发酵产物的提取及精制概论PPT课件
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发酵产物的提取与精制(课堂PPT)
➢ 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。
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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影响絮凝的因素
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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%。
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
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..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
谢谢你的阅读
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第十一章 发酵产物的提取与精制方法1
第一节萃取第二节吸附第三节离子交换法第四节膜分离法第五节层析法第六节浓缩第七节沉淀法第八节结晶第九节干燥第十节蒸馏第十章发酵产物的提取与精制方法1 萃取一、原理•以分配定律为基础。
即，物质因溶解度不同，从一种溶剂转入另一溶剂而被分离。
•分配定律：在恒温、恒压下，一种物质在两种溶剂中的分配浓度比是常数。
常数中溶质的浓度下层溶剂中溶质的浓度上层溶剂===BA C CB A K )()(•为了提出经过多次操作后,能较完全地提取物质的结论，我们不妨假设：•原溶液体积为：V(ml)•被提取物质的总重量：W0(g)•每一次提取所用的提取液的体积：S(ml)(萃取液的体积)。
•提取一次后，被提取物质在原溶液中剩余量：W1(g)•由此有：•在提取过程中，经一次提取后分配系数K的表达式为：SKV KVW W SW W V W K +⋅=⇒-=01101)()(经过第二次提取后，分配系数的表达式为：20212212)()()(SKV KV W W S KV KVW W SW W V W K +⋅=⇒+⋅=⇒-=•依次类推：可得经几次提取后，原溶液中残留物质量W n 。
nn SKV KV W W )(0+⋅=•如果知道某物质的分配系数和给定的提取率，则可计算出能达到此条件的最适萃取次数。
二、常用溶媒萃取工艺（1）单级提炼法（2）多次提炼法（3）多极对流萃取•萃余相顺序通过各级，并与新鲜溶剂接触进行萃取，传质推动力大，萃取效果好；•各级所得萃取相分别排出，然后汇集在一起脱除溶剂得萃取液，溶剂回收循环使用，溶剂回收设备简单；•因每级均加入新鲜溶剂，故溶剂耗用量大，回收费用高，而且萃余液组分浓度低。
一、下游加工技术的重要性➢1.产品分离纯化是最终获得商业产品的环节。
➢2.投资费用高（抗生素、乙醇、柠檬酸占60%）。
➢3.分离纯化技术落后会阻碍发酵工程技术的发展。
（4）分馏萃取右边重相富集溶质左边萃取相从重相中萃取溶质（5）微分萃取（塔式萃取）溶媒逆流萃取，溶质随流动相连续变化可用较少的萃取剂达到较高的萃取率，应用较广①喷淋塔优点：•结构简单，塔体内除各流股物料进出的连接管和分散装置外，别无其它内部构件。
第十二章发酵产物的提取与精制概论(6)
物 些目标产物存在于细胞内部。目前重组
的 提
DNA技术表达的产品（如肤岛素、干扰素、
取 白细胞介素等），都是胞内产物。首先必
与 精 制
须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进 一步提取。
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 章
（一）细胞壁的组成与结构
发 酵
细胞破碎 用物理、化学、酶或机械的方
产 法来破坏细胞壁或细胞膜。细胞壁的破碎
制 温度；细胞的变化(因处理时间的不同面引起
概 论
的)也同样影响着对破碎的敏感度。
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 章
破碎方法
发 酵 产
细胞的破碎按照是否外加作用力可分为机 械法与非机械法两大类；机械法中高压匀
物 浆器和珠磨机在工业上得到应用，超声波
的 提
法和非机械法大多处在实验室应用阶段。
取
与
发 酵
（1）特点
产
物 ①自动化程度高、操作连续、处理量大；
的 提 取
②适合于固体含量较大（＞10%）的悬浮液 的分离；
与 ③一般不适合于菌体较小和粘度较大的细菌
精 制 概
发酵液的过滤。（可以离心） ④所得固相的干度较差。
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十 （2）工作过程 二 章
