采用pH8.0的 0.1mol/L Tris-0.01mol/L EDTA 制成 2 亿/ml的细胞悬液， 然后加 入100μg~1mg的溶菌酶，在37 °C保温10min， 细菌胞壁即被破坏。
生物制药技术第三组PPT幻灯片
意事项及制剂日期之标签。
•
8、药剂科应将经常所配的各种制剂汇集登记，并详细注明调
配方法、试验心得，为日后提供生产技术资料做准各。
药品供应保管
• 1、计划预算
•
（1）药品的供应计划，应根据医院业务性质
工作范围、各科室请购计划、不同季节发病率、
过去历史资料、储备定额复写二份。一份送医
网络化管理
• 药房计算机网络化管理的优点：
•
网络化管理使药房中各药品库存数量、规格、单位、价格与计算机
的记录相一致，加强了药品管理和经济核算。
•
按计算机程序输入药品信息，实行帐、物两条线流水作业，帐物平
行移动，方便了医院药品管理和医务人员用药，杜绝了药品的浪费和损
失，也避免了帐、物不符的不正常现象。
识更新。
•
同时应当提高药剂人员的业务能力：药剂人员具备高素质的业务能力
是做好药房工作的前提和基础。因此药剂人员一定要熟悉国家药品管理法
律法规，对业务要精通熟练。这就要求注重药剂人员的业务学习和培训，
学习新知识，掌握新技术，促进药师队伍由文凭终身向终身教育转变，提
高药师队伍素质。鼓励现有药学人员参加执业药师资格考试来引导药师业
药公司，作为合同供应计划，一份存药剂科备查。
•
2、验收入库
人员素质管理
• 药房工作效率的高低直接影响了药房管理工作的成功与否，药房工作是医 院管理工作中的重要环节。
•
工作过程中要明确药剂人员在未来医院发展中的职责：药剂人员在未
来医院发展中的职责不仅仅是配方发药，更重要的是给患者提供各种各样
高附加值的专业服务，因此各级医院领导要高度重视药师的继续教育和知
制剂者应签名。
现代生物制药技术ppt课件
本身不能直接灭活病毒，而是细胞在干扰素作用后产生 出多种抗病毒蛋白，从而阻断病毒的繁殖。
精选ppt
24
分为a b t三型
基本特性包括种属特异性、作用广谱性和选择 性、相对无害性和特殊稳定性。
抗细胞内侵害微生物活性；抗细胞分裂活性； 调节免疫功能活性。
用于治疗恶性肿瘤和病毒性疾病
4 白细胞介素
白细胞介素是由白细胞或其他体细胞产生的又 在白细胞间起调节作用和介导作用的因子，是 一类重要的免疫调节剂。
双重旋转对称排列 回文结构 即正读与反读都相同
（3）各种限制酶的切割类型是各式各样的，切后形成各种 粘性末端或平整末端
精选ppt
30
错位切断DNA ---Cohesive ends Flush ends 识别序列不同的限制酶，切割后有可能产生相同的粘性末端。
同切口限制酶或同裂酶
在连接酶的作用下，可以得到嵌合DNA ，称为异源二聚体。 来源不同的限制酶，其识别序列可以相同，但其切点位置可不 同或相同。
约10万个gene 30亿对碱基
精选ppt
17
三 基因治疗
基因治疗从基因角度可以理解为将外来的基因 导入细胞，用正常的基因置换病源基因或补充缺 失的基因，从而达到治疗的效果。
基因治疗的疾病有三类：
致死性遗传性疾病
用过去的治疗法很难根治的癌症
爱滋病等后天性疾病
RNA 病毒可望用RNA 酶消灭 图1-4为用核酸酶（RNA 酶）
8 组织型纤溶酶原激活剂
tPA是一种丝氨酸蛋白酶，能激活纤溶酶原生成纤熔酶，纤溶
精选ppt
27
酶水解血凝块中的纤维蛋白网，导致血栓溶解。 主要用于治疗血栓性疾病
9 心钠素
较强的利钠、利尿、扩张血管和降低血压 治疗充血性心脏衰竭、高血压、肾功能衰竭、水肿、气喘
精选ppt
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分为a b t三型
基本特性包括种属特异性、作用广谱性和选择 性、相对无害性和特殊稳定性。
抗细胞内侵害微生物活性；抗细胞分裂活性； 调节免疫功能活性。
用于治疗恶性肿瘤和病毒性疾病
4 白细胞介素
白细胞介素是由白细胞或其他体细胞产生的又 在白细胞间起调节作用和介导作用的因子，是 一类重要的免疫调节剂。
双重旋转对称排列 回文结构 即正读与反读都相同
（3）各种限制酶的切割类型是各式各样的，切后形成各种 粘性末端或平整末端
精选ppt
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错位切断DNA ---Cohesive ends Flush ends 识别序列不同的限制酶，切割后有可能产生相同的粘性末端。
同切口限制酶或同裂酶
在连接酶的作用下，可以得到嵌合DNA ，称为异源二聚体。 来源不同的限制酶，其识别序列可以相同，但其切点位置可不 同或相同。
