发酵产物的提取与精制(课堂PPT)
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7、发酵产物的提取与精制
固液分离
• 因为微生物和培养液的密度差小，固体颗粒也小， 离心时通常需要很大的旋转速度，能耗大。 • 此外，像高分子多糖发酵液那样黏度高的发酵液， 用离心法分离是非常困难的。 • 过滤分离：悬浮液通过过滤介质时，固体颗粒被截 留从而实现与液体的分离。滤材通常是滤布、陶瓷 膜、高分子膜等。按过滤机理不同可分为两种：
膜分离技术
• 膜分离：利用具有选择透过性的薄膜，根据膜孔径 的大小使物质透过或被截留，从而达到物质分离的 目的。基本上是一个非常节省能量的过程。
方法 膜结构 应用 微孔过滤 0.02~10μm 无菌过滤；细胞的分离浓缩 超滤 0.001~0.02μm 蛋白、多糖等高分子的分离浓缩 纳米过滤 <2nm 脱盐 反渗透 透析 电渗析 <1nm 氨基酸等低分子物质的分离浓缩； 海水淡化 大分子溶液的脱盐 氨基酸分离；去离子；海水淡化； 废水处理
• 其优点是沉淀不需进行脱盐处理，缺点是容易使蛋 白质变性，并且溶剂的消耗量大，回收率低。 • 为了防止蛋白质变性，要在低温（<0℃）下进行操 作，温度越低，收率越高。
• 因为形成沉淀的推动力是蛋白质分子间的静电引力 和偶极子的范德华力，所以溶液的pH值要控制在 等电点附近（蛋白质分子间排斥力最小）。
• 微生物细胞破碎的主要阻力来自于细胞壁，细胞壁 的形状和强度取决于其组成以及它们之间相互交联 的程度。细胞个体小、球形、壁厚、聚合物交联程 度高的是最难破碎的。
革兰氏阳性菌 革兰氏阴性菌
酵母菌
霉菌
壁厚nm 层次 组成
20~80 单层 肽聚糖（4090%）；胞壁 酸
10~13 多层 肽聚糖（510%）；脂多 糖
• 通常是向蛋白质溶液中添加高浓度的(NH4)2SO4、 Na2SO4等无机盐，使蛋白质达到过饱和而析出。
ch6发酵产物的提取与精制
第六章发酵产物的提取与精制一、概述二、发酵液的预处理及菌体分离三、发酵产物的提取和精制四、发酵产品的成品加工微生物经过适当条件培养后，菌体大量繁殖，合成并积累了相当浓度的代谢产物，这时便可以进入下游工程。
发酵液的下游加工是指从发酵产物中分离、纯化产品的过程。
它是利用产物和杂质的物理化学性质不同，提取产物或者从系统中去除杂质的操作。
第一节概述一、发酵液的一般特性微生物发酵生产各种发酵产品时，由于多用原料、菌种、工艺过程等的不同，所以预处理、提取、精制方法也有差异。
发酵产物大多存在于发酵液中，少数存在于菌体内。
要分离提纯发酵产物，首先要针对发酵液的特性进行预处理。
发酵液一般具有以下特性：1、发酵液中发酵产物浓度较低，属于稀水溶液系统。
2、发酵液中成分复杂，除发酵产物外，还含有微生物细胞碎片、代谢产物、残留的培养基、无机盐等。
特别是少量的代谢产物，结构特性与发酵产物相近，给分离提纯带来困难。
3、发酵液中还含有色素、热源物质、毒性物质等有机杂质，影响发酵产品的质量。
4、发酵产物稳定性低，对热、酸、碱、有机溶剂、酶、机械力等敏感，在不适宜的条件下容易失活或分解。
二、提取和精制过程提取和精制是为了从发酵液中获得高纯度的、符合质量标准要求的发酵产品。
由于发酵产物存在形式不同，用途各异，而且对产品的质量有不同的要求，所以分离纯化步骤可以有不同的组合，但大多数产品的下游工程过程，常常按照生产过程的顺序分为四个步骤，（如P76图6-1）即发酵液的预处理和菌体分离、提取、精制、成品加工。
发酵液的预处理和菌体分离是采用凝聚和絮凝等技术，加速固-液两相分离，提高过滤速度。
发酵产品如果是胞内产物，首先要进行细胞破碎，再分离细胞。
初步纯化即提取，主要是除去与目标产物性质有很大差异的物质，使产物浓缩以及产品质量提高。
常采用方法有沉淀、吸附、萃取等。
高度纯化即精制，采用对产品有高度选择性的分离技术，除去与产物理化性质相近的杂质。
发酵产物的提取与精制..120页PPT
发酵产物的提取与精制..
