发酵工程下游技术42页PPT
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发酵工程PPT教学课件
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
容
稀释
表型 → 出现表型
2、发酵
（1）发酵生物反应器
二 、
① 类型 p203：搅拌式生物反应器、鼓泡式反应器、
发 气升式反应器
酵
工
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
程 的
技术提高了产量和降低了本、提高了产品的回收率和
内 质量
容
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度、pH值和氧气含量
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
一 、
主。20世纪40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
概 发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
述 继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
发酵工程下游加工过程概论.pptx
2、高价无机离子的去除
钙离子的去除：
常用草酸 与钙离子生成草酸钙沉淀 镁离子草的酸去为除弱：酸，对发酵产物的破坏较小，草酸钙沉淀
还能促进蛋白质凝固，有利于提高滤液的过滤速度； 铁离子常草的用酸去三的除聚溶：磷解酸度钠较小与，镁需离大子用形量成时可，溶可性用络草合酸物钠取代；
草N酸a5价P3格O1较0 +高M，g生2+产=上M一gN般a3需P3回O1收0 + 2Na+ 常用黄血盐 与铁离子形成普鲁氏蓝沉淀 3K4Fe(CN)6 + 4Fe 3+ = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12K+
第十二章 发酵工程下游加工过程简介
一、发酵工程下游加工过程概论
1、发酵工程下游加工过程的特点 • 发酵液是复杂的多相系统
1）所需产物在培养液中浓度较低，且稳定性差 2）普遍存在下游工程代价高，回收率较低等问题
2、发酵工程下游加工过程的一般程序
发酵液的预处理和过滤
采用凝聚和絮凝技术加速固、 液分离；如产物在细胞内，还 要进行细胞破碎
胞外产物 胞内产物
——产品的收得率和质量控制。
发酵液 预处理 （加热、调pH、絮凝） 细胞分离 （过滤、离心分离、膜分离)
细胞破碎 （匀浆、研磨、酶解） 细胞碎片分离 （离心分离、双水相萃取、膜分离） 提取 初步纯化 （沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶） 精制 高度纯化 （重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）
蛋加加白热入质不某是仅些两能吸使性蛋附物白剂质变或，性沉在，淀还酸可剂性降吸溶低附液液杂中体蛋黏，度白能，而与提将一高其些过除滤阴速去离率子；物质 如如其三四他氯环方乙素法酸生：盐产、中水，杨采酸用盐黄、血钨盐酸和盐硫、酸苦锌味的酸协盐同、作鞣用酸生盐成和亚 铁过A大g氰氯+幅、化酸度C钾盐调u的节2等+p、胶形HZ，状成n加沉沉2酒+淀、淀精来F；、e吸丙在3+酮附、碱等蛋P性有b白溶2机+；等液溶剂中形或，成表能沉面与淀活一性剂些阳离子如 在变枯性草法芽存孢在杆一菌定发的酵局中限，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者 生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并 的 包产裹如物加在失热其活法中，只而且适需除用消于去耗对大热量较酸稳碱定，的而目有的机产溶物剂；法极通端常pH只也适会用导于致所某处些理目的
发酵工程第十一章发酵工程下游技术发展及发酵液
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：离子交换、脱色、结晶、重 结晶、色谱技术
其他新型分离技术：超临界CO2萃取技术、纳米