约10万个gene 30亿对碱基
精选ppt
17
三 基因治疗
基因治疗从基因角度可以理解为将外来的基因 导入细胞，用正常的基因置换病源基因或补充缺 失的基因，从而达到治疗的效果。
基因治疗的疾病有三类：
致死性遗传性疾病
用过去的治疗法很难根治的癌症
爱滋病等后天性疾病
RNA 病毒可望用RNA 酶消灭 图1-4为用核酸酶（RNA 酶）
8 组织型纤溶酶原激活剂
tPA是一种丝氨酸蛋白酶，能激活纤溶酶原生成纤熔酶，纤溶
精选ppt
27
酶水解血凝块中的纤维蛋白网，导致血栓溶解。 主要用于治疗血栓性疾病
9 心钠素
较强的利钠、利尿、扩张血管和降低血压 治疗充血性心脏衰竭、高血压、肾功能衰竭、水肿、气喘
食品生物工程下游技术ppt课件
• 通常选择萃取能力强、分离程度高的溶 剂。
• 用有机溶剂萃取水相中的目标组分时， 应调节水相中的pH值、温度、盐浓度 等，以提高萃取效果。
22
4.1.2 超临界CO2流体萃取
超临界萃取的技术原理：
• 利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即 利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而 进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分 离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸 点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。
• 所用的中性盐为硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、 氯化钠、磷酸二氢钠等，以硫酸铵最常用。
• 盐析得到的沉淀可采用过滤法或离心法与 盐溶液分离。
35
4.3.3 有机溶剂沉淀法
• 生物大分子溶液中加入一定量的亲水性有 机溶剂，使溶质的溶解度降低而沉淀析出， 即有机溶剂沉淀法。
• 常用的有机溶剂为乙醇、丙酮、甲醇、异 丙醇等。乙醇最常用。
• 压力过滤 • 真空过滤 • 错流过滤
15
3.2 细胞破碎
3.2.1常用细胞破碎方法（机械和非机械） • 珠磨法。珠磨机中细胞悬浮液与直径小1mm
的玻璃珠、石英砂等快速研磨，使细胞破碎， 使细胞内含物释放出来。 • 高压匀浆法。高压匀浆机由高压泵和匀浆阀 组成，细胞悬浮液通过针形孔，在高压驱动 使下高速运动并发生剧烈冲击，使细胞破裂。
• 预处理：加热、调整pH、絮凝 • 固液分离：珠磨、匀浆、酶溶、离心 • 初步纯化：萃取、吸附、沉淀、离心 • 精细纯化：层析、电泳、分子蒸馏 • 成品加工：结晶、浓缩、干燥
9
1.5 下游工程的质量控制
• 首先确定下游工程的工艺路线和参数，在 生产过程中严格执行工艺流程和参数，以 保证生产高质量的产品。
19
• 用有机溶剂萃取水相中的目标组分时， 应调节水相中的pH值、温度、盐浓度 等，以提高萃取效果。
22
4.1.2 超临界CO2流体萃取
超临界萃取的技术原理：
• 利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即 利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而 进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分 离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸 点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。
• 所用的中性盐为硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、 氯化钠、磷酸二氢钠等，以硫酸铵最常用。
• 盐析得到的沉淀可采用过滤法或离心法与 盐溶液分离。
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4.3.3 有机溶剂沉淀法
• 生物大分子溶液中加入一定量的亲水性有 机溶剂，使溶质的溶解度降低而沉淀析出， 即有机溶剂沉淀法。
• 常用的有机溶剂为乙醇、丙酮、甲醇、异 丙醇等。乙醇最常用。
• 压力过滤 • 真空过滤 • 错流过滤
15
3.2 细胞破碎
