发酵产物的提取与精制(课堂PPT)
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在发酵液中，加入一些反应剂，它们互相反应生成的沉淀 物对蛋白质具吸附作用而使其凝固。 预处理的方法
21
3，高价无机离子的去除方法 ❖ 钙离子，可用草酸。 ❖ 镁离子，可用三聚磷酸钠它和镁离子形
成可溶性络合物，用磷酸盐处理，也能 大大降低钙离子和镁离子的浓度。此法 可用于环丝氨酸的提取。 ❖ 铁离子，可加入黄血盐，使形成普鲁士 蓝沉淀。
❖ 去除会影响后续提取的高价无机离子。
10
❖ 发酵醪预处理的要求:
❖ （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）改变发酵醪的性质 ❖ （7）调节适宜pH值和温度
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预处理的方法
1，凝聚和絮凝技术 2，杂蛋白质的去除 3，高价无机离子的去除方法
17
影响絮凝的因素
➢絮凝剂的添加量 ➢发酵液的pH ➢絮凝剂的分子量 ➢搅拌转速 ➢搅拌时间
18
絮凝剂加量对絮凝效果(滤速)的影响
料液中，絮凝
剂浓度增加有
助于架桥充分，
但是过多的加
量反而会引起
吸附饱和，在
每个胶粒上形
成覆盖层而使
胶粒产生再次
稳定现象。
19
发酵液pH对阴离子聚丙烯酰胺絮凝效果的影响 溶液pH的变化常会影响离子型絮凝剂中功能团的电 离度，从而影响分子链的伸展形态。电离度增大， 由于链节上相邻离子基团间的电排斥作用，而使分 子链从卷曲状态变为伸展状态，所以架桥能力提高。
➢ 高度纯化 ：去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。 ➢ 成品制作 ：成品形式由产品的最终用途决定。
7
❖ 选择下游加工工艺的原则：
➢ 是胞内产物还是胞外产物 ➢ 原料中产物和主要杂质浓度 ➢ 产物和主要杂质的物理化学特性及差异 ➢ 产品用途和质量标准 ➢ 产品的市场价格 ➢ 废液的处理方法等
8
13
❖ 1、凝聚作用 凝聚是指在某些电解质作用下，破坏细胞、菌体和 蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的 过程。
❖ 凝聚剂主要是一些无机类电解质，由于大部分被处 理的物质带负电荷（如细胞或菌体一般带负电荷）， 因此工业上常用的凝聚剂大多为阳离子型，分为无 机盐类、金属氧化物类。
❖ 常（明用矾的）无、机盐AlC类l3凝6H聚2剂O、有F：eCAll32、（ZSnOS4）O43、18MHg2COO3： Al(OH)3、FeSO4、Ca(OH)2或石灰等。
5
一般工艺过程 ❖ 一般说来，下游加工过程可分为4个
阶段：培养液(发酵液)的预处理和固 液分离；初步纯化(提取)；高度纯化 (精制)；成品加工。
6
❖ 工艺过程的划分：
➢ 预处理和固液分离 ：目的是除去发酵液中的菌体细胞
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
后道精制工序创造有利条件
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（一）凝聚和絮凝技术
❖ 凝聚和絮凝能有效改变细胞、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。
❖ 常用于细小菌体或细胞（分泌胞外产物）、 细胞的（分泌胞内产物）碎片以及蛋白质等 胶体粒子的去除。
❖ 但是应当注意，凝聚和絮凝是两种方法，两 个概念，其具体处理过程也是有差别的。
第一节 发酵醪的预处理和菌体分离
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。
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一、 发酵液的预处理
❖ 采用理化方法设法增大虚浮液中固体粒子 的大小、或降低粘度，以利于过滤。
4
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。 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、结 晶、吸附、蒸发和干燥等属传统的单元操 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、膜过程 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。
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❖ 2、絮凝作用 ❖ 絮凝是指使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子
量聚电解质），在悬浮粒子之间产生架桥作用而使 胶粒形成粗大的絮凝团的过程。
❖ 常用的絮凝剂 ❖ 聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚胺衍生物、氯化钙、
磷酸氢二钠