李 滤技术、渗透蒸发技术、液膜技术等等。
先 磊
新技术发展体现在那里
化学化工系
新技术发展的体现
发
酵
工 程
① 传统分离技术的提高和完善，集中在节能和提高
⑤ 发酵液中常有代谢副产物；
李 ⑥ 发酵液中含有色素、热原质等有机杂质，对提炼
先 磊
影响相当大，必须除去。
化学化工系
4、发酵产物后处理过程的分离纯化
必须的注意事项
发
酵
工 程
① 条件温和，必须保持产物生理活性；
② 能够达到要求的纯度，要选择合适的分离技术；
Fermentation Engineering
程产生的废水以及操作方式。
下游工程技术单元操作的原理和特点见P263，表 11-1。
Fermentation Engineering
李 先 磊
化学化工系
第二节 发酵液的预处理
发
酵
工 程
一． 发酵液预处理的目的
二． 发酵液过滤特性的改变
三． 发酵液的相对纯化
四． 固液分离工程及设备
Fermentation Engineering
③ 高度纯化（产物精炼）：采用有限的单元操作， 去除与目标产物类似的杂质；
李 ④ 成品加工：产物的最终用途和要求，决定了最终
先 磊
加工方法，浓缩、结晶和干燥是主要过程。
Fermentation Engineering
化学化工系 发酵工程下游技术一般工艺流程
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
发酵工程 (第11章)
每次制备数量不宜过多，制备后立即使用。存放 不得超过20 h，否则溶液将发生变化。
深层过滤
固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介 质床层内部，悬浮液中的颗粒直径小于床层直 径，当颗粒随流体在床层的曲折孔边穿过时， 便粘附在过滤介质上。 适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（
固相体积分率在0.1%以下）的场合
滤框：二钮
过滤过程
悬浮液在指定压强下经滤 浆通路由滤框角上的孔道 并行进入各个滤框 滤液分别穿过滤框两侧的 滤布，沿滤板板面的沟道 至滤液出口排出。 颗粒被滤布截留而沉积在 滤布上，待滤饼充满全框 后，停止过滤。
洗涤过程
洗涤时，先将洗涤板上的滤 液出口关闭，洗涤水经洗水 通路从洗涤半角上的孔道并 行进入各个洗涤板的两侧。 洗涤水在压差的推动力下先 穿过一层滤布及整个框厚的 滤饼，然后再穿过一层滤布， 最后沿滤板（一钮板）板面 沟道至滤液出口排出。 横穿洗涤法：洗涤水穿过的 途径正好是过滤终了时滤液 穿过途径的二倍。
烛式硅藻土过滤机
立式硅藻土过滤机
硅藻土三种用法
（a）作为深层过滤介质 （b）预涂助滤剂 （c）加入滤液的助滤剂
2、离心法
（1）特点
优点：分离速度快、效率高、液相澄清度好
缺点：设备投资高，能耗大
（2）分类 a、按作用原理 过滤式离心机、沉降式离心机 b、操作方式 间歇（分批）操作、连续操作 c、形式 管式、套筒式、碟片式等 d、出渣方式
d、多孔固体介质 具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶 瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板 e、多孔膜 各种有机高分子膜和无机材料膜。 广泛使用的是粗醋酸纤维素和芳香聚酰 胺系两大类有机高分子膜
（4）过滤设备 a、板框式压滤机
（a）原理
洗涤板（三钮板） 非洗板（一钮板）
深层过滤
固体颗粒的沉积发生在较厚的粒状过滤介 质床层内部，悬浮液中的颗粒直径小于床层直 径，当颗粒随流体在床层的曲折孔边穿过时， 便粘附在过滤介质上。 适用于悬浮液中颗粒甚小且含量甚微（
固相体积分率在0.1%以下）的场合
滤框：二钮
过滤过程
悬浮液在指定压强下经滤 浆通路由滤框角上的孔道 并行进入各个滤框 滤液分别穿过滤框两侧的 滤布，沿滤板板面的沟道 至滤液出口排出。 颗粒被滤布截留而沉积在 滤布上，待滤饼充满全框 后，停止过滤。
洗涤过程
洗涤时，先将洗涤板上的滤 液出口关闭，洗涤水经洗水 通路从洗涤半角上的孔道并 行进入各个洗涤板的两侧。 洗涤水在压差的推动力下先 穿过一层滤布及整个框厚的 滤饼，然后再穿过一层滤布， 最后沿滤板（一钮板）板面 沟道至滤液出口排出。 横穿洗涤法：洗涤水穿过的 途径正好是过滤终了时滤液 穿过途径的二倍。