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
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《发酵产物分离纯化》课件
其他领域
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
03
发1
02
03
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。
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
03
发1
02
03
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。
发酵产品的分离纯化 PPT
cell外:抗生素(青霉素、红霉素)、胞外 酶(α-淀粉酶)等
3、生物下游加工过程的重要性 1)、生化产品的必经的过程 2)、中药现代化的重要技术平台 3)、提高产品竞争力的关键技术之一
4、生物下游加工过程工程的研究内容可分 为: (1)确立最佳的分离方法 (2)确定最佳的分离工艺流程和操作条件 (3)分离设备的选型和设计
二、生物下游加工过程的特点 1、培养液成分复杂 2、目标物质含量低,而杂质浓度高
几种典型产品发酵液的浓度
产品 单克隆抗体 酶 抗生素 有机酸 氨基酸
典型浓度/(g/L) 0、5 20 25 100 100
3、目标物质稳定性差 4、下游加工过程有弹性 5、 注意生物安全性
三、生物下游加工过程的一般流程
2 、生化产品的类型 2、1 按用途分类
食品类 农业用产品 医用类产品 生物试剂类
2、2 按分子量大小分类
分子量 < 1000Da:抗生素、有机 酸、氨基酸、多肽类等
分子量> 1000Da:酶、抗原、抗体、 多肽、蛋白质类
2、3 按发酵时目的产物所在的位置分类
cell内:胰岛素、白细胞介素、干扰素、 重组蛋白质
动、植物组织、体液等
胞外产物
提取
发酵液 → 预处理 → 分离 → 破碎 → 碎片分离 → 初步纯化 → 精制 → 制成品 培养液 加 热 沉 淀 匀 化 离 心 沉 淀 分子筛 无菌过滤 酶反应 调 pH 离 心 超 声 萃 取 吸 附 离 子 超 滤
絮 凝 过 滤 胞酶溶 过 滤 萃 取 亲 和 冻 干 错流过滤 研 磨 错流过滤 超 滤 吸 附 喷 干 憎 水 结晶
发酵产品的分离纯化
1、基本定义:
生物下游加工过程
生物化工产品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 培养液,从上述培养液中分离、精制有关 产品的 过程为生物下游加工过程
3、生物下游加工过程的重要性 1)、生化产品的必经的过程 2)、中药现代化的重要技术平台 3)、提高产品竞争力的关键技术之一
4、生物下游加工过程工程的研究内容可分 为: (1)确立最佳的分离方法 (2)确定最佳的分离工艺流程和操作条件 (3)分离设备的选型和设计
二、生物下游加工过程的特点 1、培养液成分复杂 2、目标物质含量低,而杂质浓度高
几种典型产品发酵液的浓度
产品 单克隆抗体 酶 抗生素 有机酸 氨基酸
典型浓度/(g/L) 0、5 20 25 100 100
3、目标物质稳定性差 4、下游加工过程有弹性 5、 注意生物安全性
三、生物下游加工过程的一般流程
2 、生化产品的类型 2、1 按用途分类
食品类 农业用产品 医用类产品 生物试剂类
2、2 按分子量大小分类
分子量 < 1000Da:抗生素、有机 酸、氨基酸、多肽类等
分子量> 1000Da:酶、抗原、抗体、 多肽、蛋白质类
2、3 按发酵时目的产物所在的位置分类
cell内:胰岛素、白细胞介素、干扰素、 重组蛋白质
动、植物组织、体液等
胞外产物
提取
发酵液 → 预处理 → 分离 → 破碎 → 碎片分离 → 初步纯化 → 精制 → 制成品 培养液 加 热 沉 淀 匀 化 离 心 沉 淀 分子筛 无菌过滤 酶反应 调 pH 离 心 超 声 萃 取 吸 附 离 子 超 滤
絮 凝 过 滤 胞酶溶 过 滤 萃 取 亲 和 冻 干 错流过滤 研 磨 错流过滤 超 滤 吸 附 喷 干 憎 水 结晶
发酵产品的分离纯化
1、基本定义:
生物下游加工过程
生物化工产品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 培养液,从上述培养液中分离、精制有关 产品的 过程为生物下游加工过程
发酵产物的提取精制PPT课件
2．各种分离纯化方法的使用程序
生化物质的分离都是在液相中进行，故分离 方法主要根据物质的分配系数、分子量大小、离子电 荷性质及数量和外加环境条件的差别等因素为基础。
例如：纯化某一两性物质时，前一步已利用 该物质的阴离子性质，使用了阴离子交换层析法，下 一步提纯时再应用其阳离子性质作层析或电泳分离便 会取得较好分离效果。
缺点：
间歇操作，不能绝对密封 劳动强度大，随着滤饼堆厚，过滤速度下降
板框过滤机
型号：BAS、BMS、BMY、BAY
BAY40—635/25 B——板框 A——暗流 Y——油压 40——过滤面积m2 635——框内尺寸 25——板框厚度mm
板框过滤机
影响过滤的因素：
