第七章 发酵产品的分离纯化
发酵工程技术概论
二、自然育种
※定义：不经人工处理，利用微生物的自然突变进
行菌种选育的过程。
自然状态下，碱基对发生自然突变的机率为10-8～ 10-9，一种是我们生产上所不希望看到的，表现为 菌株的衰退和生产质量的下降，这种突变成为负突 变。 另一种是我们生产上希望看到的，对生产有利，这 种突变成为正突变。
问题：高产菌株是正突变还是负突变？
第七章 发酵工程技术概 述
本章重点：优良菌种的选育 发酵工艺的控制
内容
第一节 概述 第二节 优良菌种的选育 第三节 发酵的基本过程 第四节 发酵方式 第五节 发酵工艺控制 第六节 发酵产物的提取 第七节 发酵设备 第八节 发酵工程产品的制造实例 第九节 基因工程在发酵中的应用 第十节 发酵工程的发展展望
融合子进一步试验、保藏。 （6）生产性能筛选。
2.影响因素 （1）菌龄：一般采用对数前期的菌体进行酶解。 （2）培养基组分：限制性培养基上比在完全培养
种保藏部门索取或购买； 从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
从自然界筛选
菌株选育、分子改造
目的
防止菌种退化 解决生产实际问题
提高生产能力
提高产品质 量 开发新产品
菌种选育方法有： 自然选育、诱变选育、杂交育种等，还包括控制
杂交育种、原生质体融合、基因工程育种等。
一 、菌种选育的物质基础
生素是链霉素。
青霉素工业化成功推动了发酵工业的发展，主 要标志有：深层发酵、生产大规模化、多种抗 生素、氨基酸、核酸发酵成功，甾体的微生物 转化。
谷氨酸发酵的生产实例
谷 氨 酸 钠 是 味 精 的
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途 径
在工厂里是 怎样应用谷氨酸 棒状杆菌来生产 谷氨酸的？
简述发酵产物分离提纯的工艺流程
简述发酵产物分离提纯的工艺流程英文回答：Fermentation is a widely used technique in biotechnology for the production of various products such as antibiotics, enzymes, organic acids, and biofuels. After the fermentation process, it is necessary to separate and purify the desired product from the fermentation broth. The process of separating and purifying the fermentation product is known as downstream processing.The downstream processing of fermentation products typically involves several steps, including cell removal, concentration, purification, and drying. The specific techniques used in each step may vary depending on the nature of the product and the desired purity level. Here is a general overview of the process:1. Cell Removal: The first step in downstream processing is to remove the microbial cells from thefermentation broth. This can be achieved through various methods such as centrifugation, filtration, or sedimentation. Centrifugation is commonly used to separate the cells from the liquid phase.2. Concentration: After cell removal, the desired product is typically present in the liquid phase. To concentrate the product, techniques such as evaporation, ultrafiltration, or precipitation can be employed. Evaporation involves heating the liquid to remove water, while ultrafiltration uses a membrane to separate the product from smaller molecules. Precipitation