发酵产物提取与精制工作
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• （3）含有色素、热源物质、毒性物质等有 机杂质。
• （4）发酵产物稳定性低，对热、酸、碱、 有机溶剂、酶、机械力等敏感，不适宜条件 下易失活或分解。
发酵产物的提取和精制工作
2．提取和精制
• 提取和精制是为了从发酵液中获得高纯度 的、符合质量标淮要求的发酵成品。
• 发酵产物存在形式不同，用途各异，产品 质量要求不同，分离纯化步骤有所不同。
发酵产物的提取和精制工作
• ①调pH：除去蛋白质等两性物质，改变易 吸附分子的电荷性质，减少滤膜堵塞和污染。
• 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。 • ④助滤剂法：助滤剂如硅藻土吸附细菌细胞
改变滤饼结构，降低过滤阻力，加快过滤速 度。 • ⑤反应剂法：
溶性络合物，可消除对离子交换的影响。 • F3+离用黄血盐反应生成普鲁士监沉淀除去。
发酵产物的提取和精制工作
（2）杂蛋白的去除：
• ①沉淀法：利用蛋白质等电点进行沉淀， 或在酸碱性条件下加入阴离子阳离子进行 沉淀，或加入中性盐破坏蛋白质水化层进 行沉淀。
• ②变性法：加热变性、酸碱变性、有机溶 剂变性等。
发酵产物的提取和精制工作
发酵产物的提取和精制工作
• 发酵液下游加工是指从发酵产物中分离、 纯化产品的过程，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。
发酵产物的提取和精制工作
6.1 概述
• 1．发酵液的一般特性
• （1）发酵产物浓度较低，属于稀水溶液系 统。
• （2）成分复杂，含有目的产物、微生物细 胞碎片、其他代谢副产物、残留培养基、无 机盐等。
• 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、干燥等技术方法。
发酵产物的提取和精制工作
6.2 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。
• 高压匀浆法是利用高压使细胞悬液通过针 型阀，由于突然减压和高速冲击撞击环， 造成细胞破碎；X-press法或Hughes press法是一种改进的高压法，其操作方法 是将浓缩的菌体悬浮液冷冻至-25℃~-30℃ 形成冰晶，利用500Mpa以上的高压冲击， 将冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。由于冰 晶体的磨损，造成包埋在冰晶体中的微生 物变形而引起细胞破碎。
• 发酵液属非牛顿性液体，粘度大，过滤速 度慢。
• 过滤速度与菌体细胞体积、发酵条件、未 利用完的培养基浓度、消沫剂、发酵周期 等有关。
发酵产物的提取和精制工作
（2）改善发酵液过滤性能的方法
• 发酵液难过滤时，需改善过滤性能，降低 滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。
• 改善发酵液性能的方法有调酸、热处理、 添加凝聚剂、反应剂、助滤剂等。
• 离心方法有差级离心法、密度梯度离心、 等密度离心、平衡等密度离心。
• 细菌和酵母菌发酵液多采用离心分离。 • 霉菌和放线菌多采用过滤分离。
发酵产物的提取和精制工作
• 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
• 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。
• 预处理中常用酸化、加热、加絮凝剂、过 滤、离心等方法。
发酵产物的提取和精制工作
1．发酵液的预处理
• 杂质直接影响产品质量和收得率，对提取 和精制也有很大影响，特别是高价无机离 子和杂蛋白等。
丁质或纤维素强度比细菌和酵母菌高。
发酵产物的提取和精制工作
（2）常用的细胞破碎方法
• 细胞破碎的方法很多，根据外加作用力的 方式可分为机械法和非机械法两大类。
• 前者有珠磨法、高压匀浆法、超声波法、 X-press法；