2．各种分离纯化方法的使用程序
如有些杂质在各种条件下带电荷性质可能与目 的物相似，其分子形状与大小与目的物相差较大，而 另一些杂质的分子形状与大小可能与目的物相似，但 在某条件下与目的物的电荷性质不同，在这种情况下， 先用分子筛，用离心或膜过滤法除去分子量相差较大 的杂质，然后在一定pH值和离子强度范围下，使目的 物变成有利的离子状态，便能有效地进行层析分离。
难过滤的菌体，可加溶菌酶 在保持产品特性稳定的范围内，pH尽量调节至
等电点
（二）细胞破碎及分离—获得胞内产物
细胞破碎方法
机械法：高速组织捣碎机、匀浆器 化学法：有机溶剂、表面活性剂改变或破坏细胞膜结构 生物法：烈性噬菌体、酶法 物理法：压力差、超声波、温度差
工业上：常用匀浆器、球磨机处理细胞碎片
提高过滤效率的方法
添加电解质、絮凝剂、硅藻土等助滤剂 开始过滤时，压力差不能太大，以免压紧、压
实颗粒，阻塞滤孔，稳定后均匀加料，保持滤 饼疏松。 降低滤液黏度，对热不敏感的高黏度物质，可 用加热等方法降低黏度 适当提高滤饼两侧的压力差，但是有限度
发酵产物的提取和精制
图5-3 泵循环式切向流过滤
3.2离心分离
离心分离：在离心产生的重力场作用下使悬浮颗粒沉降下 来的操作过程。 3.2.1 离心力场的基本特性 分离因数（Fr）和沉降速度（vg）是离心力场的基本特性。 离心机的分离因数：离心机在运行过程中产生的离心加速 度和重力加速度的比值。
Fr =rω2/g
3.2.2 离心机的选择
需要根据发酵液的特性来选择离心机。
0.01 μm
0.1 μm
10 μm
100 μm
1 mm
10 mm
胶体
微粒
细粒
中等颗粒 过滤离心机 卧螺沉降离心机
大颗粒
超滤+微滤 离心机
碟式或管式离心机
图 5-4 根据固体颗粒的大小选择离心机
内容
1.概述 2.原料与预处理 3.固液分离 4.细胞破碎 5.初步纯化 6.精细纯化 7.成品加工
按照作用方式的不同划分，常用的细胞 破碎方法可以分为两类：机械类包括高 速珠磨破碎法、高压匀浆破碎法、超声 波破碎法等，非机械类包括化学渗透法 ，酶溶破碎法等。
4.1.1高速珠磨法
原理：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂（通常是直径 <1 mm的无铅玻璃珠）在搅拌浆的作用下充分混合、珠 子之间以及珠子和细胞之间的相互剪切、碰撞促进细胞 壁破裂，释放出内含物。在珠液分离器的协助下，珠子 被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。破 碎中产生的热量由夹套中的冷却液带走。 主要缺点：温度升高较多，对热敏感的成分易失活，细 胞碎片较小，清除碎片困难，给后续操作增加难度。
最常用的检测细胞破碎效果的方法是通过显微镜直接 观察，从中计算出细胞破碎率。 ①用革兰氏染色剂进行染色 破壁的酵母呈粉红色，而未破壁的酵母呈蓝紫色，分 别计数，并采用相同的稀释度用血球计数板进行镜检 计数，计算破壁率。破壁率的计算公式如下式所示。
第9章 发酵产物的提取与分离
• ④超滤：滤膜孔径为1 nm~20 nm，用于过 滤含有微粒和大分子的溶液。以压力差为 推动力，通常为0.1MPa~0.6MPa。
• 霉菌和放线菌多采用过滤分离。
精选可编辑ppt
12
• 过滤的原理是悬浮液通过过滤介质时，固态 颗粒与溶液分离。
• 根据机理，过滤可分为澄清过滤和滤饼过滤。
• 澄清过滤中，过滤介质为硅藻土、砂、颗粒 活性炭、烧结陶瓷、烧结金属等，它们填充 在过滤器内构成过滤层，悬浮液通过滤层时， 固体颗粒被滤层颗粒阻拦或吸附，滤液得以 澄清。
• 超声波振荡容易引起温度的剧烈上升，所 以操作时可以在细胞悬浮液中投入冰块或 在夹层中通人冷却水进行冷却。
精选可编辑ppt
20
• ②非机械法：
• 酶解法是利用酶反应分解破坏细胞壁成分 的特殊化学键，达到使细胞破碎的目的。 分为外加酶法和自溶法（常采用加热或干 燥法）。
• 渗透压冲击法是将细胞先放入高渗透压的 介质中，在达到平衡后，介质被突然稀释， 或将细胞转入水或缓冲液中，水就会迅速 进入细胞内，致使细胞膨胀，引起细胞壁 的破裂。
• 高度纯化即精制，采用对产品有高度选样性 的分离技术，除去与产物理化性质相近的杂 质。典型的方法有层析、离子交换等。
• 成品加工是为了获得质量合格的产品，常用
浓缩、结晶、干燥精等选可编技辑p术pt 方法。
6
9.2 发酵液的预处理及菌体分离
• 发酵液预处理及菌体分离是下游加工的第 一步操作。
• 目的是改善发酵液的性质，去除部分可溶 性杂质，分离菌体和其他悬浮颗粒，以利 于提取和精制工序的操作。
• ②凝聚与絮凝：形成较大絮团，减少堵塞。
• ③吸附剂法：将细菌吸附在吸附剂上，形成 较大的颗粒，减少堵塞。
• 霉菌和放线菌多采用过滤分离。
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• 过滤的原理是悬浮液通过过滤介质时，固态 颗粒与溶液分离。
• 根据机理，过滤可分为澄清过滤和滤饼过滤。
• 澄清过滤中，过滤介质为硅藻土、砂、颗粒 活性炭、烧结陶瓷、烧结金属等，它们填充 在过滤器内构成过滤层，悬浮液通过滤层时， 固体颗粒被滤层颗粒阻拦或吸附，滤液得以 澄清。