involves adding a reagent to cause the product to form solid particles that can be easily separated.3. Purification: Once the product is concentrated, further purification steps are performed to remove impurities and contaminants. Techniques such as chromatography, crystallization, or extraction can be used for purification. Chromatography is a commonly used technique where the product is separated based on its affinity for a stationary phase. Crystallization involvescooling the solution to allow the product to form crystals, which can be separated from the liquid phase. Extraction involves using a solvent to selectively remove the product from the solution.4. Drying: The final step in downstream processing isto dry the purified product. This can be achieved through techniques such as freeze-drying, spray drying, or vacuum drying. Freeze-drying involves freezing the product and removing the water under vacuum, while spray dryinginvolves spraying the product into a hot air stream to remove moisture. Vacuum drying involves applying heat and vacuum to remove moisture from the product.Overall, the downstream processing of fermentation products involves a series of steps to separate and purify the desired product from the fermentation broth. Thespecific techniques used in each step depend on the characteristics of the product and the desired purity level.中文回答：发酵是生物技术中广泛使用的一种技术，用于生产抗生素、酶、有机酸和生物燃料等各种产品。
发酵产物分离纯化
Fermentation engineering
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery
FERMENTATION Process Control
(4)
(5)
一,建立分离纯化工艺的根据
1,含目的产物的起始物料的特点 , 2,物料中杂质的种类和性质 , 3,目的产物特性 , 4,产品质量的要求 ,
(1)菌种类型及其代谢特性:包括菌种的生物学性质,产物和副 )菌种类型及其代谢特性:包括菌种的生物学性质, 产物种类,产物在细胞内所处的位置,表达方式(胞内,胞外, 产物种类,产物在细胞内所处的位置,表达方式(胞内,胞外, 包含体) 代谢物种类,产物类似物, 包含体),代谢物种类,产物类似物,毒素和能降解产物的酶类 等; (2)原材料和培养基的来源及其质量; )原材料和培养基的来源及其质量; (3)生产工艺和条件:包括灭菌方式和条件,生产方式(连续, )生产工艺和条件:包括灭菌方式和条件,生产方式(连续, 批式,半连续) 生产周期,生产能力, 批式,半连续),生产周期,生产能力,工艺控制条件因素几方 式等; 式等; (4)初始物料的物理,化学和生物学特性:包括产物浓度,主要 )初始物料的物理,化学和生物学特性:包括产物浓度, 杂质种类和浓度, 盐的种类和浓度, 溶解度, , 黏度, 杂质种类和浓度 , 盐的种类和浓度 , 溶解度 , pH,黏度 , 流体 力学性质和热力学性质. 力学性质和热力学性质.
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculum development - media formulation - sterilization - inoculation
