发酵产物分离纯化
简述发酵产物分离与纯化的一般流程
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生物发酵产物的分离与提纯
生物发酵产物的分离与提纯随着科技的不断发展，生物技术的应用越来越广泛。
生物发酵工艺是一种将微生物用于工业生产的方法，它可以大规模合成各种有机物、制备药品、食品、饲料及化工产品。
但是，在面对液态发酵产物或者分离纯化复杂混合物时，我们不得不面对一些分离提纯的困难。
因此，如何有效地分离提纯生物发酵产物成为了一个值得研究的问题。
一、分离生物发酵产物的方法基本上，生物发酵产物分离的方法可以分为两类：物理方法和化学方法。
1、物理方法物理方法是指利用产物的物理性质（如电性质、磁性质、温度等）进行分离提纯的方法。
（1）过滤分离法过滤是通过将混合物通过限制孔径大小的分离膜，进行分离提纯的方法。
其主要适用于固态物质的分离。
（2）离心分离法离心分离是将混合物置于离心机内，通过离心作用把混合物分离开的方法。
其主要适用于分离液态或半固态物质。
（3）蒸馏分离法蒸馏分离法是将混合物加热到沸腾，利用不同物质在不同温度下的沸点差异，把混合物组分分离开来。
2、化学方法化学方法是指通过对混合物中的分子进行化学改变，使得分离成分发生变化而达到分离提纯的目的。
（1）沉淀法沉淀是指通过化学反应，在混合物中加入一定的物质，使得其产生不相溶的固体颗粒沉淀下来。
沉淀可以通过离心或者过滤的方法进行分离提纯。
（2）萃取法萃取法是指通过溶剂把混合物中想要提取的成分萃取出来。
（3）层析分离法层析分离法是指将混合液置于吸附剂上，通过对吸附剂的选择和操作条件的调节来实现分离。
二、生物发酵产物的提纯方法生物发酵产物的提纯方法主要有以下几种：1、压力液相色谱技术压力液相色谱技术是一种基于分子大小、化学性质、电荷和亲和力的分离技术，其操作简单，分离效果好，且提纯效率高，成本较低。
该技术可以用于分离和提纯各种生物发酵产物，如蛋白质、荷尔蒙和抗生素等。
2、凝胶过滤法凝胶过滤法通过将混合物置于凝胶中，通过物质分子大小的差异实现分离。
它可以分离和提纯各种生物分子，如DNA、RNA、酶和蛋白质等，但是对大分子的分离效果不佳。
第八章产物的分离和纯化
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3. 凝聚与絮凝
采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细 胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚 结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。除此之外， 还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤 液质量。因此，凝聚和絮凝是目前工业上最常用 的预处理方法之一。常用于菌体细小而且粘度 大的发酵液的预处理。
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• 工业上常用的过滤分离设备有板框压 滤机、膜过滤机和离心沉降分离机等。
• 这些过滤装置各有其优缺点，根据不 同产品的具体实际加以选择。
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6 其它方法
• 1. 高 价 无 机 离 子 的 去 除 （ Ca2+ 、 Mg2+ 、 Fe2+等）
6/4溶/202液4 称为萃取液。
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• 工业上萃取的操作包括三个步骤：
• 一是混合
• 将料液和萃取剂充分混合形成乳浊液， 让溶质自料液转入萃取剂中，此过程通常 在搅拌罐中进行，也可以在很高速度的管 道内混合。
例如：在枯草芽孢杆菌发酵液中，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包裹在其中而 除去，从而可加快过滤速率。
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③变性法
蛋白质由有规则的排列到无规则结构的变化过程成为变性。变 性的蛋白溶解性小。
使蛋白质变性的方法有：加热，大幅度调节pH，加酒精等有机 溶剂或表面活性剂等 。
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• 2)、培养液是复杂的多相分散体系：
•
是多相体系，一般情况下，分散介质是水。
分散在其中的固体和胶体物质组成复杂，不仅
生物发酵过程与产物的分离纯化技术
生物发酵过程与产物的分离纯化技术生物发酵过程是一种将有机物质转化为有用产物的生化过程。
人类在发现这种过程后，就不断地开展了相关的研究和开发工作。
经过多年对生物发酵过程的探索和研究，现在已经开发出了许多种适合于大规模生产的工业微生物育种方式。
在生物发酵过程中，需要将微生物和发酵基质混合加热，随着时间的推移，微生物会不断地将基质转化成有用产物，并释放出一些废物。