3.2.1常用细胞破碎方法（机械和非机械） • 珠磨法。珠磨机中细胞悬浮液与直径小1mm
的玻璃珠、石英砂等快速研磨，使细胞破碎， 使细胞内含物释放出来。 • 高压匀浆法。高压匀浆机由高压泵和匀浆阀 组成，细胞悬浮液通过针形孔，在高压驱动 使下高速运动并发生剧烈冲击，使细胞破裂。
• 预处理：加热、调整pH、絮凝 • 固液分离：珠磨、匀浆、酶溶、离心 • 初步纯化：萃取、吸附、沉淀、离心 • 精细纯化：层析、电泳、分子蒸馏 • 成品加工：结晶、浓缩、干燥
9
1.5 下游工程的质量控制
• 首先确定下游工程的工艺路线和参数，在 生产过程中严格执行工艺流程和参数，以 保证生产高质量的产品。
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生物工程下游技术第三章微载体培养技术
(a)MCC细胞，未经处理的Cytodex-3表面；(b)MCC细胞，用纤粘连蛋 白处理后的Cytodex-3表面 (c)Vero细胞，未经处理的Cytodex-3表面； (d) Vero细胞，用层粘连蛋白处理的Cytodex-3表面(e) Vero细胞， 用纤粘连蛋白处理的Cytodex-3表面
4、细胞在微载体表面的生长
显微镜下的高密度微载体
优良的微载体应具有的特性
• 不含能毒害细胞的成分； • 微载体须与细胞有良好的相容性； • 密度应略大于培养基； • 粒径在40～120μm范围，生理盐水溶胀后增大到60~250
μm，粒度分布地均匀，径差不大于20~25μm； • 良好的光学透明性； • 能在PBS中耐120~125℃、20~30min高温灭菌； • 应是非刚性材料； • 不吸收培养基中的营养成分； • 收获细胞或细胞制品容易，不影响蛋白质分离纯化；
二、微载体的商品类型
第一种微载体：
Van Wezel用DEAE-Sephadex A50研制而来
市售（国际）种类有十几种以上：
液体微载体、大孔明胶微载体、聚苯乙烯微载体、 PHEMA微载体、甲壳质微载体、聚氨酯泡沫微 载体、藻酸盐凝胶微载体以及磁性微载体等
常用商品化微载体有三种：
Cytodex1、2、3，Cytopore和Cytoline
微载体上细胞基本长 满，细胞形态健康
Marc145细胞微载体培养第4天
微载体上细胞更加致密，细胞 密度达到5×106个/ml以上
Marc145细胞微载体培养第10天
微载体上细胞依然良好， 没有明显细胞脱落现象
四、微载体培养优点
●表面积/体积大，因此单位体积培养液的细胞产率高； ●把悬浮培养和贴壁培养融合在一起，兼有两者的优点； ●可用简单的显微镜观察细胞在微珠表面的生长情况； ●简化了细胞生长各种环境因素的检测和控制，重现性好； ●培养基利用率较高； ●放大容易； ●细胞收获过程不复杂； ●劳动强度小；
4、细胞在微载体表面的生长
显微镜下的高密度微载体
优良的微载体应具有的特性
• 不含能毒害细胞的成分； • 微载体须与细胞有良好的相容性； • 密度应略大于培养基； • 粒径在40～120μm范围，生理盐水溶胀后增大到60~250
μm，粒度分布地均匀，径差不大于20~25μm； • 良好的光学透明性； • 能在PBS中耐120~125℃、20~30min高温灭菌； • 应是非刚性材料； • 不吸收培养基中的营养成分； • 收获细胞或细胞制品容易，不影响蛋白质分离纯化；
二、微载体的商品类型
第一种微载体：
Van Wezel用DEAE-Sephadex A50研制而来
市售（国际）种类有十几种以上：
液体微载体、大孔明胶微载体、聚苯乙烯微载体、 PHEMA微载体、甲壳质微载体、聚氨酯泡沫微 载体、藻酸盐凝胶微载体以及磁性微载体等
常用商品化微载体有三种：
Cytodex1、2、3，Cytopore和Cytoline
微载体上细胞基本长 满，细胞形态健康
Marc145细胞微载体培养第4天
微载体上细胞更加致密，细胞 密度达到5×106个/ml以上
Marc145细胞微载体培养第10天
微载体上细胞依然良好， 没有明显细胞脱落现象
四、微载体培养优点
●表面积/体积大，因此单位体积培养液的细胞产率高； ●把悬浮培养和贴壁培养融合在一起，兼有两者的优点； ●可用简单的显微镜观察细胞在微珠表面的生长情况； ●简化了细胞生长各种环境因素的检测和控制，重现性好； ●培养基利用率较高； ●放大容易； ●细胞收获过程不复杂； ●劳动强度小；
生物工程下游技术复习幻灯片
生物工程下游技术复习幻 灯片
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第一章 生物工程下游技术概述
*什么是生物工程下游技术?