发酵产品分离纯化的一般过程
发酵产品分离纯化的一般过程
首先，在发酵生产过程中，微生物或酵母等生物体产生的目标产物通常存在于发酵液中。
为了提取这些目标产物，首先需要将微生物细胞破碎。
这可以通过机械破碎、超声波破碎或化学方法来实现。
细胞破碎后，产物与发酵液中的其他组分混合在一起。
接下来是固液分离的步骤，通过离心、过滤或沉淀等方法将产物与发酵液中的固体颗粒或其他杂质分离开来。
这一步骤可以去除细胞残渣、蛋白质、DNA、RNA等杂质，从而得到相对纯净的目标产物。
随后是蛋白质纯化的过程，通常使用离子交换层析、凝胶过滤层析、亲和层析等方法，将目标产物与其他蛋白质分离开来，以获得更纯净的产物。
在蛋白质纯化的基础上，还需要进行浓缩和干燥的步骤。
浓缩可以通过膜分离、冷冻干燥等方法，将产物的体积减小，浓缩产物中的目标物质。
最后，干燥可以将产物转化为固体形式，延长其保存期限。
总的来说，发酵产品的分离纯化过程是一个复杂的过程，需要经过多个步骤，包括细胞破碎、固液分离、蛋白质纯化、浓缩和干燥等，以获得纯净的目标产物。
这些步骤需要根据具体的产物特性和生产要求进行选择和优化，以确保最终获得高纯度的发酵产品。
发酵产物分离纯化
2、溶剂萃取法
利用不同物质在不同的溶剂中具有不同的溶 解度的原理来进行不同物质的分离纯化。
一般采用有机溶剂萃取法
适用于抗生素等小分子物质的分离纯化
3、双水相萃取法
双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物 与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会 形成互不相溶的两水相或多水相系统。通 过溶质在相间的分配系数的差异而进行萃 取的方法即为双水相萃取。
（1）盐析法
中性盐的加入，破坏了蛋白质、酶的胶体 性质，中和微粒上的电荷，促使蛋白质等 的沉淀，多用于提取各种蛋白质和酶。
中性盐一般为硫酸铵。
（2）有机溶剂沉淀法
与水互溶的有机溶剂（乙醇、丙酮等） 能使蛋白质在水中的溶解度显著降低。
多用于生物小分子、多糖、核酸和蛋白 质等产品的提取。
有机溶剂在这个过程的主要作用：
易于进行连续化操作。 相分离过程温和 ,生化分子如酶不易受到破
坏。 选择性高、收率高。 操作条件温和。
4、吸附法
吸附作用：固体表面的分子或原子具有不 饱和的剩余力，即存在表面力，所以它们 能够吸附外界物质，使这些外界物质在吸 附剂表面形成多分子层或单分子层，而降 低固体表面能，使自身达到稳定状态。一 般将物质从流体相浓缩到固体表面的过程 成为吸附作用。
降低溶液的介电常数，因为分子间的静电 引力和溶剂的介电常数成反比，加入有机 溶剂，蛋白质分子间的引力增加，溶解度 降低。
有机溶剂的另一作用是部分地引起蛋白质 脱水而沉淀。
（3）等电点沉淀法
调节溶液pH至等电点处，可使两性电解质 所带净电荷为零，相邻分子之间由于没有静 电斥力而趋于沉淀。
适用于氨基酸、蛋白质和其他两性物质的沉 淀分离。
③ 生物破碎法
加酶促进法 利用生物酶消化溶解细胞壁和细胞膜的方法。
项目7发酵产物的提取与精制工艺
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发酵工艺技术（第一版）
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⑶ 超声波破碎法 超声波破碎也是应用较多的一种破碎方法。通常采用的 超声波破碎机在15-25千赫（kHz）的频率下操作。 原理：在超声波作用下液体发生空化作用，空化泡的急
剧膨胀压缩和内向爆破产生冲击弹性波，将声能转化为
机械能，形成粘性消散涡流，如果液体旋涡小于细胞尺 寸，产生不同密度移动，当细胞的动能超过细胞壁强度 时，至使细胞破碎。
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d.吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。 在四环素类抗生素中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生 成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质；
在枯草杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者生
成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附 并包裹在其中除去。
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(3)有色物质的去除 培养基本身可能带有色素，如糖蜜、玉米浸出液等都带 有颜色 ；微生物在代谢过程中，本身也可能产生有色物质。 常用的脱色方法为吸附法，如活性炭吸附，树脂吸附等 a.大网格树脂 -----食品工业上的糖浆脱色 b.利用某些离子交换树脂 ----胶酶溶液脱色