因此在发酵过程中，需要对产物和废物进行分离和纯化，以便于产物可以进一步加工，转化成最终的成品。
首先，生物发酵过程中产物的分离应该始于发酵液中产物的初步分离。
在此步骤中，可以通过使用压滤法，离心等方法，将微生物和一些浮游颗粒物从发酵液中分离出来。
这种分离技术称为粗分离技术。
具体来说，用离心机从混合液中剥离细胞，并将有机物和小颗粒等混合物从浆液中清除。
在此过程中，发酵液处于高速离心状态，微生物和固体物质分离出来。
这种分离方法不仅可以分离出微生物，还可以分离出细菌产生的蛋白质、多肽等产物。
不过，由于离心法不能分离大分子物质，所以需要针对不同的产物而采用不同的分离方法。
其次是微生物转化产物的特征决定了分离技术的选择。
微生物分离和纯化技术包括固定化细胞技术、离子交换技术、凝胶层析技术、透析技术和滤膜技术等方法。
其中，离子交换技术被广泛应用于蛋白质分离和纯化。
这种方法依靠离子可逆吸附或占据离子交换树脂的硫酸根、氯酸根等残基，从而实现原料分离的目的。
凝胶层析技术是一种在空心管中使用高分子纯化材料的技术。
其优点是分离效率高，纯化效果好。
与离子交换技术相比，凝胶层析技术可实现大规模分离和工艺优化，并且不需要前处理。
而透析法和滤膜法主要应用于分离小分子量的有机物，如葡萄糖、氨和微量元素。
透析法和滤膜法基本上都要求使用某种特殊的膜来进行操作，因此无法针对不同的产物采取相应的分离方法。
此外，现代分离技术还包括反渗透法、气体扩散、电弧压滤以及超临界流体萃取等技术。
其中，反渗透法是一种通过压力差来将水和溶液分离的技术。
微生物发酵的产物分离与纯化技术
微生物发酵的产物分离与纯化技术在微生物发酵领域，获得高质量和高纯度的产物是至关重要的目标。
而实现这一目标的关键步骤就在于产物的分离与纯化技术。
这些技术不仅决定了最终产物的品质和价值，也对生产效率和成本有着重要影响。
微生物发酵产物的种类繁多，包括但不限于各种有机酸、抗生素、酶、蛋白质、多糖等。
不同的产物具有不同的物理化学性质，因此需要采用相应的分离与纯化方法。
常见的分离方法之一是过滤。
过滤可以通过物理手段将发酵液中的固体颗粒与液体部分分开。
例如，使用微孔滤膜可以去除微小的颗粒和细胞碎片。
这种方法操作相对简单，但对于一些细小的颗粒或者与液体性质相近的物质，过滤效果可能有限。
离心分离也是常用的手段之一。
通过高速旋转产生离心力，使不同密度的物质分层，从而实现分离。
它适用于分离细胞、细胞碎片以及一些较大的颗粒物质。
但离心设备成本较高，且对于某些密度相近的物质分离效果可能不太理想。
沉淀法是基于物质溶解度的差异来实现分离。
通过改变溶液的条件，如 pH 值、温度、加入沉淀剂等，使目标产物沉淀下来。
这种方法相对简单，但可能会导致产物的部分损失和纯度降低。
在分离之后，纯化技术就显得尤为重要。
色谱技术是一种高效的纯化手段，如凝胶过滤色谱、离子交换色谱和亲和色谱等。
凝胶过滤色谱根据分子大小进行分离。
大分子物质先被洗脱出来，小分子物质则后被洗脱。
它适用于分离蛋白质等大分子，但分辨率相对较低。
离子交换色谱则是利用物质所带电荷的不同进行分离。
带正电荷的物质会与带负电荷的树脂结合，通过改变洗脱液的离子强度或 pH 值来洗脱目标物质。
这种方法对于带电的小分子和大分子都有较好的分离效果。
亲和色谱具有高度的选择性。
它利用目标物质与特定配体之间的特异性结合来实现纯化。
例如，对于某种酶，可以使用其底物作为配体进行亲和色谱分离，从而得到高纯度的酶。
但亲和色谱的成本相对较高，且配体的制备和再生可能较为复杂。
膜分离技术在产物纯化中也发挥着重要作用。
发酵产品分离纯化的一般过程
发酵产品分离纯化的一般过程
首先，在发酵生产过程中，微生物或酵母等生物体产生的目标产物通常存在于发酵液中。
为了提取这些目标产物，首先需要将微生物细胞破碎。
这可以通过机械破碎、超声波破碎或化学方法来实现。
细胞破碎后，产物与发酵液中的其他组分混合在一起。
接下来是固液分离的步骤，通过离心、过滤或沉淀等方法将产物与发酵液中的固体颗粒或其他杂质分离开来。
这一步骤可以去除细胞残渣、蛋白质、DNA、RNA等杂质，从而得到相对纯净的目标产物。
随后是蛋白质纯化的过程，通常使用离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等方法，将目标产物与其他蛋白质分离开来，以获得更纯净的产物。
在蛋白质纯化的基础上，还需要进行浓缩和干燥的步骤。
浓缩可以通过膜分离、冷冻干燥等方法，将产物的体积减小，浓缩产物中的目标物质。
最后，干燥可以将产物转化为固体形式，延长其保存期限。
总的来说，发酵产品的分离纯化过程是一个复杂的过程，需要经过多个步骤，包括细胞破碎、固液分离、蛋白质纯化、浓缩和干燥等，以获得纯净的目标产物。
这些步骤需要根据具体的产物特性和生产要求进行选择和优化，以确保最终获得高纯度的发酵产品。
发酵产物分离纯化
2、溶剂萃取法
利用不同物质在不同的溶剂中具有不同的溶 解度的原理来进行不同物质的分离纯化。
一般采用有机溶剂萃取法
适用于抗生素等小分子物质的分离纯化
3、双水相萃取法
双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物 与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会 形成互不相溶的两水相或多水相系统。通 过溶质在相间的分配系数的差异而进行萃 取的方法即为双水相萃取。