烛式硅藻土过滤机
立式硅藻土过滤机
硅藻土三种用法
（a）作为深层过滤介质 （b）预涂助滤剂 （c）加入滤液的助滤剂
2、离心法
（1）特点
优点：分离速度快、效率高、液相澄清度好
缺点：设备投资高，能耗大
（2）分类 a、按作用原理 过滤式离心机、沉降式离心机 b、操作方式 间歇（分批）操作、连续操作 c、形式 管式、套筒式、碟片式等 d、出渣方式
d、多孔固体介质 具有很多微细孔道的固体材料，如多孔陶 瓷、多孔塑料及多孔金属制成的管或板 e、多孔膜 各种有机高分子膜和无机材料膜。 广泛使用的是粗醋酸纤维素和芳香聚酰 胺系两大类有机高分子膜
（4）过滤设备 a、板框式压滤机
（a）原理
洗涤板（三钮板） 非洗板（一钮板）
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
发酵工程-下游分离技术部分完整课件(7章)
Lys
Lys
α
NH2 α
Lys Lys
α
NH2 α
Lys
Lys
α
NH2
…… α
Lys
Lys
α
NH2
NH2
NH2
NH2
NH2
NH2
NH2
ε –聚赖氨酸
Penicillium
Yeast Rhizopus oryzae E. coli
聚阳离子多肽
Antibacterial properties
碱（OH-）,降解酶
下游加工过程四原则：时间 短；温度低；pH适中；严格
清洗消毒
二 生物技术下游加工过程的特点
5、排放废液存在着环保和生物安全性问题。
第七章 下游加 工过程概论 本章内容
Generality of downstream 一 下游加工过程在生物技术中的地位
process
二 生物技术下游加工过程的特点
三 生物技术下游加工过程的一般流程
5、初步纯化（提取）
主要目的：浓缩，也有一些纯化作用。 主要的操作单元
1
2
3
4
5
6
7
8
9
三 下游加工过程的一般流程和单元操作
1） 浓缩
A
B
C
三 下游加工过程的一般流程和单元操作
A 蒸发浓缩
盘管式
升膜式
刮板式
溶液通过加热罐的速度
b
d快，或只通过加f 热管一
溶液在罐内停留时间比较 长，对热敏性物料易产生 分解变质。
一 下游加工过程在生物技术中的地位
D392大孔径弱碱性阴离子交换树脂 D152大孔径弱酸性阳离子交换树脂
10第十章 发酵工程下游技术
作用机理(action principle)
Cell+beed+stirrer:珠子之间以及珠
子和细胞之间的互相剪切、碰撞，
促使细胞破裂，释放出内含物。
Characteristics：
操作参数多
破碎效率较高 几乎适用于所有种类的微生物 细胞的破碎
破碎作用遵循一级动力学定律 dR k ( Rm R) dt
第二节 细胞破碎
一、细胞破碎率的评价
破碎率：被破碎细胞的数量占原始细胞数量的比例（%） N0 - N Y(%) 100% N0
1、直接计数法 平板计数和显微镜计数 2、间接计数法
二、细胞破碎方法
几种常用的破碎方法
高压匀浆法(high-pressure homogenization) 高速珠磨法（high-speed bead mill） 超声波破碎（ultrasonication） 酶溶法（enzymatic lysis） 化学渗透法（chemical permeation） 微波加热法（microwave heating）
转筒，扇形格(18格)； 滤室； 分配头；
动盘(18个孔，分别与扇形 格的18个通道相连)； 定盘(三个凹槽：滤液真空 凹槽、洗水真空凹槽、压缩 空气凹槽，分别将动盘的18 个孔道分成三个通道)；
Wash
洗涤喷头
转筒 金属网 滤布 滤饼
Cake
动盘
刮刀
Immersion
搅拌器
Knife
定盘
Effect factors：
温度（temperature） 黏度（viscosity） 破碎次数（disruption number） 操作压力（operation pressure） 微生物自身特性（characteristics）
第九章 发酵工程下游技术发展及发酵液的预处理
五、发酵工业下游技术的一般工艺过程