液，生成不溶性颗粒而沉降析出的过程。
优点： 沉淀法具有设备简单、成本低、原料易得、收率
高、浓缩倍数高和操作简单等优点。
缺点：于过滤困难、产品质量较低、需要重新精制。 作用： 浓缩作用大于纯化作用，是初步分离的一种手段 。
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（一）等电点沉淀
原理：利用两性电解质在在低离子强度下，调节至等电点， 可使各种两性电解质所带净电荷为零，能大大降低其溶解 度，形成沉淀。 不同的两性电解质具有不同的等电点，从而将其分离开。 优点：操作简单，试剂消耗少，引入杂质少。 缺点: 不能完全沉淀析出，常与盐析法、有机溶剂沉淀法或 其他沉淀剂一起配合使用，以提高沉淀能力和分离效果。
从酵液中分离纯化蛋白质等胞内产物的一般流程
从酵液中分离纯化蛋白质等胞内产物的一般流程包括以下步骤：
1. 预处理：采用加热、调整pH、絮凝等措施和单元操作改变发酵液的理化性质，为固液分离作准备。
2. 固液分离：采用珠磨、匀浆、酶溶、过滤、离心等单元操作除去固相，获得包含目的产物的液相，供进一步分离纯化用。
3. 初步纯化：采用萃取、吸附、沉淀、离心等单元操作，将目的成分与大部分杂质分离开来。
4. 精细纯化：采用层析、电泳、分子蒸馏等单元操作，将目的成分与杂质进一步分离，使产物达到预期标准。
5. 成品加工：采用结晶、浓缩、干燥等单元操作，将目的产物加工成适应市场需要的商品。
以上流程仅供参考，具体操作可能会因实际情况而有所不同。
发酵一般提取,纯化工艺流程及基本原理
发酵一般提取,纯化工艺流程及基本原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!一、样品处理1. 选取新鲜、无污染的原料，如水果、蔬菜、粮食等。
《发酵产物分离纯化》课件
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。
发酵工程产物的分离纯化方法
发酵工程产物的分离纯化方法哎呀，发酵工程产物的分离纯化可真是个复杂又关键的事儿呢。
我们先说说过滤法。
这就像是给发酵产物过个筛子。
有些发酵液里有很多杂质，通过过滤的方式，把那些大颗粒的杂质给挡在外面，就像把沙子从米里筛出去一样。
可以用一些过滤的材料，比如滤纸或者滤膜。
这些滤纸和滤膜就像一个个小守门员，只让我们想要的产物通过，把那些不需要的杂质给拦住。
还有沉淀法。
想象一下，就像在一杯浑水里加一些东西，让那些杂质都沉淀到杯底。
在发酵工程里，我们可以通过改变一些条件，比如酸碱度或者加入一些特定的试剂，让那些杂质或者不需要的成分沉淀下来。
比如说加入一些盐类，让蛋白质沉淀出来，就像用魔法把它们从溶液里拉出来一样。
离心法也挺有意思的。
把发酵液放在离心机里，然后让离心机快速地旋转。
这时候，不同密度的物质就会因为离心力的作用而分开。
就像在游乐场里玩旋转木马，转得快了，人就会被甩到外面去。
在离心过程中，那些重的杂质就会被甩到离心管的底部，而我们想要的产物就会留在上面。
层析法就像一个神奇的楼梯。
把发酵产物放在层析柱里，不同的成分会在柱子里以不同的速度移动。
就像一群人在爬楼梯，有的人爬得快，有的人爬得慢。
根据这个原理，我们可以把不同的成分分开。
比如说用离子交换层析，利用不同物质对离子交换树脂的亲和力不同，把它们分开。
还有结晶法。
这就像是让发酵产物变成漂亮的晶体。
通过调整温度、浓度等条件，让产物从溶液里结晶出来。
就像在冬天，水会变成美丽的雪花结晶一样。
结晶出来的产物纯度会比较高，就像把宝石从一堆石头里挑选出来一样。
膜分离技术也很重要。
它利用一些特殊的膜，这些膜就像一个个小筛子，但是比普通的筛子要神奇得多。
可以根据分子的大小或者电荷等特性，把产物和杂质分开。
比如说超滤膜可以把大分子的产物留下来，让小分子的杂质通过。
在实际的发酵工程产物分离纯化过程中，往往不是只用一种方法，而是把几种方法结合起来用。
就像做一道复杂的菜，需要多种调料和烹饪步骤。
精选发酵工程07第七章发酵生产的设备
一、发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
发酵罐系统
一个优良的发酵罐装置和组成（1）应具有严密的结构（2）良好的液体混合特性（3）好的传质相传热速率（4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
发酵罐容积
发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
由发酵罐的基本结构尺寸，可确定全罐表面积．罐体圆柱部分表面积F1和罐底罐顶表面积F2，F3分别为：
2．冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
假定罐壁不包扎保温层，壁温最高可达35t，生产厂所在地区的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为32℃。