发 酵 产 物 的 提 取 与 精 制 概 论
第
十 三、菌体分离方法
二
章 （一）菌体和发酵醪的分离方法
发 酵
离心 过滤
产 物
（二）离心分离
的 提
离心分离可分为以下三种形式：
取 ①离心沉降
与 精 制
②离心过滤 ③离心分离和超离心
《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
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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。
《发酵工艺原理》课件
详细描述
发酵是通过微生物或酶的代谢活动，将有机物质转化为更简单的化合物或能量的生物化学过程。在发酵过程中， 微生物或酶可以将底物转化为有用的产品，如酒精、乳酸、醋酸等。根据产物的不同，发酵可以分为多种类型， 如酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等。
发酵技术的发展历程
总结词
发酵技术的发展经历了漫长的历程，从古代酿酒到现代工业发酵，技术的不断改进和创 新推动了发酵工业的快速发展。
04 发酵工艺流程与设的基本流程，包括原料准备、菌种制备、发酵过
程、产物提取等阶段。
发酵工艺分类
02
根据发酵原料、菌种和产物不同，对发酵工艺进行分类，如酒
精发酵、乳酸发酵等。
发酵工艺应用
03
介绍发酵工艺在食品、医药、化工等领域的应用，以及其发展
前景。
详细描述
发酵技术的发展历程可以追溯到古代酿酒技术，人们通过控制微生物的生长和代谢，将 粮食转化为酒精。随着科技的不断进步，现代工业发酵技术得到了迅速发展，人们开始 利用微生物或酶进行大规模的工业化生产，如氨基酸、抗生素、酶制剂等。技术的不断
改进和创新使得发酵工业的生产效率和质量得到了显著提高。
发酵工业的应用领域
要点一
总结词
发酵工业的应用领域非常广泛，涉及到食品、医药、农业 、环保等多个领域。
要点二
详细描述
发酵工业的应用领域非常广泛，其中最常见的是食品工业 中的应用，如面包、啤酒、酸奶等产品的生产。此外，发 酵技术还在医药领域中发挥着重要作用，如抗生素、疫苗 、生长因子等的生产。在农业领域中，发酵技术可以用于 生产植物生长调节剂、杀虫剂等。此外，在环保领域中， 发酵技术可以用于废水的处理和有机废物的资源化利用。
提取方法
发酵产物可以通过不同的提取方法进 行分离，如沉淀法、离心法、萃取法 等。这些方法的选择取决于产物的性 质和所需的纯度。
发酵是通过微生物或酶的代谢活动，将有机物质转化为更简单的化合物或能量的生物化学过程。在发酵过程中， 微生物或酶可以将底物转化为有用的产品，如酒精、乳酸、醋酸等。根据产物的不同，发酵可以分为多种类型， 如酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等。
发酵技术的发展历程
总结词
发酵技术的发展经历了漫长的历程，从古代酿酒到现代工业发酵，技术的不断改进和创 新推动了发酵工业的快速发展。
04 发酵工艺流程与设的基本流程，包括原料准备、菌种制备、发酵过
程、产物提取等阶段。
发酵工艺分类
02
根据发酵原料、菌种和产物不同，对发酵工艺进行分类，如酒
精发酵、乳酸发酵等。
发酵工艺应用
03
介绍发酵工艺在食品、医药、化工等领域的应用，以及其发展
前景。
详细描述
发酵技术的发展历程可以追溯到古代酿酒技术，人们通过控制微生物的生长和代谢，将 粮食转化为酒精。随着科技的不断进步，现代工业发酵技术得到了迅速发展，人们开始 利用微生物或酶进行大规模的工业化生产，如氨基酸、抗生素、酶制剂等。技术的不断
改进和创新使得发酵工业的生产效率和质量得到了显著提高。
发酵工业的应用领域
要点一
总结词
发酵工业的应用领域非常广泛，涉及到食品、医药、农业 、环保等多个领域。
要点二
详细描述
发酵工业的应用领域非常广泛，其中最常见的是食品工业 中的应用，如面包、啤酒、酸奶等产品的生产。此外，发 酵技术还在医药领域中发挥着重要作用，如抗生素、疫苗 、生长因子等的生产。在农业领域中，发酵技术可以用于 生产植物生长调节剂、杀虫剂等。此外，在环保领域中， 发酵技术可以用于废水的处理和有机废物的资源化利用。
提取方法
发酵产物可以通过不同的提取方法进 行分离，如沉淀法、离心法、萃取法 等。这些方法的选择取决于产物的性 质和所需的纯度。
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。
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• (5)存在少量发酵副产物。 • (6)含其它有机杂质。
2008-4-22
二、醪预处理要求 • (1)菌体的分离 • 过滤或离心。 • 要求：控制周期；过滤时间。 • (2)固性物的去除 • 通过过滤处理，将固形杂质去除。
2008-4-22
• (3)蛋白质的去除： • 等电、变性凝固等 • (4)重金属离子的除去： • (5)其它有机杂质的去除： • (6)改变醪的性质： • (7)调节适当温度：