也称为下游工程或下游加工过程，是 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、 酶反响等各种生物工业生产过程获得 的生物原料，经提取别离、加工并精 制目的成分，最终使其成为产品的技 术。
*膜过滤的种类及微滤的优缺点？ 目前主要有3种膜过滤： 微孔过滤〔简称‘微滤’〕用于别离固体颗粒 如细胞、细胞碎片、包含体及蛋白沉淀物；微孔 膜〔0.1～10μm〕 超滤 别离浓缩大分子物质如蛋白质、核酸、多 糖；超滤膜(0.001～0.1 μm) 。 反渗透 用于小分子如抗菌素、氨基酸溶液中脱 除水分。反渗透膜(<0.001 μm)
〔1〕 稀溶液
〔2〕 溶质对溶剂之间的互溶度没有影响
〔3〕 必须是同一分子类型,不发生缔合或离解
何谓乳化液？
当将有机溶剂〔通称为油〕和水混在一起搅拌 时，可能产生两种形式的乳浊液。一种是以 油滴分散在水中，称为水包油型或O/W型乳 浊液；另一种是水以水滴分散在油中，称为 油包水型或W/O型乳浊液。
*滤饼：当悬浮液通过过滤布时，固体颗粒被滤布 所阻拦而逐渐形成滤饼（或称滤渣），当滤饼至 一定厚度时即起过滤作用。
微生物发酵液的特性？
发酵产物浓度较低，大多为1%-10%，悬浮 液中大局部是水；
悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；
固体粒子可压缩性大〔细胞在很大程度上属 于可压缩的粘稠物料〕；
液相粘度大；
下游技术产品的特性？ 1.有些产品，在待处理物料中浓度很低，比
杂质含 量还低，别离、纯化较困难。技术可选范围较大。 3.产品性质限制下游技术的可选范围。 4.产品共存物有可能引起产物的破坏和降解，
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第一章 生物工程下游技术概述
*什么是生物工程下游技术?