• 超声波振荡容易引起温度的剧烈上升，所 以操作时可以在细胞悬浮液中投入冰块或 在夹层中通人冷却水进行冷却。
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• ②非机械法：
• 酶解法是利用酶反应分解破坏细胞壁成分 的特殊化学键，达到使细胞破碎的目的。 分为外加酶法和自溶法（常采用加热或干 燥法）。
• 渗透压冲击法是将细胞先放入高渗透压的 介质中，在达到平衡后，介质被突然稀释， 或将细胞转入水或缓冲液中，水就会迅速 进入细胞内，致使细胞膨胀，引起细胞壁 的破裂。
• 高度纯化即精制，采用对产品有高度选样性 的分离技术，除去与产物理化性质相近的杂 质。典型的方法有层析、离子交换等。
• 成品加工是为了获得质量合格的产品，常用
浓缩、结晶、干燥精等选可编技辑p术pt 方法。
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9.2 发酵液的预处理及菌体分离
• 发酵液预处理及菌体分离是下游加工的第 一步操作。
• 目的是改善发酵液的性质，去除部分可溶 性杂质，分离菌体和其他悬浮颗粒，以利 于提取和精制工序的操作。
• ②凝聚与絮凝：形成较大絮团，减少堵塞。
• ③吸附剂法：将细菌吸附在吸附剂上，形成 较大的颗粒，减少堵塞。
教学课件第十三章发酵产物的提取与精制方法
(3) 吸附法
P1
1
T1
4
P2
3
T2
2
T1=T2 P1=P2 1—萃取槽； 2—吸附剂；
3—分离槽； 4—泵；
超临界萃取的三种典型流程
6、应用举例
作业： 什么叫双水相萃取，影响双水相萃取的因素有
哪些 什么是反胶团，影响反胶团萃取的因素有哪些 超临界流体萃取的原理是什么
提取抗生素和分离生物粒子
采用PEG/ Na2HPO4 体系提取丙酰螺旋霉素，最佳 萃取条件是pH= 8. 0～8. 5 ， PEG2000 (14 %) / Na2HPO4 (18 %) ,小试收率达69. 2 % ,对照的乙酸丁 酯萃取工艺的收率为53. 4 %
双水相和其他方法的集成
A、与温度诱导相分离的集成 B、磁场增强双水相 C、超声波加强的双水相 D、亲和沉淀的集成
5、超临界流体萃取的典型流程及应用
1. 超临界流体萃取的典型流程
(1) 等温法
P1
T1 1
2 P2
T2
3
(2) 等压法
P1
1
T2
2
P2
3
4 溶质
T1=T2 P1>P2 1—萃取槽； 2—膨胀阀；
3—分离槽； 4—压缩机
4
T1
溶质
5
T1<T2 P1=P2 1—萃取槽； 2—加热器；
3—分离槽； 4—泵；5—冷却器
例如：链霉素在中性下能与二异辛基磷酸酯结合，从而在水相萃 取到三氯乙烷中，然后在酸性下再萃取到水相
二、双水相萃取
1、发展历史 始于20 世纪60年代,从1956 年瑞典伦德大学Albertsson
发现双水相体系 1979 年德国GBF 的Kula 等人将双水相萃取分离技术应
发酵产物的提取与精制方法114页PPT
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
114
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
发酵产物的提取与精制 方法
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
发酵产物的提取与精制方法共114页PPT
发酵产物的提取与精制方法
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
Hale Waihona Puke 谢谢！36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
Hale Waihona Puke 谢谢！36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
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➢ 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
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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（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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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。
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。
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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 碎片以及残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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❖ 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
15
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
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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。
第七章
产物的提取与精 制
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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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❖ 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
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。
9
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
❖ 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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❖ 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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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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（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
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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。
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
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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。
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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 碎片以及残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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❖ 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
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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。
第七章
产物的提取与精 制
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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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❖ 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。
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❖ 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
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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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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。
❖ 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