第四阶段：1960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到80-150m3。由于大规模生产单细胞蛋白的需要，又出现了压力循环和压力喷射型的发酵罐，它可以克服—些气体交换和热交换问题。计算机开始在发酵工业上得到广泛应用。第五阶段：1979年至今。生物工程和技术的迅猛发展，给发酵工业提出了新的课题。于是，大规模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素，干扰素等基因工程的产品走上商品化。
Q3=全罐总表面积× ac ×(t2-t1)
主发酵控制发酵液温度tw为30℃，按题意冷却水进出口温度分别为t1＝20℃，t2＝25℃
(4)传热总系数K值的确定选取蛇管为水煤气输送钢管，其规格为53/60mm，则管的横截面积为
考虑罐径较大，设罐内同心装两列蛇管，并同时进入冷却水，则水在管内流速为：
啤酒发酵容器的变迁过程
（2）开放式发酵容器向密闭式转变。小规模生产时，一般用开放式，对发酵的管理、泡沫形态的观察和醪液浓度的测定等比较方便。随着啤酒生产规模的扩大，发酵容器大型化，并为密闭式。从开放式转向密闭发酵的最大问题是发酵时被气泡带到表面的泡盖的处理。可用吸取法分离泡盖。
生化工程中的发酵技术和产物分离纯化
生化工程中的发酵技术和产物分离纯化生化工程是一门交叉学科，涵盖了微生物学、化学、生物工艺学等多个领域。
其中，发酵技术和产物分离纯化是生化工程的重要组成部分，也是实现传统产业向高端化、集约化、智能化发展的必经之路。
一、发酵技术发酵是一种活细胞在适宜条件下进行繁殖，同时合成许多小分子代谢产物的过程。
在生化工程领域，发酵技术主要用于生产工业酶、生物制药、发酵饲料等产品。
其中，生产工业酶是应用最为广泛的领域之一。
目前，全球工业酶市场规模已经突破90亿美元，并且持续增长。
发酵工艺可以分为两种：传统发酵和现代发酵。
传统发酵是指以天然微生物为基础，手工添加营养物质进行发酵。
现代发酵则采用高效的微生物菌株和液体发酵装置，控制各种参数实现快速繁殖和产物积累。
相较于传统发酵，现代发酵具有产量高、质量好、效率高等优点。
在发酵技术中，传统的参数控制包括温度、pH值、溶氧浓度和营养物质的添加等。
而现代发酵则利用数学模型和计算机算法计算出微生物生长和产物合成的最佳条件，从而实现精准控制和优化设计。
除了以上提到的，发酵技术还涉及微生物遗传学、代谢物分析、微观反应工程学等众多领域。
这些领域的发展将进一步推动发酵技术的创新和应用。
二、产物分离纯化发酵过程中的产物通常是混杂在发酵液中的，需要通过分离纯化技术进行提取和纯化。
产物分离纯化是生化工程中的另一个重要环节，它可以使产物的纯度和产量均得到提高。
常见的产物分离纯化技术包括离子交换色谱、凝胶过滤、超滤、逆向渗透、膜分离和生物亲和层析等。
这些技术既可以单独应用，也可以组合使用，以达到最佳的分离和纯化效果。
产物分离纯化技术的效率和效果，既受分离纯化工艺本身的影响，也受到产物本身性质的影响。
因此，在进行分离纯化之前需要进行多种分析测定、优化设计、试验验证等步骤，以确保分离纯化过程的高效、安全和经济。
三、生化工程未来发展趋势随着全球经济的快速发展，人们对于生物产业的要求也越来越高。
未来，生化工程领域的发展趋势将主要体现在以下四个方面：1、微生物基因组学和合成生物学的发展将推动微生物菌株与代谢途径的优化设计，实现更高效和多产的发酵和生物生产。
发酵一般提取,纯化工艺流程及基本原理
发酵一般提取,纯化工艺流程及基本原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!发酵一般提取和纯化工艺流程包括以下几个步骤：1. 原料的选择与处理原料的选择是发酵提取和纯化工艺的第一步。
第7章 发酵产物的提取
从发酵液中提取产物的特点： 从发酵液中提取产物的特点： 欲提取物的起始浓度低， 1、欲提取物的起始浓度低，杂质干扰多 2、欲提取的生物物质通常不稳定 3、各批次的发酵液状况不尽相同
提取的原理： 提取的原理： 利用目的物与杂质特性上的差异，采用 利用目的物与杂质特性上的差异， 不同方法、工艺使目的物与杂质得到分离， 不同方法、工艺使目的物与杂质得到分离， 这些特性包括：分子量、分子结构、极性、 这些特性包括：分子量、分子结构、极性、 电解性、在各种溶剂中的溶解性等。 电解性、在各种溶剂中的溶解性等。
离子交换色谱： 3、离子交换色谱： 其原理是： 其原理是：利用某些能够离子化的极性 物质或两性电解质能够电离成阳离子或阴离 子，这些离子可以与阳离子或阴离子交换树 脂交换， 脂交换，从而把溶液中的产物结合倒离子交 换树脂上， 换树脂上，然后再用另一种对树脂亲和力更 大的离子溶液把产物从树脂上洗脱下来， 大的离子溶液把产物从树脂上洗脱下来，而 达到分离、提纯的目的。 达到分离、提纯的目的。
膜分离法 主要是利用物质的分子大小、 主要是利用物质的分子大小、电解性等性 质的差别， 质的差别，对不同的膜表现出不同的可透性而 达到分离的目的。 达到分离的目的。 膜分离法可以区分为透析、微孔过滤、 膜分离法可以区分为透析、微孔过滤、超 反渗透、电渗析等。 滤、反渗透、电渗析等。