（1）盐析法
中性盐的加入，破坏了蛋白质、酶的胶体 性质，中和微粒上的电荷，促使蛋白质等 的沉淀，多用于提取各种蛋白质和酶。
中性盐一般为硫酸铵。
（2）有机溶剂沉淀法
与水互溶的有机溶剂（乙醇、丙酮等） 能使蛋白质在水中的溶解度显著降低。
多用于生物小分子、多糖、核酸和蛋白 质等产品的提取。
有机溶剂在这个过程的主要作用：
易于进行连续化操作。 相分离过程温和 ,生化分子如酶不易受到破
坏。 选择性高、收率高。 操作条件温和。
4、吸附法
吸附作用：固体表面的分子或原子具有不 饱和的剩余力，即存在表面力，所以它们 能够吸附外界物质，使这些外界物质在吸 附剂表面形成多分子层或单分子层，而降 低固体表面能，使自身达到稳定状态。一 般将物质从流体相浓缩到固体表面的过程 成为吸附作用。
降低溶液的介电常数，因为分子间的静电 引力和溶剂的介电常数成反比，加入有机 溶剂，蛋白质分子间的引力增加，溶解度 降低。
有机溶剂的另一作用是部分地引起蛋白质 脱水而沉淀。
（3）等电点沉淀法
调节溶液pH至等电点处，可使两性电解质 所带净电荷为零，相邻分子之间由于没有静 电斥力而趋于沉淀。
适用于氨基酸、蛋白质和其他两性物质的沉 淀分离。
③ 生物破碎法
加酶促进法 利用生物酶消化溶解细胞壁和细胞膜的方法。
微生物技术应用：第四章 微生物发酵产物的分离与纯化
电泳
凝胶电泳 等电点电泳 等速电泳 区带电泳
筛分、电荷
蛋白质、核酸
筛分、电荷、浓度差 蛋白质、氨基酸
筛分、电荷、浓度差 蛋白质、氨基酸
筛分、电荷、浓度差 蛋白质、核酸
离心 离心过滤 离心沉降 超离心
离心力、筛分 离心力 离心力
菌体、菌体碎片 菌体、细胞 蛋白质、核酸、糖类
二、分离纯化的基本过程
1.一般工艺过程
三、分离纯化方法的综合运用与工艺优化
应作好工序间的衔接工作，从加工产物质量、 产物收率与纯度的平衡、时间与经济性等角度出 发，对影响工艺流程整体纯化效果的加工条件进 行优化：
1 收率与纯度之间的平衡 2 经济性考虑 3 工艺放大 4 纯化过程中对产品的检测
1 收率与纯度之间的平衡
发酵产品有效成分分离纯化过程中，产品的 纯度与产率之间是一对矛盾的关系。比如，微生 物发酵产物为药品时，其有效成分的纯度是衡量 其质量优劣的重要指标，特别是非肠道药物，其 纯度的高低直接关乎用药的安全性。纯化产品产 率的提高往往伴随着纯度的下降，反之对产品纯 度要求的提高意味着纯化成本的提高和产物收率 的降低。
一、建立分离纯化工艺的根据
1.微生物发酵产物的特点
➢另一个特点是欲提取的生物物质通常很不 稳定，遇热、极端pH、有机溶剂会引起失 活或分解。
➢发酵或培养都是分批操作、生物变异性大， 各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一 定的弹性。
一、建立分离纯化工艺的根据
2.原理
（1）物理性质 ① 力学性质：重力、离心力、筛分； ② 热力学性质：状态变化、相平衡； ③ 传质性质：粘度、扩散、热扩散； ④ 电磁性质：电泳、电渗析、磁化；
三、分离纯化方法的综合运用与工艺优化
生物发酵工程中分离和纯化的技术
生物发酵工程中分离和纯化的技术生物发酵工程是指利用微生物、细胞及其代谢产物进行某些化学过程的工程学科。
在生物发酵工程中，分离和纯化技术是至关重要的步骤，通过这些技术可以分离出所需的微生物、细胞或产物，并对其进行纯化和结构分析，以实现其在工业上的广泛应用。
一、分离技术生物发酵过程中，细胞或微生物的生长和代谢过程会产生大量的代谢产物，其中包括目标产物和非目标产物。
在分离技术中，目标产物的选择和富集是至关重要的。
常用的分离技术包括离心、过滤、超滤和萃取等。
离心是利用离心力将混合物中不同密度的组分分开的一种分离技术。
在生物发酵工程中，利用离心技术可以将微生物和细胞分离出来，以进行后续的培养和富集。
此外，离心技术还可以用于大分子物质的分离和纯化，如蛋白质、DNA等。
过滤是将混合物通过不同的过滤器进行分离的一种分离技术。
根据过滤器的孔径大小不同，可以将不同大小的分子筛选出来。
在生物发酵工程中，利用过滤技术可以将微生物和其代谢产物从培养基中分离出来，达到富集目的。
超滤是利用膜过滤的方式进行分离的一种技术。
在超滤过程中，通过选择合适的膜孔径和压力，可以将不同分子量的目标产物分离出来，并进行纯化。
超滤技术在生物发酵工程中的应用非常广泛，可以富集蛋白质、酶、激素等大分子物质。
萃取是利用溶剂的不同亲水性或亲油性，将混合物中的目标组分分离出来的一种技术。
在生物发酵工程中，萃取技术可以用于分离微生物培养液中的小分子化合物和产物。
二、纯化技术在生物发酵工程中，分离是实现目标产物富集的重要手段，但是分离出来的产物并不一定是纯品。
通过纯化技术，可以将目标产物从杂质中进一步纯化和提纯，以达到最终的纯度要求。
常用的纯化技术包括电泳、层析、析出和结晶等。
电泳是将混合物中的分子在电场的作用下按照大小和电性进行分离的一种技术。
在生物发酵工程中，电泳技术可以用于蛋白质、核酸和酶等大分子物质的纯化。
层析是利用分离材料将混合物中的组分分离的一种技术。
发酵产物的分离纯化