难分离的乳浊液(液液二相分离、液液固三相分离)。
2008-4-22
2008-4-22
(三)过滤 1）影响过滤速度的因素（胶体物存在情况）： • (1)培养基组成及利用程度。 • (2)发酵终点的判定是否正确。 • (3)菌种。
2008-4-22
2）提高过滤设备处理能力的途径： • （1）扩大设备尺寸，增加过滤面积。 • 增大设备规模 • （2）提高过滤速度（强化设备处理能力）
长链线性结构、高电荷密度）特点而使胶 体粒子沉淀。 • 常用的絮凝剂：聚丙烯酰胺〈PAM〉、 含40000个PAM单体。
2008-4-22
(4)添加助滤剂： • 能形成一层不可压缩的滤层，截留了悬浮
杂质，隔离了细小、易压缩杂质与过滤介质 接触，以形成疏松滤饼。
2008-4-22
注意： • a．方法：预涂层，或醪中直接加入，或
2008-4-22
提高过 滤设备 处理能 力途径
2008-4-22
提高过 滤速度
物化方法 工艺措施
悬浮液制 备过程中
造成大颗 粒固形物
悬浮液 制备后
固形物颗粒凝固 减少固定膜厚度 添加助滤剂
保持适当的滤饼厚度
采取最大的允许过滤压力
控制适当的悬浮液浓度
固形物颗粒分级过滤
反向过滤
动态过滤 结构措施 挤动过滤
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三．菌体的分离： • (一)菌体与发酵醪的分离方法 • 1.细菌和酵母,采用高速离心。 • (1)细菌 • (2)酵母： • 2.霉菌和放线菌，采用过滤
2008-4-22
(二)离心分离 • 原理：根据发酵液中的物质比重不同，在离心
力场的作用下，将悬浮液中的固相和液相加以 分离。 • (1)沉降式：
电场与磁性过滤 自动化 扩大设备尺寸，增加过滤面积
3）改善滤饼结构的物理化学方法 具体措施： • 在制备悬浮液过程中或之后，造成大颗粒
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(1)酸化凝结法： • 胶体体系的稳定性与其带电荷有关。在某
pH下，净电荷为0，溶解度最小(pH=pI)。 • 常用酸试剂：草酸、盐酸、硫酸及磷酸。
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2 发酵醪的预处理 一、发酵醪的一般特征 • (1)水量大； • (2)产物浓度低； • (3)悬浮物以胶体状物(菌体，蛋白)为主； 不利：
– a 不利于过滤。 – b 增加了提取精制等后工序的提取难度。
2008-4-22
• (4)含有无机盐类、非蛋白质大分子杂质及 其降解产物等。
第九章 发酵产 物的提取及精
制概论
发酵产物的提取及精 制概述
发酵醪的预处理
2008-4-22
宜宾学院生命科学与食品工程系
一、下游加工技术的重要性 ➢ 1.产品分离纯化是最终获得商业产品的环
节。 ➢ 2.投资费用高（抗生素、乙醇、柠檬酸占
60%）。 ➢ 3.分离纯化技术落后会阻碍发酵工程技术
的发展。
– 管式 – 蝶式离心机
• (2)过滤式：
– 多种形式分批、自动间隙或连续式
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1）碟式高速离心机结构与工作原理： • 结构 倒锥形多孔碟片金属转鼓。 • 工作原理： • 中心进料，因固液比重不同，在碟片空间内由
于离心力的作用，把醪分成固液两相。
2008-4-22
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• (1)常用提取方法：
– 离子交换树脂法 – 膜分离法 – 凝胶层离法 – 沉淀法 – 吸附法 – 溶媒萃取法
• (2)常用精制方法： • 除了上述几种外，还含浓缩、结晶、干燥、蒸馏等。其
方法的选择：取决于醪特性、菌种、产物性质。
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三．提取精制过程中要注意的问题： • 防变性和降解； • 防辅基流失； • 防醪中所需产物被分解或挥发；
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几种产品在发酵液中的浓度
产品抗生素Fra bibliotek基酸酒精
有机酸
酶
蛋白质
典型浓度（g/L）
25 100 100 100 20 10
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二、下游加工技术的特点 ➢ 1. 发酵液的复杂性造成分离上的困难性。 ➢ 2. 欲提取的产物通常浓度低且很不稳定。 ➢ 3. 多为分批操作，各批发酵液不尽相同，
2）管式高速离心机工作原理： • 下部进料，经档板分散于转筒底部，受离心力
作用而上旋，轻液位于筒的中央螺旋向上移动， 菌体则靠近筒壁，经分离盘时，轻液沿轻液孔 进入集液槽。菌体位于转筒壁，停机的时候取 出。