也称为下游工程或下游加工过程，是 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、 酶反响等各种生物工业生产过程获得 的生物原料，经提取别离、加工并精 制目的成分，最终使其成为产品的技 术。
*膜过滤的种类及微滤的优缺点？ 目前主要有3种膜过滤： 微孔过滤〔简称‘微滤’〕用于别离固体颗粒 如细胞、细胞碎片、包含体及蛋白沉淀物；微孔 膜〔0.1～10μm〕 超滤 别离浓缩大分子物质如蛋白质、核酸、多 糖；超滤膜(0.001～0.1 μm) 。 反渗透 用于小分子如抗菌素、氨基酸溶液中脱 除水分。反渗透膜(<0.001 μm)
〔1〕 稀溶液
〔2〕 溶质对溶剂之间的互溶度没有影响
〔3〕 必须是同一分子类型,不发生缔合或离解
何谓乳化液？
当将有机溶剂〔通称为油〕和水混在一起搅拌 时，可能产生两种形式的乳浊液。一种是以 油滴分散在水中，称为水包油型或O/W型乳 浊液；另一种是水以水滴分散在油中，称为 油包水型或W/O型乳浊液。
*滤饼：当悬浮液通过过滤布时，固体颗粒被滤布 所阻拦而逐渐形成滤饼（或称滤渣），当滤饼至 一定厚度时即起过滤作用。
微生物发酵液的特性？
发酵产物浓度较低，大多为1%-10%，悬浮 液中大局部是水；
悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；
固体粒子可压缩性大〔细胞在很大程度上属 于可压缩的粘稠物料〕；
液相粘度大；
下游技术产品的特性？ 1.有些产品，在待处理物料中浓度很低，比
杂质含 量还低，别离、纯化较困难。技术可选范围较大。 3.产品性质限制下游技术的可选范围。 4.产品共存物有可能引起产物的破坏和降解，
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第一节 发酵液的预处理及固液分离
发酵液的预处理和固液分离
▪ 概述
生物反应过程示意图
生物催化剂 灭菌
空气 除菌
检测 控制系统
生物反应器
提取纯化
副产品 产品 废弃物
原材料
机械能、热能
生物分离过程的一般流程
原原料料液液 细细胞胞分分离离(( 离离心心，，过过滤滤))
细细胞胞－－胞胞内内产产物物 路线一
一、发酵液的预处理和固液分离
1、悬浮液的预处理
▪悬浮液的基本特性 ▪①细胞的相对密度与培养液相似 ▪②可压缩性，粘稠，流变行为复杂 ▪③悬浮状态稳定
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
为何要对发酵液进行预处理？
▪ 由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与
许多杂质夹杂在一起，同时发酵液或生物溶液又属于 非牛顿型流体，所以必须进行预处理。
▪ 悬浮液的预处理
蛋白质的变性
▪ 蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。
变性蛋白质溶解度较小。
▪ 最常用的使蛋白质变性的方法是加热。加热还能使液体粘
度降低，加快过滤速度。
▪ 链霉素生产中，采用调pH至酸性（pH3.0），加热至70℃，
维持半个小时的方法来去除蛋白质，能使过滤速度增大 10-100倍，滤液粘度可降低1/6。
▪ 悬浮液的预处理
凝聚和絮凝
▪ 凝聚：胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下脱稳相互聚集成大
粒子（1mm） 机理： a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团 的过程 机理：架桥作用
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用
▪ 悬浮液的预处理
凝聚和絮凝
▪ 凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。 ▪ 凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）作用
下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的 过程。
▪ 絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）
将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮 凝剂主要起架桥作用。
▪ 在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，这两
者本身生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其它不溶性粒 子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。
高价无机离子的去除方法
▪ 为了去除钙离子，宜加入草酸。但草酸溶解度较小，故用量大时，可
用其可溶性盐，如草酸钠。反应生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固， 提高滤液（也称为原液）质量。但草酸价格较贵，应注意回收。如四 环类抗生素废液中，加入硫酸铅，在60℃下反应生成草酸铅。后者在 90一95℃下用硫酸分解，经过滤、冷却、结晶后可以回收草酸。
▪ 凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶
体粒子的分散状态,使其聚集起来,增大体积以便固液 分离,常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。
▪ 悬浮液的预处理
高分子絮凝剂的吸附架桥作用
（2）常用的絮凝剂
▪ 聚丙烯酰胺类和聚乙烯亚胺衍生物，根据活性基团在水中解离情况不同，
可分为非离子型、阴离子型（含有羧基）和阳离子型（含有胺基）三类。 由于聚丙烯酰胺类絮凝剂具有用量少，一般以ppm计量，絮凝体粗大，分 离效果好，絮凝速度快以及种类多等优点，所以适用范围广。