第五章发酵产物的分离纯化下游加工亦称发酵后处理，是指从发酵液或酶反应中分离纯化目的产物并加工成成品的过程。
第一节下游加工过程概述一、下游加工过程的重要性：1. 获得商业产品的关键环节。
2. 拥有市场竞争力的重要保证。
二、下游加工过程的特点1. 发酵液是复杂的多相系统，属非牛顿液体，从中分离所需产品困难大。
2. 发酵产品在培养液中具有浓度低，稳定性差，对酸碱等外界环境十分敏感，容易失活。
3. 下游加工过程代价昂贵，产品回收率不是很高。
4. 发酵过程复杂，要求下游加工工艺应具有相当的适应性，以确保最终产品的纯度和质量。
三、下游加工工程的一般流程1.发酵液的预处理和固-液分离。
2.产物的初分离3.产物的高度纯化4.成品加工第二节发酵液的预处理与固-液分离一、发酵液的一般特征1. 含水量高2. 产品浓度3. 悬浮物颗粒小，密度与液体相差不大 4. 固体粒子可压缩性大5. 液体黏度大，大多为非牛顿型流体 6. 产物性质不稳定二、发酵液预处理的目的和要求1.预处理的目的（1）改变发酵液的物理性质，促进悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率（2）尽可能使产物转入便于后处理的某一相中（多数是液体）（3）去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。
2.发酵液预处理的要求:（1）菌体的分离（2）固体悬浮物的去除（3）蛋白质的去除（4）重金属离子的去除（5）色素、热原质、毒性物质等有机杂质的去除（6）改变发酵液的性质（7）调节适宜pH值和温度三、发酵液预处理的方法：1. 重力法2. 热处理法3.等电点法4. 絮凝法1. 重力法在工业上用的较多的主要是离心和过滤。
过滤常用板框真空吸滤或电动筛等，离心和过滤能否顺利进行取决于很多因素。
一般温度高，压力大，发酵液粘度小，滤布选用适当，助溶剂适宜，搅拌都可以提高过滤速度。
微生物技术应用：第四章-微生物发酵产物的分离与纯化可编辑全文
3 工艺放大
发酵产物分离纯化工艺的建立一般都经过从 实验室、中试车间生产到形成工业规模生产线的 放大过程，这是一项工艺诞生、发展、成熟和完 善的一般规律。其中实验室研究是大规模生产的 第一步，小规模生产工艺是大规模生产工艺的基 础。尽管工艺放大过程中往往会有操作细节或条 件的改变，小规模生产工艺条件优化和工序综合 效果研究可为放大设计及工艺定型积累数据和提 供经验。
（一）发酵液的预处理和固液分离
1.高价无机离子的去除方法
（1）钙离子，可用草酸。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 90~95℃下用硫酸分解，经过滤、冷却、结晶 后可以回收草酸。
一、建立分离纯化工艺的根据
1.微生物发酵产物的特点
➢另一个特点是欲提取的生物物质通常很不 稳定，遇热、极端pH、有机溶剂会引起失 活或分解。
➢发酵或培养都是分批操作、生物变异性大， 各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一 定的弹性。
一、建立分离纯化工艺的根据
2.原理
（1）物理性质 ① 力学性质：重力、离心力、筛分； ② 热力学性质：状态变化、相平衡； ③ 传质性质：粘度、扩散、热扩散； ④ 电磁性质：电泳、电渗析、磁化；
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（2）高压匀浆器 采用高压匀浆器是大规模破碎细胞的常用
方法，利用高压迫使细胞悬浮液通过针形阀， 由于突然减压和高速冲击撞击环 造成细胞破裂。
JJ-2组织捣碎匀浆机
（2）高压匀浆器
各种菌体一次通过高压匀浆器的破碎率
微生物发酵产物下游分离纯化策略
微生物发酵产物下游分离纯化策略微生物发酵作为一种生物技术，在生产药物、食品添加剂、工业酶制剂、生物燃料等领域发挥着至关重要的作用。
然而，微生物发酵产生的目标产物往往与其他杂质混合在一起，因此，高效的下游分离纯化策略是确保产物质量、提高生产效率和降低成本的关键环节。
以下是针对微生物发酵产物下游分离纯化策略的六个核心点：1. 预处理：固液分离与细胞破碎预处理是下游分离纯化的第一步，主要涉及将发酵液中的细胞与液体介质分离，随后破碎细胞释放出胞内产物。
常用的固液分离技术包括离心分离和过滤分离，前者利用离心力快速分离细胞，后者则通过物理屏障拦截细胞。
细胞破碎方法多样，常见的有机械破碎（如高压匀浆、珠磨）、化学裂解（利用渗透压改变或溶剂破坏细胞壁）及酶促裂解。
选择合适的预处理方式对于后续纯化步骤至关重要，能有效提高产物回收率。
2. 初步纯化：吸附与沉淀初步纯化旨在去除大部分杂质，同时浓缩目标产物。
吸附法利用特定吸附材料（如离子交换树脂、活性炭、疏水相互作用色谱填料）捕获目标产物或杂质，通过改变pH值、盐浓度或洗脱剂来实现产物的解吸。
沉淀法则是通过添加特定试剂（如盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀）促使目标产物或杂质形成沉淀，从而达到分离目的。
这些技术的选择依据目标产物的物理化学性质，以及杂质的种类和浓度。
3. 精制：层析技术层析技术是微生物发酵产物精制的核心，包括但不限于凝胶过滤层析、离子交换层析、亲和层析等。