透析 用于分离离子和小分子的有机物（ 用于分离离子和小分子的有机物（从溶液 中除去），推动力是浓度差，无需加压，分子 中除去），推动力是浓度差，无需加压， ），推动力是浓度差 量大于1000的物质不能透过，被截留。 量大于1000的物质不能透过，被截留。 1000的物质不能透过
第六章
发酵产物的提取
一、发酵产物提取的一般工艺过程 二、发酵液的预处理及固液分离 三、初步纯化（提取） 初步纯化（提取） 四、高度纯化（精制） 高度纯化（精制） 五、成品加工
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发酵工程篇
蛋白质的提取与纯化技术 蛋白质的提取
蛋白质的分离纯化
发酵工程篇
提取：把蛋白质从原来的组织或细 胞中以溶解的状态释放出来，保持 天然状态。 分离纯化：将所要的蛋白质与其他 杂蛋白分离开来。
发酵工程篇
蛋白质的提取 a.水溶液提取 b.有机溶剂提取
发酵工程篇
水溶液提取应注意的因素: 盐浓度 pH值 温度 对提取物的保护 表面活性剂
发酵工程篇
小结
蛋白质的纯化无固定的模式，不同的蛋 白质有不同的纯化方法，同一种蛋白质 也可采取不同的纯化方法，但最终得到 的蛋白质其稳定性和纯度也有所差别， 这就涉及到操作者的实践经验及对纯化 艺术的理解。
发酵工程篇
Thank you all！
发酵工程篇
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
发酵工程篇
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
发酵工程篇
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
发酵工程篇
分离蛋白质的目的
研究蛋白质的分子结构、组成和某些物理化学 性质，需要纯的均一的蛋白质样品。 研究蛋白质的生物功能，需要纯品保持它的天 然构象。
制药工业中，需要把某种特殊功能的蛋白质提 纯到规定的要求，特别是要把干扰或拮抗性质 的成分除去。
影响蛋白质稳定性的因素
温度 蛋白酶 缓冲溶液 摇动剪切 高压
(各种蛋白质的等电点有差别,利用调节溶液pH达到某一蛋白质的等电 点使之沉淀)
低温有机溶剂沉淀法
(利用与水可混合的有机溶剂降低溶液的介电常数,导致蛋白质溶解度 降低而析出)
发酵工程篇
根据蛋白质分子大小的差别的分离方法
透析与超滤
(透析法:利用半透膜将分子大小不同的蛋白质分开) (超滤法:利用高压力或离心力强使水及小分子物质通过半透膜,而蛋白质 大分子被截留在膜上,达到分离)
生化分离工程 根据分离过程原理（物理化学、化工 原理、传递过程等）来研究分离过程的 开发和设计中遇到的一些带有共性的技 术问题的学科
发酵工程篇
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
发酵工程篇
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
第七章 发酵产品的分离化
王志江 生物科学系
发酵工程篇
第一节 生物下游加工过程概述
一、生物下游加工过程
发酵工程篇
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
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例子：紫杉醇的纯化过程简介 红豆衫树皮
预处理
萃取
层析
紫杉醇
第二节 产品的分离纯化
蛋白质的分离纯化技术
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概述 影响蛋白质稳定性的因素 蛋白质的分离提纯技术 小结
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蛋白质是一类重要的生物大分子，英文名 称protein，字源出自希腊文Προτο, 它有“最原初的”、“第一重要”的意思
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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 cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、 胞外酶（α-淀粉酶）等
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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
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盐浓度
稀浓度可以促进蛋白质的溶解,同时稀盐 溶液因盐离子与蛋白质部分结合,具有保 护蛋白质不易变性的优点,因此在提取时 加入少量NaCl等中性盐,一般浓度为 0.15mol/l为宜.