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体
细胞破碎 碎碎片片分分离离
路线一A
溶解(加加盐盐酸酸胍胍、、脲脲)
粗分离(盐盐析析、、萃萃取取、、超超过过滤滤等等)
复性
纯化( 层层析析、、电电泳泳)
脱盐(凝凝胶胶过过滤滤、、超超过过滤滤) 浓缩(超超过过滤滤)
精制( 结结晶晶、、干干燥燥)
▪ 概述
▪ 微生物或动植物细胞在合适的培养基，ＰＨ值，温度和通气
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
2、预处理的目的
▪ 预处理的目的主要有三个： ▪ ⑴改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速
度，提高固液分离器的效率；
▪ ⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）； ▪ ⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。
发酵液的预处理和固液分离
▪ 柠檬酸发酵液，采用加热至80℃以上，使蛋白质变性凝固
和降低发酵液粘度，从而大大提高了过滤速度。
吸附作用
▪ 利用吸附作用也可除去蛋白质。 ▪ 四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生
成亚铁氰化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]2的胶状沉淀来吸附蛋白质， 利用此法除蛋白质已取得很好的效果。
▪ 聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。 ▪ 无机高分子聚合物也是较好的一类絮凝剂，如聚合铝盐和聚合铁盐等。 ▪ 天然有机高分子絮凝剂，如壳聚糖和葡聚糖等聚糖类，还有明胶、骨胶、
海藻酸钠等。
▪ 微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，它是一类由微生物产生
的具有絮凝细胞功能的物质。主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸 等高分子物质。微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相比，最 大的优点是安全，无毒和不污染环境。
▪ 悬浮液的预处理
3浮液的PH值
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
（1）凝聚与絮凝
▪ 凝聚与絮凝其处理过程就是将化学药剂预先投加到悬
浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散 状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体， 再进行分离。
▪ 悬浮液的预处理
絮凝剂应用优化
▪ 用量控制 最佳用量为粒子表面积约有一半被 聚合物
覆盖时所用的絮凝剂量。
▪ pH 控制。 ▪ 固体浓度与粒子尺寸分布。 ▪ 电解质含量。 ▪ 后续工艺要求。
▪ 悬浮液的预处理
（2）杂蛋白质的其它去除方法
▪ 蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中，胶体粒子的
稳定性和其所带电荷有关。和氨基酸等两性物质一样， 蛋白质在酸性溶液中带正电荷，在碱性溶液中带负电 荷，而在某一pH下，净电荷为零，溶解度最小，可使 其产生沉淀而除去，称为等电点沉淀法。
搅拌（或厌气）等发酵条件下进行生长和合成生物活性物质， 因为在其培养（发酵）液中包含了菌（细胞）体，胞内外代 谢产物，胞内的细胞物质及剩余的培养基残分等。
▪ 不管人们所需要的产物是胞内的还是胞外的或是菌体本身，
都首先要进行培养液的预处理和菌体回收，只有将固，液分 离开，才能从澄清的滤液中采用物理、化学的方法提取代谢 产物，或从细胞出发进行破碎、碎片分离和提取胞内产物。
发酵液的预处理和固液分离
▪ 概述
生物反应过程示意图
生物催化剂 灭菌
空气 除菌
检测 控制系统
生物反应器
提取纯化
副产品 产品 废弃物
原材料
机械能、热能
生物分离过程的一般流程
原原料料液液 细细胞胞分分离离(( 离离心心，，过过滤滤))
细细胞胞－－胞胞内内产产物物 路线一
一、发酵液的预处理和固液分离
1、悬浮液的预处理
▪悬浮液的基本特性 ▪①细胞的相对密度与培养液相似 ▪②可压缩性，粘稠，流变行为复杂 ▪③悬浮状态稳定
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
为何要对发酵液进行预处理？
▪ 由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与
许多杂质夹杂在一起，同时发酵液或生物溶液又属于 非牛顿型流体，所以必须进行预处理。
▪ 悬浮液的预处理
蛋白质的变性
▪ 蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。
变性蛋白质溶解度较小。
▪ 最常用的使蛋白质变性的方法是加热。加热还能使液体粘
度降低，加快过滤速度。
▪ 链霉素生产中，采用调pH至酸性（pH3.0），加热至70℃，
维持半个小时的方法来去除蛋白质，能使过滤速度增大 10-100倍，滤液粘度可降低1/6。
▪ 悬浮液的预处理
凝聚和絮凝
▪ 凝聚：胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下脱稳相互聚集成大
粒子（1mm） 机理： a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团 的过程 机理：架桥作用
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用
▪ 悬浮液的预处理
凝聚和絮凝