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16
❖ 絮凝技术预处理发酵液的优点不仅在于过滤 速度的提高，还在于能有效地去除杂蛋白质 和固体杂质，如菌体、细胞和细胞碎片等， 提高了滤液质量
第七章
产物的提取与精 制
1
概论
❖ 下游加工过程在发酵工程中的地位
❖ 下游加工过程的定义
发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过 程或动植物细胞大量培养获得。从上述发酵液、 反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程 称为下游加工过程(Down stream processing)。它由一些化学工程的单几操作 组成，但由于生物物质的特性，有其特殊要求， 而且其中某些单元操作一般化学工业中应用较 少。
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二、发酵液的固液分离
❖ 微生物发酵液中含有大量菌体、细胞或细胞 碎片以及百度文库余的固体培养基成分。
❖ 固液分离是指将发酵液（或培养液）中的悬 浮固体，如细胞、菌体、细胞碎片以及蛋白 质等的沉淀物或它们的絮凝体分离除去
20
（二）杂蛋白质的去除方法
❖ 1．等电点沉淀 蛋白质在等电点时溶解度最小，能沉淀而除去。
❖ 2．变性沉淀 使蛋白质变性的方法有：加热、大幅度改变pH，加有机溶
剂（丙酮、乙醇等）、加重金属离子如Ag＋ 、Cu2＋ 、 Pb2＋ 等、加有机酸如三氯乙酸、水杨酸、苦味酸、鞣酸、 过氯酸等及表面活性剂。 ❖ 3. 加各种蛋白质沉淀剂 加入某些化学试剂使蛋白质与之形成复合物沉淀 ❖ 4．吸附
2
❖ 地位 ➢ 传统发酵工业(如抗生素、乙醇、柠
檬酸)，分离和精制部份占整个工厂 投资费用的60%。 ➢ 对重组DNA发酵、精制蛋白质的费 用可占整个生产费用的80%~90%。
3
❖ 下游加工过程的特点
❖ 1、成分复杂：细胞、代谢产物、残余培养基 ❖ 2、产品浓度低：传统发酵一般1～10％ ❖ 3、失活问题 ❖ 4、不稳定性 ❖ 5、纯度和生物安全问题 ❖ 6、收率低：50％左右
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3，高价无机离子的去除方法 ❖ 钙离子，可用草酸。 ❖ 镁离子，可用三聚磷酸钠它和镁离子形
成可溶性络合物，用磷酸盐处理，也能 大大降低钙离子和镁离子的浓度。此法 可用于环丝氨酸的提取。 ❖ 铁离子，可加入黄血盐，使形成普鲁士 蓝沉淀。
❖ 去除会影响后续提取的高价无机离子。
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❖ 发酵醪预处理的要求:
❖ （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）改变发酵醪的性质 ❖ （7）调节适宜pH值和温度
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预处理的方法
1，凝聚和絮凝技术 2，杂蛋白质的去除 3，高价无机离子的去除方法
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影响絮凝的因素
➢絮凝剂的添加量 ➢发酵液的pH ➢絮凝剂的分子量 ➢搅拌转速 ➢搅拌时间
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絮凝剂加量对絮凝效果(滤速)的影响
料液中，絮凝
剂浓度增加有
助于架桥充分，
但是过多的加
量反而会引起
吸附饱和，在
每个胶粒上形
成覆盖层而使
胶粒产生再次
稳定现象。
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发酵液pH对阴离子聚丙烯酰胺絮凝效果的影响 溶液pH的变化常会影响离子型絮凝剂中功能团的电 离度，从而影响分子链的伸展形态。电离度增大， 由于链节上相邻离子基团间的电排斥作用，而使分 子链从卷曲状态变为伸展状态，所以架桥能力提高。
➢ 高度纯化 ：去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。 ➢ 成品制作 ：成品形式由产品的最终用途决定。
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❖ 选择下游加工工艺的原则：
➢ 是胞内产物还是胞外产物 ➢ 原料中产物和主要杂质浓度 ➢ 产物和主要杂质的物理化学特性及差异 ➢ 产品用途和质量标准 ➢ 产品的市场价格 ➢ 废液的处理方法等
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❖ 1、凝聚作用 凝聚是指在某些电解质作用下，破坏细胞、菌体和 蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的 过程。
❖ 凝聚剂主要是一些无机类电解质，由于大部分被处 理的物质带负电荷（如细胞或菌体一般带负电荷）， 因此工业上常用的凝聚剂大多为阳离子型，分为无 机盐类、金属氧化物类。