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管式分离机主要分为澄清型和分离型两种。 • 澄清型：
难分离悬浮液的液固分离。 • 分离型：
两法兼用。 • b．助滤剂种类、用量要恰当，是取得良
好过滤效果的关键。
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(5)添加反应剂 • 添加能相互反应、或能和某些溶解盐类
反应生成不溶解的沉淀的物质。 •
3CaCl2+2Na3PO4→Ca3(PO4)2↓+6NaCl • 关键在选择合适的反应剂
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(6)添加酶制剂 • 当醪中有不溶解的多糖存在时，加入能使
Fe2＋+金霉素+草酸→草酸铁＋金霉素; • Ca2＋+草酸→草酸钙;
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(2)热处理法：〈热凝固法〉 • 加热使蛋白质凝固， • 不适宜用于热敏感的发酵产品的生产中。
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(3)添加絮凝剂 • 胶体粒子间电荷相同而互斥而不聚沉。 • 利用絮凝剂（分子活性基团多，多点结合、
要求下游加工有一定弹性。
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1 概述 一、发酵产物的分类 • 从工业发酵范畴来看，从发酵液中获得的
发酵产物大致可分为三类 ： – 1、菌体： – 2、酶： – 3、代谢产物
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发酵产物的提取和精制——浓缩纯化，三 个步骤：
• (1)预处理：改变发酵液物理性质。 • (2)提取：分离出目的物及其性质相似物。 • (3)精制：除去相似物，精炼目的。 • (4)后加工：使用要求决定。
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二、醪预处理要求 • (1)菌体的分离 • 过滤或离心。 • 要求：控制周期；过滤时间。 • (2)固性物的去除 • 通过过滤处理，将固形杂质去除。
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• (3)蛋白质的去除： • 等电、变性凝固等 • (4)重金属离子的除去： • (5)其它有机杂质的去除： • (6)改变醪的性质： • (7)调节适当温度：
难分离的乳浊液(液液二相分离、液液固三相分离)。
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(三)过滤 1）影响过滤速度的因素（胶体物存在情况）： • (1)培养基组成及利用程度。 • (2)发酵终点的判定是否正确。 • (3)菌种。
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2）提高过滤设备处理能力的途径： • （1）扩大设备尺寸，增加过滤面积。 • 增大设备规模 • （2）提高过滤速度（强化设备处理能力）
长链线性结构、高电荷密度）特点而使胶 体粒子沉淀。 • 常用的絮凝剂：聚丙烯酰胺〈PAM〉、 含40000个PAM单体。
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(4)添加助滤剂： • 能形成一层不可压缩的滤层，截留了悬浮
杂质，隔离了细小、易压缩杂质与过滤介质 接触，以形成疏松滤饼。
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注意： • a．方法：预涂层，或醪中直接加入，或
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提高过 滤设备 处理能 力途径
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提高过 滤速度
物化方法 工艺措施
悬浮液制 备过程中
造成大颗 粒固形物
悬浮液 制备后
固形物颗粒凝固 减少固定膜厚度 添加助滤剂
保持适当的滤饼厚度
采取最大的允许过滤压力
控制适当的悬浮液浓度
固形物颗粒分级过滤
反向过滤
动态过滤 结构措施 挤动过滤
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三．菌体的分离： • (一)菌体与发酵醪的分离方法 • 1.细菌和酵母,采用高速离心。 • (1)细菌 • (2)酵母： • 2.霉菌和放线菌，采用过滤
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(二)离心分离 • 原理：根据发酵液中的物质比重不同，在离心
力场的作用下，将悬浮液中的固相和液相加以 分离。 • (1)沉降式：