• 下游加工过程由各种化工单元操作组成。 下游加工过程由各种化工单元操作组成。 由于生物产品品种多，性质各异， 由于生物产品品种多，性质各异，故用到 的单元操作很多，其中如蒸馏、萃取、 的单元操作很多，其中如蒸馏、萃取、结 吸附、 晶、吸附、蒸发和干燥等属传统的单元操 理论比较成熟， 作，理论比较成熟，而另一些则为新近发 展起来的单元操作，如细胞破碎、 展起来的单元操作，如细胞破碎、膜过程 和色层分离等，缺乏完整的理论， 和色层分离等，缺乏完整的理论，介于两 者之间的有离子交换过程等。 者之间的有离子交换过程等。
细胞破碎 干燥 含产物的清液
整体细胞萃取
离心或过滤 产物 提取、分离 提取、 纯化、 纯化、精制 干燥 产物 废物
下游工艺过程决定于产品的性质和要求达到的纯度
如产品为菌体本身，则工艺比较简单，只需经过滤、 如产品为菌体本身，则工艺比较简单，只需经过滤、得到菌 体，再经干燥就可，如单细胞蛋白的生产。 再经干燥就可，如单细胞蛋白的生产。 如可以从发酵液直接提取，则可省去固液分离步骤。 如可以从发酵液直接提取，则可省去固液分离步骤。 如为胞外产物则可省去细胞破碎步骤。 如为胞外产物则可省去细胞破碎步骤。
（2）细胞破碎技术
已开发出珠磨破碎、压力释放破碎、 已开发出珠磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学 破碎等技术。该技术的成熟使得胞内生物物质的大规模工业化 破碎等技术。 生产成为可能。 生产成为可能。
（3）初步分离纯化技术
主要开发了沉淀、离子交换、萃取、超滤等技术。 主要开发了沉淀、离子交换、萃取、超滤等技术。较早出现 的是酶及蛋白质的盐析法；有机溶剂沉淀法； 的是酶及蛋白质的盐析法；有机溶剂沉淀法；双水相萃取技 术比较适合于胞内活性物质和细胞碎片的分离， 术比较适合于胞内活性物质和细胞碎片的分离，为进一步纯 化精制创造了前提；超滤技术解决了生物大分子对pH、 化精制创造了前提；超滤技术解决了生物大分子对 、热、 有机溶剂、金属离子敏感等难题，在生物大分子的分级、 有机溶剂、金属离子敏感等难题，在生物大分子的分级、浓 脱盐等操作中得到了广泛的使用。 缩、脱盐等操作中得到了广泛的使用。
《发酵工程》PPT演示课件
应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
(2021)第八章发酵工程下游技术完美版PPT
4. 第三代生物技术
以20世纪70年代末崛起的DNA重组技术及细胞融合技术为代表。
生物技术在其主要领域：基因工程、酶工程、细胞工程和微生物发 酵工程取得了长足进步，一批高附加值的产品开始面世，如乙肝疫苗、 干扰素等。80年代，发现了一大批生理功能性物质，如活性糖质、活性 肽、高度不饱和脂肪酸等，生物技术在深度和广度上都取得了很大的进 展。1988年，日本由40多家公司组建高度分离系统技术研究联合体，瑞 典的Pharmacia，Alfa-Laval等组建了Biolink公司，加强在生物工业下 游技术领域的研究开发力量，不断推出新技术、新产品、新装备，以抢 占更多的市场。新技术有超临界CO2萃取技术、膜过滤、渗透蒸发技术、 各种色谱（层析）技术等。
1. 古代酿造业
古代酿造业包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。技术原 始、家庭式作坊、产物基本不经过后处理而直接使用，无下游0年代---20世纪40年代青霉素等抗生素出现之前的 生物技术产业。发现了发酵的本质是微生物的作用，掌握了纯种培养 技术，生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。到20世纪上半叶，逐 渐开发形成了发酵法生产酒精、丙酮、丁醇等微生物发酵工业（厌氧 发酵），其产品相对简单，基本上是无活性的小分子。此时开始引入 过滤、蒸馏、精馏等近代分离技术。
缩、脱盐等操作中得到了广泛的使用。
机、连续半连续板框过滤机、螺旋沉降式离心机等。微滤膜 可高效分离细微的悬浮粒子。
（1）固液分离技术
（2）细胞破碎技术
已开发出球磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学
破碎等技术。该（技3）术初的步成分熟离使纯得化胞技内术生物物质的大规模工业化
生产成为可能。
（4）高度分离纯化技术
（5）其他新型分离技术
《发酵工艺》第五章 下游加工过程
离子交换剂：
离子交换剂由载体、电荷基团和反离子构成。
如羧甲基纤维素离子交换剂组成