• 后者有酶解法、化学法、物理法、干燥法 等。
发酵产物的提取和精制工作
• ①机械法：
• 高价无机离子会影响树脂对生化物质的交 换容量。
• 杂蛋白降低树脂的交换容量和吸附能力， 溶剂萃取时引起乳化，堵塞过滤介质，或 使滤膜受到污染。
发酵产物的提取和精制工作
• （1）高价无机离子的去除：发酵液中主要 的无机离子有Ca2+，Mg2+，Fe3+等。
• 钙离子常使用草酸（草酸钠）去除。 • Mg2+可加入三聚磷酸钠，它和Mg2+形成可
• ③吸附法：吸附剂和沉淀剂的吸附作用。
发酵产物的提取和精制工作
• （3）色素及其他物质的去除 • 常用的脱色方法有离子交换剂、离子交换
纤维、活性炭等材料吸附。
发酵产物的提取和精制工作
2．离心过滤与菌体分离
• 菌体分离通常采用离心分离和过滤两种方 法。
• 离心分离是在离心力场的作用下，将悬浮 液中的固相与液相加以分离，多用于颗粒 较小的悬俘液和乳浊液的分离。
• 但大多数包括以下四个步骤：发酵液预处 理和菌体分离、提取、精制、成品加工。
发酵产物的提取和精制工作
发酵产品后处理过程流程图
发酵产物的提取和精制工作
• 发酵液预处理和菌体分离是采用凝聚和絮凝 等技术，加速固液分离，提高过滤速度。如 果是胞内产物，首先要进行细胞破碎，再分 离细胞碎片。
• 初次纯化即提取，主要是除去与目标产物性 质有很大差异的物质，浓缩产物，提高产品 质量。常用方法有沉淀、吸附、萃取等。
发酵产物的提取和精制工作
3．细胞破碎与分离
• 微生物的代谢产物如果是胞内物质（如有 些酶制剂、干扰素、胰岛素等），那么首 先要收集菌体，进行细胞破碎。
• （1）微生物细胞壁的组成与结构： • ①细菌细胞壁： • ②酵母菌细胞壁比G+菌稍厚，主要成分是
葡聚糖、甘露聚糖和蛋白质等。 • ③其他真菌细胞壁主要由多糖组成，如几
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。 • 滤饼过滤中，过滤介质为滤布。悬浮液通过 滤布时，固体颗粒被滤布阻挡而逐渐形成滤 饼。滤饼至一定厚度时即起过滤作用。
发酵产物的提取和精制工作
wenku.baidu.com
（1）影响发酵液过滤的因素
• （4）发酵产物稳定性低，对热、酸、碱、 有机溶剂、酶、机械力等敏感，不适宜条件 下易失活或分解。
发酵产物的提取和精制工作
2．提取和精制
• 提取和精制是为了从发酵液中获得高纯度 的、符合质量标淮要求的发酵成品。
• 发酵产物存在形式不同，用途各异，产品 质量要求不同，分离纯化步骤有所不同。
发酵产物的提取和精制工作
• ①调pH：除去蛋白质等两性物质，改变易 吸附分子的电荷性质，减少滤膜堵塞和污染。
• 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。 • ④助滤剂法：助滤剂如硅藻土吸附细菌细胞
改变滤饼结构，降低过滤阻力，加快过滤速 度。 • ⑤反应剂法：
溶性络合物，可消除对离子交换的影响。 • F3+离用黄血盐反应生成普鲁士监沉淀除去。
发酵产物的提取和精制工作
（2）杂蛋白的去除：
• ①沉淀法：利用蛋白质等电点进行沉淀， 或在酸碱性条件下加入阴离子阳离子进行 沉淀，或加入中性盐破坏蛋白质水化层进 行沉淀。
• ②变性法：加热变性、酸碱变性、有机溶 剂变性等。
发酵产物的提取和精制工作
发酵产物的提取和精制工作
• 发酵液下游加工是指从发酵产物中分离、 纯化产品的过程，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。
发酵产物的提取和精制工作
6.1 概述
• 1．发酵液的一般特性
• （1）发酵产物浓度较低，属于稀水溶液系 统。
• （2）成分复杂，含有目的产物、微生物细 胞碎片、其他代谢副产物、残留培养基、无 机盐等。
• 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、干燥等技术方法。
发酵产物的提取和精制工作
6.2 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。