凝胶过滤层析基于分子大小差异进行分离；离子交换层析利用电荷差异；而亲和层析则是基于生物分子之间的特异性相互作用，如抗体与抗原、酶与底物的结合。
层析技术具有高分辨率、选择性强的特点，能够有效提高产物纯度，但操作成本相对较高，需要精确的条件优化。
4. 浓缩与脱盐经过层析后的产物通常还需进一步浓缩和脱盐，以满足最终产品的规格要求。
浓缩可通过蒸发、反渗透、超滤等方法实现，这些技术能有效减少溶剂体积而不影响产物活性。
《发酵产物分离纯化》课件
除上述领域外，发酵产物分离纯化还广泛应用于 环保、生物能源等领域。例如，通过分离纯化技 术处理废水中的有害物质，以及从废弃物中提取 生物质能等。
02
发酵产物分离纯化的基本原理
发酵产物的分类与特性
发酵产物分类
初级代谢产物、次级代谢产物
发酵产物特性
化学组成、物理性质、生物活性
发酵产物分离纯化的基本方法
《发酵产物分离纯化》ppt课件
目录 CONTENTS
• 发酵产物分离纯化概述 • 发酵产物分离纯化的基本原理 • 发酵产物分离纯化的工艺流程 • 发酵产物分离纯化的设备与操作 • 发酵产物分离纯化的案例分析
01
发酵产物分离纯化概述
发酵产物分离纯化的定义与重要性
定义
发酵产物分离纯化是指在发酵过程中产生的代谢产物经过提 取、分离、纯化等步骤，得到单一组分的工艺过程。
重要性
发酵产物分离纯化是实现微生物资源利用的重要手段，对于 制药、食品、农业等领域具有重要意义。通过分离纯化，可 以得到高纯度、高质量的产物，满足下游应用的需求。
发酵产物分离纯化的历史与发展
历史
发酵产物分离纯化的历史可以追溯到古代酿造业，如酱油、醋、酒等产品的生 产。随着科技的发展，现代发酵产业逐渐兴起，分离纯化技术也不断进步，出 现了多种分离纯化方法和设备。
利用物质分子量、沸点等性质的差异分离物 质
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发1
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去除杂质
通过离心、过滤等方法去 除发酵液中的固体杂质和 悬浮物。
调节pH值
根据发酵产物的性质，将 发酵液的pH值调节至适宜 范围，以提高提取和纯化 的效果。
降低黏度
通过加热、稀释等方法降 低发酵液的黏度，有利于 后续处理。
发酵工程产物的分离纯化方法
发酵工程产物的分离纯化方法哎呀，发酵工程产物的分离纯化可真是个复杂又关键的事儿呢。
我们先说说过滤法。
这就像是给发酵产物过个筛子。
有些发酵液里有很多杂质，通过过滤的方式，把那些大颗粒的杂质给挡在外面，就像把沙子从米里筛出去一样。
可以用一些过滤的材料，比如滤纸或者滤膜。
这些滤纸和滤膜就像一个个小守门员，只让我们想要的产物通过，把那些不需要的杂质给拦住。
还有沉淀法。
想象一下，就像在一杯浑水里加一些东西，让那些杂质都沉淀到杯底。
在发酵工程里，我们可以通过改变一些条件，比如酸碱度或者加入一些特定的试剂，让那些杂质或者不需要的成分沉淀下来。
比如说加入一些盐类，让蛋白质沉淀出来，就像用魔法把它们从溶液里拉出来一样。
离心法也挺有意思的。
把发酵液放在离心机里，然后让离心机快速地旋转。
这时候，不同密度的物质就会因为离心力的作用而分开。
就像在游乐场里玩旋转木马，转得快了，人就会被甩到外面去。
在离心过程中，那些重的杂质就会被甩到离心管的底部，而我们想要的产物就会留在上面。
层析法就像一个神奇的楼梯。
把发酵产物放在层析柱里，不同的成分会在柱子里以不同的速度移动。
就像一群人在爬楼梯，有的人爬得快，有的人爬得慢。
根据这个原理，我们可以把不同的成分分开。
比如说用离子交换层析，利用不同物质对离子交换树脂的亲和力不同，把它们分开。
还有结晶法。
这就像是让发酵产物变成漂亮的晶体。
通过调整温度、浓度等条件，让产物从溶液里结晶出来。
就像在冬天，水会变成美丽的雪花结晶一样。
结晶出来的产物纯度会比较高，就像把宝石从一堆石头里挑选出来一样。
膜分离技术也很重要。
它利用一些特殊的膜，这些膜就像一个个小筛子，但是比普通的筛子要神奇得多。
可以根据分子的大小或者电荷等特性，把产物和杂质分开。
比如说超滤膜可以把大分子的产物留下来，让小分子的杂质通过。
在实际的发酵工程产物分离纯化过程中，往往不是只用一种方法，而是把几种方法结合起来用。
就像做一道复杂的菜，需要多种调料和烹饪步骤。
生物发酵知识点总结
生物发酵知识点总结一、发酵的基本过程生物发酵是利用微生物对有机废料、农业残渣、农业产品和资源进行有效的降解或转化，从而产生有经济价值的产品。
发酵的基本过程可以分为三个阶段：生长阶段、发酵生产阶段和产物分离纯化阶段。
1. 生长阶段在生长阶段，微生物需要合适的养分和环境因素来生长和繁殖。
这些养分包括碳源、氮源、矿物盐和生长因子等。
同时，温度、酸碱度、氧气含量和搅拌速度等环境因素也会影响微生物的生长。
2. 发酵生产阶段在发酵生产阶段，微生物开始利用合适的底物来进行代谢产物的生产。
这个过程可以分为两种类型：有氧发酵和厌氧发酵。
有氧发酵需要充足的氧气来进行代谢，而厌氧发酵则是在缺氧的环境中进行。
3. 产物分离纯化阶段在产物分离纯化阶段，需要对发酵产物进行分离、纯化和浓缩，以获得最终的产品。