纤维素—O—CH2—COO-—Na+
载体 电荷基团 反离子
载体
疏水性：化学原料合成 ：树脂类物质 亲水性：天然材料制成：cellulose、sephadex
阳离子交换剂: 电荷基团（一）, 反离子（＋） 电荷基团
阴离子交换剂: 电荷基团（＋）, 反离子（－）
超滤原理的示意图
图4-61 超滤浓缩装置
A
B
常规过滤(A)和超滤(B)的示意图
反渗透（Reverse osmosis，
RO利）用反渗透膜选择性 地只能透过溶剂(通常是 水)的性质，对溶液施加 压力，使溶剂通过反渗 透膜而从溶液中分离出 来的过程。
π
半透膜
图14-3
渗透与反渗透
Membrane Filtration
二、过程概述
（一）预处理和固液分离
1. 预处理：
目的——改变发酵液性质，有利于固液分离。
酸化 加热
降低发酵液粘度
加絮凝剂 使细胞或大分子聚结成较大颗粒
2.固液分离
主要方法是过滤和离心。
板框压滤机
过滤
加助滤剂（常用硅藻土等）
鼓式真空过滤机
离心：含固形物较多的发酵液用倾析式离心机
倾析式离心机的结构
（partion of two aqueous phase system） 用两种不相溶的亲水性高分子聚合物水溶液，如聚 乙二醇（PEG）和葡聚糖（Dextran）进行萃取。由于形 成的两相均有很高的含水量（达70%〜90%），故称“双
水相”系统。
几种典型的双水相系统
聚丙二醇
聚乙二醇、聚乙烯醇
发酵工程下游加工工程ppt课件
• 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 • 2. 生物产物的特殊特点：浓度、稳定性等
•
几种产品在发酵液中的浓度
• 产品
典型浓度〔g/L）
• 抗生素
• 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 • 如链霉素发酵液在pH3.0，加热到70 C保 • 持0.5h后过滤 • 柠檬酸发酵液在80 C处理 • 6. 加入絮凝剂 • 7. 吸附作用
• （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DEAE-纤维素从含酶溶剂中吸附色素物质
25
• 氨基酸
100
• 酒精
100
• 有机酸
100
•酶
20
• 蛋白质
10
• 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
• 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”
• 1. 降低液体粘度 • 稀释 升高温度 • 2. 调理 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
• 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
•
(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
•
几种产品在发酵液中的浓度
• 产品
典型浓度〔g/L）
• 抗生素
• 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 • 如链霉素发酵液在pH3.0，加热到70 C保 • 持0.5h后过滤 • 柠檬酸发酵液在80 C处理 • 6. 加入絮凝剂 • 7. 吸附作用
• （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DEAE-纤维素从含酶溶剂中吸附色素物质
25
• 氨基酸
100
• 酒精
100
• 有机酸
100
•酶
20
• 蛋白质
10
• 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
• 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”
• 1. 降低液体粘度 • 稀释 升高温度 • 2. 调理 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
• 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