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pH值 蛋白质是具有等电点的两性电解 质,提取液的pH值应选择在偏离等 电点两侧的pH范围内.
亲和层析是最有效的生物活性物质纯化 方法，它对生物分子选择性的吸附和分离， 可以取得很高的纯化倍数。此外蛋白在纯 化过程中得到浓缩，结合到亲和配基后， 性质更加稳定，其结果提高了活性回收率。 此外它可以减少纯化步骤，缩短纯化时间， 对不稳定蛋白的纯化十分有利。
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其它 扩张床吸附
吸附介质颗粒在向上流动的上清的作用下扩 张起来，上清中的目标蛋白被吸附于介质上， 而细胞和其碎片将通过柱子而流出去，而洗 脱目标蛋白时从相反方向将吸附介质压紧， 再用洗脱缓冲液将目标蛋白洗下来。通过扩 张床吸附技术可大大减少上清的处理时间。
离子交换层析
(当被分离的蛋白质溶液流经离子交换层析柱时,带有与离子交换剂相反的蛋白质 被吸附在离子交换剂上,随后,通过改变pH或离子强度使吸附的蛋白质洗脱下 来)
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根据配体特异性的分离方法
亲和色谱法
(利用生物分子间所具有的专一而又可逆的亲和力而使生物分子分离纯化)
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凝胶过滤
(利用凝胶颗粒为固定相,小分子物质能进入颗粒内部,而大分子却排阻在 外,当混合液通过凝胶柱,溶液中的物质就按不同分子量大小筛分开了)
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凝胶过滤原理
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两组分的凝胶层析分离及洗脱曲线
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根据蛋白质带电性质进行分离 电泳法
(各种蛋白质在同一pH条件下,因分子量和电荷数的不同而在电场中的迁移率不同 而得以分开)
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蛋白质的分离纯化
根据蛋白质溶解度不同的分离方法 根据蛋白质分子大小差别的分离方法 根据蛋白质带电性质进行分离 根据配体特异性的分离方法 其它
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蛋白质溶解度不同的分离方法
蛋白质的盐析
(根据不同蛋白质在一定浓度盐溶液中溶解度降低程度不同达到彼此 分离的方法)
等电点沉淀法
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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
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三、生物下游加工过程的一般流程
动、植物组织、体液等 胞外产物 提取 精制 → 制成品 分子筛 无菌过滤 离 子 超滤 亲 和 冻干 吸 附 喷干 憎 水 结晶
发酵液 → 预处理 → 分离 → 破碎 → 碎片分离 → 初步纯化 → 培养液 加 热 沉淀 匀化 离心 沉淀 酶反应 调 pH 离 心 超 声 萃 取 吸附 酶溶 絮凝 过滤 胞 过滤 萃取 错流过滤 研 磨 错流过滤 超 滤