这个过程通常包括离心、过滤、蒸馏、结晶、萃取和固定化等技术。
二、常见的发酵反应发酵反应是微生物对底物进行利用并产生代谢产物的过程。
常见的发酵反应包括酒精发酵、乳酸发酵、酢酸发酵和产酸发酵等。
1. 酒精发酵酒精发酵是利用酵母菌将葡萄糖分解成乙醇和二氧化碳的过程。
这个反应是酿酒、发酵生产醋和饲料添加剂等行业所广泛应用的。
2. 乳酸发酵乳酸发酵是利用乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸的过程。
这个反应广泛应用于食品工业，用来进行酸奶、酸奶饮料和奶酪等乳制品的发酵生产。
3. 酢酸发酵酢酸发酵是利用醋酸菌将乙醇氧化为醋酸的过程。
这个反应是醋的生产过程中所必需的。
4. 产酸发酵产酸发酵是利用产酸菌将葡萄糖分解成产酸的过程。
这个反应广泛应用于沙拉酱、酱料和食品添加剂的生产中。
以上是一些常见的发酵反应，还有许多其他的发酵反应也在不同的产业中得到了应用。
三、发酵工艺控制发酵工艺控制是为了提高产量、提高产品质量和减少生产成本而进行的调节发酵过程的操作。
发酵工艺控制包括底物和培养基的选择、微生物的培养条件控制、酶的添加和产酶物质的调控等。
1. 底物和培养基的选择底物和培养基的选择是影响发酵过程的一个关键因素。
微生物发酵产物的提取与纯化技术研究
微生物发酵产物的提取与纯化技术研究一直是生物科技领域的一个重要研究方向。
通过对微生物发酵过程中产生的有用产物进行提取和纯化，可以有效地提高产物的纯度和纯净度，从而增强其应用效果。
近年来，随着生物技术的不断发展，微生物发酵产物的提取与纯化技术也得到了快速的进展，取得了许多重要成果。
微生物发酵产物主要包括抗生素、酶、酸、碱等多种化合物，具有重要的医药、食品、农业和工业应用价值。
然而，由于微生物发酵过程中产物的体积较小、浓度较低、容易受到其他杂质的干扰，因此提取和纯化技术对于获得高纯度的产物至关重要。
目前，常用的微生物发酵产物提取与纯化技术主要包括溶剂萃取、色谱技术、超滤技术、膜分离技术等。
其中，溶剂萃取是一种常用的微生物发酵产物提取技术，通过选择适当的有机溶剂可以有效地将目标产物从发酵液中提取出来。
溶剂萃取技术简单易行，但需要注意溶剂的选择和用量，以避免对目标产物产生干扰。
另外，色谱技术是一种高效的微生物发酵产物纯化技术，通过不同色谱柱的选择和操作条件的调节可以实现对目标产物的纯化和分离。
超滤技术是一种基于分子大小排除原理的微生物发酵产物提取技术，通过合理选择超滤膜的孔径和操作参数可以实现对目标产物的分离和富集。
此外，膜分离技术也是一种常用的微生物发酵产物提取技术，通过合理选择膜材料和操作条件可以实现对目标产物的有效分离和纯化。
梳理一下本文的重点，我们可以发现，微生物发酵产物的提取与纯化技术在生物技术领域具有重要的应用前景。
未来，随着生物技术的不断发展和完善，相信这一研究领域将取得更多重要的突破，为人类医药健康、食品安全和工业生产带来更多的福祉。
希望我们的研究能够为微生物发酵产物的提取与纯化技术研究做出更多贡献，推动这一领域的不断发展和完善。
生化工程中的发酵技术和产物分离纯化
生化工程中的发酵技术和产物分离纯化生化工程是一门交叉学科，涵盖了微生物学、化学、生物工艺学等多个领域。
其中，发酵技术和产物分离纯化是生化工程的重要组成部分，也是实现传统产业向高端化、集约化、智能化发展的必经之路。
一、发酵技术发酵是一种活细胞在适宜条件下进行繁殖，同时合成许多小分子代谢产物的过程。
在生化工程领域，发酵技术主要用于生产工业酶、生物制药、发酵饲料等产品。
其中，生产工业酶是应用最为广泛的领域之一。
目前，全球工业酶市场规模已经突破90亿美元，并且持续增长。
发酵工艺可以分为两种：传统发酵和现代发酵。
传统发酵是指以天然微生物为基础，手工添加营养物质进行发酵。
现代发酵则采用高效的微生物菌株和液体发酵装置，控制各种参数实现快速繁殖和产物积累。
相较于传统发酵，现代发酵具有产量高、质量好、效率高等优点。
在发酵技术中，传统的参数控制包括温度、pH值、溶氧浓度和营养物质的添加等。
而现代发酵则利用数学模型和计算机算法计算出微生物生长和产物合成的最佳条件，从而实现精准控制和优化设计。
除了以上提到的，发酵技术还涉及微生物遗传学、代谢物分析、微观反应工程学等众多领域。
这些领域的发展将进一步推动发酵技术的创新和应用。
二、产物分离纯化发酵过程中的产物通常是混杂在发酵液中的，需要通过分离纯化技术进行提取和纯化。
产物分离纯化是生化工程中的另一个重要环节，它可以使产物的纯度和产量均得到提高。
常见的产物分离纯化技术包括离子交换色谱、凝胶过滤、超滤、逆向渗透、膜分离和生物亲和层析等。
这些技术既可以单独应用，也可以组合使用，以达到最佳的分离和纯化效果。
产物分离纯化技术的效率和效果，既受分离纯化工艺本身的影响，也受到产物本身性质的影响。
因此，在进行分离纯化之前需要进行多种分析测定、优化设计、试验验证等步骤，以确保分离纯化过程的高效、安全和经济。
三、生化工程未来发展趋势随着全球经济的快速发展，人们对于生物产业的要求也越来越高。
未来，生化工程领域的发展趋势将主要体现在以下四个方面：1、微生物基因组学和合成生物学的发展将推动微生物菌株与代谢途径的优化设计，实现更高效和多产的发酵和生物生产。