• 高压匀浆法是利用高压使细胞悬液通过针 型阀，由于突然减压和高速冲击撞击环， 造成细胞破碎；X-press法或Hughes press法是一种改进的高压法，其操作方法 是将浓缩的菌体悬浮液冷冻至-25℃~-30℃ 形成冰晶，利用500Mpa以上的高压冲击， 将冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。由于冰 晶体的磨损，造成包埋在冰晶体中的微生 物变形而引起细胞破碎。
• 发酵液属非牛顿性液体，粘度大，过滤速 度慢。
• 过滤速度与菌体细胞体积、发酵条件、未 利用完的培养基浓度、消沫剂、发酵周期 等有关。
发酵产物的提取和精制工作
（2）改善发酵液过滤性能的方法
• 发酵液难过滤时，需改善过滤性能，降低 滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。
• 改善发酵液性能的方法有调酸、热处理、 添加凝聚剂、反应剂、助滤剂等。
• 离心方法有差级离心法、密度梯度离心、 等密度离心、平衡等密度离心。
• 细菌和酵母菌发酵液多采用离心分离。 • 霉菌和放线菌多采用过滤分离。
发酵产物的提取和精制工作
• 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
• 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。
• 预处理中常用酸化、加热、加絮凝剂、过 滤、离心等方法。
发酵产物的提取和精制工作
1．发酵液的预处理
• 杂质直接影响产品质量和收得率，对提取 和精制也有很大影响，特别是高价无机离 子和杂蛋白等。
丁质或纤维素强度比细菌和酵母菌高。
发酵产物的提取和精制工作
（2）常用的细胞破碎方法
• 细胞破碎的方法很多，根据外加作用力的 方式可分为机械法和非机械法两大类。
• 前者有珠磨法、高压匀浆法、超声波法、 X-press法；
• 后者有酶解法、化学法、物理法、干燥法 等。
发酵产物的提取和精制工作
• ①机械法：
• 高价无机离子会影响树脂对生化物质的交 换容量。
• 杂蛋白降低树脂的交换容量和吸附能力， 溶剂萃取时引起乳化，堵塞过滤介质，或 使滤膜受到污染。
发酵产物的提取和精制工作
• （1）高价无机离子的去除：发酵液中主要 的无机离子有Ca2+，Mg2+，Fe3+等。
• 钙离子常使用草酸（草酸钠）去除。 • Mg2+可加入三聚磷酸钠，它和Mg2+形成可
• ③吸附法：吸附剂和沉淀剂的吸附作用。
发酵产物的提取和精制工作
• （3）色素及其他物质的去除 • 常用的脱色方法有离子交换剂、离子交换
纤维、活性炭等材料吸附。
发酵产物的提取和精制工作
2．离心过滤与菌体分离
• 菌体分离通常采用离心分离和过滤两种方 法。
• 离心分离是在离心力场的作用下，将悬浮 液中的固相与液相加以分离，多用于颗粒 较小的悬俘液和乳浊液的分离。
• 但大多数包括以下四个步骤：发酵液预处 理和菌体分离、提取、精制、成品加工。
发酵产物的提取和精制工作
发酵产品后处理过程流程图
发酵产物的提取和精制工作
• 发酵液预处理和菌体分离是采用凝聚和絮凝 等技术，加速固液分离，提高过滤速度。如 果是胞内产物，首先要进行细胞破碎，再分 离细胞碎片。
• 初次纯化即提取，主要是除去与目标产物性 质有很大差异的物质，浓缩产物，提高产品 质量。常用方法有沉淀、吸附、萃取等。
发酵产物的提取和精制工作
3．细胞破碎与分离
• 微生物的代谢产物如果是胞内物质（如有 些酶制剂、干扰素、胰岛素等），那么首 先要收集菌体，进行细胞破碎。
• （1）微生物细胞壁的组成与结构： • ①细菌细胞壁： • ②酵母菌细胞壁比G+菌稍厚，主要成分是
葡聚糖、甘露聚糖和蛋白质等。 • ③其他真菌细胞壁主要由多糖组成，如几
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。 • 滤饼过滤中，过滤介质为滤布。悬浮液通过 滤布时，固体颗粒被滤布阻挡而逐渐形成滤 饼。滤饼至一定厚度时即起过滤作用。
发酵产物的提取和精制工作
wenku.baidu.com
（1）影响发酵液过滤的因素