电场与磁性过滤 自动化 扩大设备尺寸，增加过滤面积
3）改善滤饼结构的物理化学方法 具体措施： • 在制备悬浮液过程中或之后，造成大颗粒
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(1)酸化凝结法： • 胶体体系的稳定性与其带电荷有关。在某
pH下，净电荷为0，溶解度最小(pH=pI)。 • 常用酸试剂：草酸、盐酸、硫酸及磷酸。
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2 发酵醪的预处理 一、发酵醪的一般特征 • (1)水量大； • (2)产物浓度低； • (3)悬浮物以胶体状物(菌体，蛋白)为主； 不利：
– a 不利于过滤。 – b 增加了提取精制等后工序的提取难度。
2008-4-22
• (4)含有无机盐类、非蛋白质大分子杂质及 其降解产物等。
第九章 发酵产 物的提取及精
制概论
发酵产物的提取及精 制概述
发酵醪的预处理
2008-4-22
宜宾学院生命科学与食品工程系
一、下游加工技术的重要性 ➢ 1.产品分离纯化是最终获得商业产品的环
节。 ➢ 2.投资费用高（抗生素、乙醇、柠檬酸占
60%）。 ➢ 3.分离纯化技术落后会阻碍发酵工程技术
的发展。
– 管式 – 蝶式离心机
• (2)过滤式：
– 多种形式分批、自动间隙或连续式
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1）碟式高速离心机结构与工作原理： • 结构 倒锥形多孔碟片金属转鼓。 • 工作原理： • 中心进料，因固液比重不同，在碟片空间内由
于离心力的作用，把醪分成固液两相。
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• (1)常用提取方法：
– 离子交换树脂法 – 膜分离法 – 凝胶层离法 – 沉淀法 – 吸附法 – 溶媒萃取法
• (2)常用精制方法： • 除了上述几种外，还含浓缩、结晶、干燥、蒸馏等。其
方法的选择：取决于醪特性、菌种、产物性质。
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三．提取精制过程中要注意的问题： • 防变性和降解； • 防辅基流失； • 防醪中所需产物被分解或挥发；
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几种产品在发酵液中的浓度
产品抗生素Fra bibliotek基酸酒精
有机酸
酶
蛋白质
典型浓度（g/L）
25 100 100 100 20 10
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二、下游加工技术的特点 ➢ 1. 发酵液的复杂性造成分离上的困难性。 ➢ 2. 欲提取的产物通常浓度低且很不稳定。 ➢ 3. 多为分批操作，各批发酵液不尽相同，
2）管式高速离心机工作原理： • 下部进料，经档板分散于转筒底部，受离心力
作用而上旋，轻液位于筒的中央螺旋向上移动， 菌体则靠近筒壁，经分离盘时，轻液沿轻液孔 进入集液槽。菌体位于转筒壁，停机的时候取 出。
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管式分离机主要分为澄清型和分离型两种。 • 澄清型：
难分离悬浮液的液固分离。 • 分离型：
两法兼用。 • b．助滤剂种类、用量要恰当，是取得良
好过滤效果的关键。
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(5)添加反应剂 • 添加能相互反应、或能和某些溶解盐类
反应生成不溶解的沉淀的物质。 •
3CaCl2+2Na3PO4→Ca3(PO4)2↓+6NaCl • 关键在选择合适的反应剂
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(6)添加酶制剂 • 当醪中有不溶解的多糖存在时，加入能使
Fe2＋+金霉素+草酸→草酸铁＋金霉素; • Ca2＋+草酸→草酸钙;
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(2)热处理法：〈热凝固法〉 • 加热使蛋白质凝固， • 不适宜用于热敏感的发酵产品的生产中。
2008-4-22
(3)添加絮凝剂 • 胶体粒子间电荷相同而互斥而不聚沉。 • 利用絮凝剂（分子活性基团多，多点结合、
要求下游加工有一定弹性。
2008-4-22
1 概述 一、发酵产物的分类 • 从工业发酵范畴来看，从发酵液中获得的
发酵产物大致可分为三类 ： – 1、菌体： – 2、酶： – 3、代谢产物
2008-4-22
发酵产物的提取和精制——浓缩纯化，三 个步骤：
• (1)预处理：改变发酵液物理性质。 • (2)提取：分离出目的物及其性质相似物。 • (3)精制：除去相似物，精炼目的。 • (4)后加工：使用要求决定。