❖ 常（明用矾的）无、机盐AlC类l3凝6H聚2剂O、有F：eCAll32、（ZSnOS4）O43、18MHg2COO3： Al(OH)3、FeSO4、Ca(OH)2或石灰等。
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一般工艺过程 ❖ 一般说来，下游加工过程可分为4个
阶段：培养液(发酵液)的预处理和固 液分离；初步纯化(提取)；高度纯化 (精制)；成品加工。
6
❖ 工艺过程的划分：
➢ 预处理和固液分离 ：目的是除去发酵液中的菌体细胞
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
后道精制工序创造有利条件
12
（一）凝聚和絮凝技术
❖ 凝聚和絮凝能有效改变细胞、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。
❖ 常用于细小菌体或细胞（分泌胞外产物）、 细胞的（分泌胞内产物）碎片以及蛋白质等 胶体粒子的去除。
❖ 但是应当注意，凝聚和絮凝是两种方法，两 个概念，其具体处理过程也是有差别的。
第一节 发酵醪的预处理和菌体分离
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。
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一、 发酵液的预处理
❖ 采用理化方法设法增大虚浮液中固体粒子 的大小、或降低粘度，以利于过滤。
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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。 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、结 晶、吸附、蒸发和干燥等属传统的单元操 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、膜过程 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。
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❖ 2、絮凝作用 ❖ 絮凝是指使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子
量聚电解质），在悬浮粒子之间产生架桥作用而使 胶粒形成粗大的絮凝团的过程。
❖ 常用的絮凝剂 ❖ 聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚胺衍生物、氯化钙、
磷酸氢二钠
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❖ 絮凝技术预处理发酵液的优点不仅在于过滤 速度的提高，还在于能有效地去除杂蛋白质 和固体杂质，如菌体、细胞和细胞碎片等， 提高了滤液质量
第七章
产物的提取与精 制
1
概论
❖ 下游加工过程在发酵工程中的地位
❖ 下游加工过程的定义
发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过 程或动植物细胞大量培养获得。从上述发酵液、 反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程 称为下游加工过程(Down stream processing)。它由一些化学工程的单几操作 组成，但由于生物物质的特性，有其特殊要求， 而且其中某些单元操作一般化学工业中应用较 少。
22
二、发酵液的固液分离
❖ 微生物发酵液中含有大量菌体、细胞或细胞 碎片以及百度文库余的固体培养基成分。
❖ 固液分离是指将发酵液（或培养液）中的悬 浮固体，如细胞、菌体、细胞碎片以及蛋白 质等的沉淀物或它们的絮凝体分离除去
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（二）杂蛋白质的去除方法
❖ 1．等电点沉淀 蛋白质在等电点时溶解度最小，能沉淀而除去。
❖ 2．变性沉淀 使蛋白质变性的方法有：加热、大幅度改变pH，加有机溶
剂（丙酮、乙醇等）、加重金属离子如Ag＋ 、Cu2＋ 、 Pb2＋ 等、加有机酸如三氯乙酸、水杨酸、苦味酸、鞣酸、 过氯酸等及表面活性剂。 ❖ 3. 加各种蛋白质沉淀剂 加入某些化学试剂使蛋白质与之形成复合物沉淀 ❖ 4．吸附
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❖ 地位 ➢ 传统发酵工业(如抗生素、乙醇、柠
檬酸)，分离和精制部份占整个工厂 投资费用的60%。 ➢ 对重组DNA发酵、精制蛋白质的费 用可占整个生产费用的80%~90%。
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❖ 下游加工过程的特点
❖ 1、成分复杂：细胞、代谢产物、残余培养基 ❖ 2、产品浓度低：传统发酵一般1～10％ ❖ 3、失活问题 ❖ 4、不稳定性 ❖ 5、纯度和生物安全问题 ❖ 6、收率低：50％左右