发酵工程第十一章发酵工程下游技术发展及发酵液

3. 下游技术新概念、新技术、新产品和新装备
Fermentation Engineering
李 先 磊
化学化工系
1、发酵工程下游技术过程
发
酵
工 程
发酵工程下游技术一般工艺过程如下：
① 发酵液或培养液的预处理与固液分离：主要是离
心和过滤；
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② 初步分离（产物提取）：除去与目标产物性质差 别较大的杂质，显著提高产物浓度和质量；
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化学化工系
一、发酵液预处理的目的
发
酵
工 程
1. 改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固
形物的速率，提高固液分离的效率；
2. 尽可能使产物转入便于后处理的某一相中；
3. 除去发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作
胞外产物尽可能转移到液相，而胞内产物则先进 行菌体和细胞的回收。
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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
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影响相当大，必须除去。
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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；
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第一节 发酵工程下游技术发展
发
酵
工 程
一． 发酵工程下游技术领域
二． 发酵工程下游技术过程和发展动态
三． 发酵工程下游技术原理
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化学化工系
一、发酵工程下游技术领域
发
酵
工 程
发酵工程下游技术的范畴包括物质分离和产品加
工。
1. 从发酵液中可以获得的产物
李 先
第三代生物技术：20世纪70年代以来，大量生物 活性物质作为产品出现。
磊
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3、下游技术新概念、新技术、新产
品和新装备
发
酵
工 程
固液分离技术：絮凝、离心、过滤、微过滤；
细胞破碎技术：球磨破碎、压力释放破碎、冷冻
加压释放破碎和化学破碎；
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③ 收率高，目的产物的量和活性必须有较高收率；
④ 生产成本尽量降低；
⑤ 工艺过程尽可能缩短和简化；
⑥ 分离快速，以提高生产能力；
⑦ 生产中所产生废物尽可能少并能够处理；
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⑧ 实验过程能成功进行放大。
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二、发酵工程下游技术过程和发展动态
发
酵
工 程
1. 发酵工程下游技术过程
2. 发酵工程下游技术发展沿革
⑤ 许多产品作为医药、食品和生物试剂时要求较严 格；
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化学化工系
3、发酵液组成特点
发
酵
工 程
① 发酵液大部分是水；
② 发酵液中发酵产物浓度较低，一般低于10%；
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③ 发酵液中悬浮固形物主要含有菌体和蛋白质胶体， 会影响分离过程；
④ 发酵液的培养基残留还含有无机盐、非蛋白质大 分子及降解产物均会影响分离过程；
发
酵
工 程
利用下游技术可获得的产品可分为直接获得产物
和间接获得产物。
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第一代生物技术：19世纪60年代-20世纪40年代， 青霉素等抗生素生产出现以前的酿造产业。
第二代生物技术：20世纪40年代，二战后，抗生 素工业发展，大型好氧发酵装置的开发和化工单 元操作引进，酿造工业扩展为发酵工业。
效率；
② 新技术的研究和开发；
③ 清洁生产，包括清洁生产工艺、清洁产品和清洁 能源等。
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三、发酵工程下游技术原理
发
酵
工 程
发酵工程下游技术的总体目标是高产率和低成本。
选择相应下游技术时要考虑：产品规格、生产规
模、发酵液组成和产品形式、产品性质、下游工
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发 酵 工
程 第十一章 发酵工程下游技术发展及发 酵液的预处理
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化学化工系 下游技术发展与发酵液预处理
发 酵 工
程 第一节 发酵工程下游技术发展 第二节 发酵液预处理
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化学化工系
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2、发酵产品特性
发
酵
工 程
① 在发酵液或培养液中产物浓度很低；
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② 含有产物的初始物料组成复杂；
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③ 发酵产物多为生物活性物质，稳定性差，易失活；
④ 发酵产品种类繁多，包括各种分子量和结构的生 物活性物质；
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
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加工方法，浓缩、结晶和干燥是主要过程。
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化学化工系 发酵工程下游技术一般工艺流程
发 酵 工 程
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化学化工系
2、发酵工程下游技术发展沿革
2. 发酵产品特性
3. 发酵液组成特点
4. 发酵产物后处理过程的分离纯化必须的注意事项
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1、从发酵液中可以获得的产物
发
酵
工 程
从发酵液中获得的产物可以是多种，如抗生素、
核酸、多肽、维生素等，分为如下三类：
① 菌体及胞内产物
②酶
③ 代谢产物
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二、发酵液过滤特性的改变
发
酵
工 程
发酵产品的性质
发酵产品具体预处理的方法
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。
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新技术发展体现在那里
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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
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。
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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
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