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Fermentation engineering
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery
FERMENTATION Process Control
(4)
(5)
一,建立分离纯化工艺的根据
1,含目的产物的起始物料的特点 , 2,物料中杂质的种类和性质 , 3,目的产物特性 , 4,产品质量的要求 ,
(1)菌种类型及其代谢特性:包括菌种的生物学性质,产物和副 )菌种类型及其代谢特性:包括菌种的生物学性质, 产物种类,产物在细胞内所处的位置,表达方式(胞内,胞外, 产物种类,产物在细胞内所处的位置,表达方式(胞内,胞外, 包含体) 代谢物种类,产物类似物, 包含体),代谢物种类,产物类似物,毒素和能降解产物的酶类 等; (2)原材料和培养基的来源及其质量; )原材料和培养基的来源及其质量; (3)生产工艺和条件:包括灭菌方式和条件,生产方式(连续, )生产工艺和条件:包括灭菌方式和条件,生产方式(连续, 批式,半连续) 生产周期,生产能力, 批式,半连续),生产周期,生产能力,工艺控制条件因素几方 式等; 式等; (4)初始物料的物理,化学和生物学特性:包括产物浓度,主要 )初始物料的物理,化学和生物学特性:包括产物浓度, 杂质种类和浓度, 盐的种类和浓度, 溶解度, , 黏度, 杂质种类和浓度 , 盐的种类和浓度 , 溶解度 , pH,黏度 , 流体 力学性质和热力学性质. 力学性质和热力学性质.
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculum development - media formulation - sterilization - inoculation
FERMENTATION Process Control
会召开了专门讨论下游加工过程的国际会议;我国也于1989 1989年 会召开了专门讨论下游加工过程的国际会议;我国也于1989年 在济南召开了一次专门会议; 在济南召开了一次专门会议;近十年来国内外有关生物分离或蛋白 下游加工过程的重要性.(组成, 下游加工过程的重要性 质纯化的专著陆续出版. .(组成 费用和关注程度) 质纯化的专著陆续出版. .(组成,费用和关注程度)
第六节 发酵产物分离过程
Fermentation engineering
发 酵 工 程 组 成
上游工程 UPSTREAM PROCESSES 从广义上讲,由三部分组成: 上游工程,发酵工程, 上游工程,发酵工程,下游工程
下游工程
FERMENTATION Process Control
DOWNSTREAM PROCESSES
预处理的方法
采用絮凝或凝聚的方法, 采用絮凝或凝聚的方法,设法增大悬浮液中 絮凝或凝聚的方法 固体粒子的大小,提高其沉降速度; 固体粒子的大小,提高其沉降速度; 采用稀释,加热等方法降低粘度, 采用稀释,加热等方法降低粘度,以利于过 滤;
凝聚和絮凝技术
凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞, 凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞, 菌体 和蛋白质等胶体粒子的分散状态, 和蛋白质等胶体粒子的分散状态 ,使它们 聚集起来,增大体积,以便于过滤, 聚集起来 , 增大体积, 以便于过滤, 常用 于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理 中.
生物产品分离纯化的主要特点
(1) 目的产物在初始原料中的含量较低 目的产物在初始原料中的含量较低; 在初始原料中的含量较低
(2)含目的产物的初始物料组成复杂 除了目的产物外, 还 含目的产物的初始物料组成复杂 除了目的产物外, 含目的产物的初始物料组成复杂,除了目的产物外 有大量的细胞, 代谢, 残留培养基, 无机等, 有大量的细胞 , 代谢 , 残留培养基 , 无机等 , 特别 是产物类似物对目的产物的分离纯化影响很大; 是产物类似物对目的产物的分离纯化影响很大;
物料中杂质的含量,性质,结构, 物料中杂质的含量,性质,结构,相对 分子质量,电荷性质及数量, 分子质量,电荷性质及数量,生物学特 性,稳定性,溶解度,分配系数,挥发 稳定性,溶解度,分配系数, 性,吸附性能等. 吸附性能等.
产物的化学,物理和生物学特性, 产物的化学,物理和生物学特性,包括 化学组成,相对分子质量,等电点, 化学组成,相对分子质量,等电点,电 荷分布及密度,溶解度,稳定性, 荷分布及密度,溶解度,稳定性,疏水 扩散性,扩散系数,分配系数, 性,扩散性,扩散系数,分配系数,吸 附性能,生物学活性,亲和性, 附性能,生物学活性,亲和性,配基种 表面活性等. 类,表面离纯化过程可分为4个阶段: 一般分离纯化过程可分为4个阶段:
1) 2) 3) 4) 培养液(发酵液)的预处理和固液分离; 培养液(发酵液)的预处理和固液分离; 初步纯化(提取); 初步纯化(提取); 高度纯化(精制); 高度纯化(精制); 成品加工. 成品加工.