▪ 凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。 ▪ 凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）作用
下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的 过程。
▪ 絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）
将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮 凝剂主要起架桥作用。
▪ 在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，这两
者本身生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其它不溶性粒 子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。
高价无机离子的去除方法
▪ 为了去除钙离子，宜加入草酸。但草酸溶解度较小，故用量大时，可
用其可溶性盐，如草酸钠。反应生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固， 提高滤液（也称为原液）质量。但草酸价格较贵，应注意回收。如四 环类抗生素废液中，加入硫酸铅，在60℃下反应生成草酸铅。后者在 90一95℃下用硫酸分解，经过滤、冷却、结晶后可以回收草酸。
▪ 凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶
体粒子的分散状态,使其聚集起来,增大体积以便固液 分离,常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。
▪ 悬浮液的预处理
高分子絮凝剂的吸附架桥作用
（2）常用的絮凝剂
▪ 聚丙烯酰胺类和聚乙烯亚胺衍生物，根据活性基团在水中解离情况不同，
可分为非离子型、阴离子型（含有羧基）和阳离子型（含有胺基）三类。 由于聚丙烯酰胺类絮凝剂具有用量少，一般以ppm计量，絮凝体粗大，分 离效果好，絮凝速度快以及种类多等优点，所以适用范围广。
路线二 清液－胞外产物
路线一B 包含体
细胞破碎 碎碎片片分分离离
路线一A
溶解(加加盐盐酸酸胍胍、、脲脲)
粗分离(盐盐析析、、萃萃取取、、超超过过滤滤等等)
复性
纯化( 层层析析、、电电泳泳)
脱盐(凝凝胶胶过过滤滤、、超超过过滤滤) 浓缩(超超过过滤滤)
精制( 结结晶晶、、干干燥燥)
▪ 概述
▪ 微生物或动植物细胞在合适的培养基，ＰＨ值，温度和通气
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
2、预处理的目的
▪ 预处理的目的主要有三个： ▪ ⑴改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速
度，提高固液分离器的效率；
▪ ⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）； ▪ ⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。
发酵液的预处理和固液分离
▪ 柠檬酸发酵液，采用加热至80℃以上，使蛋白质变性凝固
和降低发酵液粘度，从而大大提高了过滤速度。
吸附作用
▪ 利用吸附作用也可除去蛋白质。 ▪ 四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生
成亚铁氰化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]2的胶状沉淀来吸附蛋白质， 利用此法除蛋白质已取得很好的效果。
▪ 聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。 ▪ 无机高分子聚合物也是较好的一类絮凝剂，如聚合铝盐和聚合铁盐等。 ▪ 天然有机高分子絮凝剂，如壳聚糖和葡聚糖等聚糖类，还有明胶、骨胶、
海藻酸钠等。
▪ 微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，它是一类由微生物产生
的具有絮凝细胞功能的物质。主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸 等高分子物质。微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相比，最 大的优点是安全，无毒和不污染环境。
▪ 悬浮液的预处理
3浮液的PH值
发酵液的预处理和固液分离
▪ 悬浮液的预处理
（1）凝聚与絮凝
▪ 凝聚与絮凝其处理过程就是将化学药剂预先投加到悬
浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散 状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体， 再进行分离。
▪ 悬浮液的预处理
絮凝剂应用优化
▪ 用量控制 最佳用量为粒子表面积约有一半被 聚合物
覆盖时所用的絮凝剂量。
▪ pH 控制。 ▪ 固体浓度与粒子尺寸分布。 ▪ 电解质含量。 ▪ 后续工艺要求。
▪ 悬浮液的预处理
（2）杂蛋白质的其它去除方法
▪ 蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中，胶体粒子的
稳定性和其所带电荷有关。和氨基酸等两性物质一样， 蛋白质在酸性溶液中带正电荷，在碱性溶液中带负电 荷，而在某一pH下，净电荷为零，溶解度最小，可使 其产生沉淀而除去，称为等电点沉淀法。
搅拌（或厌气）等发酵条件下进行生长和合成生物活性物质， 因为在其培养（发酵）液中包含了菌（细胞）体，胞内外代 谢产物，胞内的细胞物质及剩余的培养基残分等。
▪ 不管人们所需要的产物是胞内的还是胞外的或是菌体本身，
都首先要进行培养液的预处理和菌体回收，只有将固，液分 离开，才能从澄清的滤液中采用物理、化学的方法提取代谢 产物，或从细胞出发进行破碎、碎片分离和提取胞内产物。