预处理和固液分离 :目的是分离发酵液中
产品质量标准和用途对产品纯度, 产品质量标准和用途对产品纯度,生物 活性,比活的要求. 活性,比活的要求.包括允许的杂质种 类和最大允许含量, 类和最大允许含量,特殊杂质的种类和 最大允许量,以及杂质对使用的影响, 最大允许量,以及杂质对使用的影响, 产品剂型,贮存稳定性等. 产品剂型,贮存稳定性等.
的菌体细胞和不溶性固体杂质. 的菌体细胞和不溶性固体杂质.
初步分离 :目的是除去与产物性质差异较
大的杂质,为精制工序创造有利条件. 大的杂质,为精制工序创造有利条件.
高度纯化 :去除与产物的物理化学性质比
较接近的杂质. 较接近的杂质.
成品制作 :成品形式由产品的最终用途决
定.
下 游 加 工 过 程 的 一 般 流 程
下游加工过程在生物技术中的地位
组成:下游加工过程是生物技术的重要组成部分, ①组成:下游加工过程是生物技术的重要组成部分,发酵液或反应 下游技术(工程) ):对于由 下游技术(工程) (downstream ): 液需要经过下游加工过程才能成为成品; 液需要经过下游加工过程才能成为成品; processing):对于由
(3) 目的产物的稳定性差,具有生物活性的物质对 pH, 目的产物的稳定性差, 稳定性差 , 温度,金属离子, 有机溶剂,剪切力, 温度 , 金属离子 , 有机溶剂 , 剪切力 , 表面张力 等十分敏感,容易是其失活,变性; 等十分敏感,容易是其失活,变性; 种类繁多,包括大, 小分子, 种类繁多 , 包括大 , 中 , 小分子 , 结构简单或复 杂的有机化合物,以及结构复杂又性质各异的生物 杂的有机化合物, 活性物质; 活性物质; 应用面广,对其质量,纯度要求高, 应用面广 , 对其质量 , 纯度要求高 , 甚至要求无 菌,无热源. 无热源.
凝聚是在中性盐作用下, 凝聚是在中性盐作用下,而使胶体体系不稳 定的现象. 定的现象. 常 用 的 凝 聚 剂 电 解 质 有 : Al2(SO4)318H2O( 明 矾 ) ; AlC136H2O ; FeC13;ZnSO4;MgCO3等.
絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下, 絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下 , 使胶 粒形成粗大的絮凝团的过程, 粒形成粗大的絮凝团的过程 , 是一种以物理 的集合为主的过程. 的集合为主的过程.
生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的, 生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的,动植物细胞组 费用:传统发酵工业中下游部分的费用占整个工厂投资费用的6 ②费用:传统发酵工业中下游部分的费用占整个工厂投资费用的6 而对重组DNA生产蛋白质等基因工程产品, 0%,而对重组DNA生产蛋白质等基因工程产品 织培养的, DNA生产蛋白质等基因工程产品,下游加工的费 织培养的,酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原 用可占整个生产费用的80 80% 90% 用可占整个生产费用的80%-90%; 经提取分离,加工并精制目的成分, 料,经提取分离,加工并精制目的成分,最终使其成为产 关注程度:英国政府工业部于1983年发起生物分离计划( 1983年发起生物分离计划 ③关注程度:英国政府工业部于1983年发起生物分离计划(B 品的技术. ,专门研究下游加工过程;1987年英国化学工业 品的技术. 专门研究下游加工过程;1987年英国化学工业 IOSEP) IOSEP)
凝聚和絮凝机理 凝聚和絮凝机理
凝聚: 凝聚 : 电解质将胶体粒子表面上的电荷中 减少存在于胶体粒子间的静电斥力, 和 , 减少存在于胶体粒子间的静电斥力 , 范德华吸引力占优势, 范德华吸引力占优势 , 这样胶体就会凝 聚成较大, 聚成较大,较密实的粒子 絮凝: 在某些高分子絮凝剂存在下, 絮凝 : 在某些高分子絮凝剂存在下 , 使胶 粒形成粗大的絮凝团使之更容易过滤. 粒形成粗大的絮凝团使之更容易过滤.
真菌的菌丝比较粗大, 发酵液容易过滤, 真菌的菌丝比较粗大 , 发酵液容易过滤 , 常 不需特殊处理. 其滤渣呈紧密饼状物, 不需特殊处理 . 其滤渣呈紧密饼状物 , 很容 易从滤布上刮下来, 易从滤布上刮下来 , 故可采用鼓式真空过滤 机过滤. 机过滤. 放线菌发酵液菌丝细而分枝, 交织成网络状. 放线菌发酵液菌丝细而分枝 , 交织成网络状 . 还含有很多多糖类物质, 粘性强, 还含有很多多糖类物质 , 粘性强 , 过滤较困 难 , 一般需经预处理 , 以凝固蛋白质等胶体 . 一般需经预处理, 以凝固蛋白质等胶体. 细菌发酵液的菌体更细小, 因此, 细菌发酵液的菌体更细小 , 因此 , 过滤十分 困难, 如不用絮凝等方法预处理发酵液, 困难 , 如不用絮凝等方法预处理发酵液 , 往 往难以采用常规过滤的设备来完成过滤操作. 往难以采用常规过滤的设备来完成过滤操作 .
目 的——除去部分可溶性杂质和改变滤 ——除去部分可溶性杂质和改变滤 液性质,以利于提取和精制的顺利进行. 液性质,以利于提取和精制的顺利进行.