发酵工程第十一章发酵工程下游技术发展及发酵液精品PPT课件
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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。
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。
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
滤技术、渗透蒸发技术、液膜技术等等。 新技术发展体现在那里
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
新技术发展的体现
① 传统分离技术的提高和完善，集中在节能和提高 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。
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
1、从发酵液中可以获得的产物
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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
化学化工系
3、发酵液组成特点
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%； 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； ⑤ 发酵液中常有代谢副产物； ⑥ 发酵液中含有色素、热原质等有机杂质，对提炼
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。
化学化工系 二、发酵液过滤特性的改变
发酵产品的性质 发酵产品具体预处理的方法
化学化工系
第一节 发酵工程下游技术发展
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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
一、发酵工程下游技术领域
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 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
化学化工系
三、发酵工程下游技术原理
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 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。
发酵工程 Fermentation Engineຫໍສະໝຸດ Baiduring 李先磊
加工方法，浓缩、结晶和干燥是主要过程。
化学化工系 发酵工程下游技术一般工艺流程
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
2、发酵工程下游技术发展沿革
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。
影响相当大，必须除去。
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
4、发酵产物后处理过程的分离纯化 必须的注意事项
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； 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； ⑧ 实验过程能成功进行放大。
2、发酵产品特性
① 在发酵液或培养液中产物浓度很低； ② 含有产物的初始物料组成复杂； 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； ⑤ 许多产品作为医药、食品和生物试剂时要求较严
格；
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
第二节 发酵液的预处理
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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
一、发酵液预处理的目的
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；
化学化工学 院
第十一章 发酵工程下游技术发展及发 酵液的预处理
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系 下游技术发展与发酵液预处理
第一节 发酵工程下游技术发展 第二节 发酵液预处理
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
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； 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； 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； ④ 成品加工：产物的最终用途和要求，决定了最终
化学化工系
3、下游技术新概念、新技术、新产 品和新装备
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； 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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
二、发酵工程下游技术过程和发展动态
1. 发酵工程下游技术过程 2. 发酵工程下游技术发展沿革 3. 下游技术新概念、新技术、新产品和新装备
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
1、发酵工程下游技术过程
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。
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。
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
滤技术、渗透蒸发技术、液膜技术等等。 新技术发展体现在那里
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
新技术发展的体现
① 传统分离技术的提高和完善，集中在节能和提高 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。
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
1、从发酵液中可以获得的产物
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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
化学化工系
3、发酵液组成特点
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%； 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； ⑤ 发酵液中常有代谢副产物； ⑥ 发酵液中含有色素、热原质等有机杂质，对提炼
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。
化学化工系 二、发酵液过滤特性的改变
发酵产品的性质 发酵产品具体预处理的方法
化学化工系
第一节 发酵工程下游技术发展
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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
一、发酵工程下游技术领域
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 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
化学化工系
三、发酵工程下游技术原理
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 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。
发酵工程 Fermentation Engineຫໍສະໝຸດ Baiduring 李先磊
加工方法，浓缩、结晶和干燥是主要过程。
化学化工系 发酵工程下游技术一般工艺流程
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
2、发酵工程下游技术发展沿革
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。
影响相当大，必须除去。
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
4、发酵产物后处理过程的分离纯化 必须的注意事项
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； 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； ⑧ 实验过程能成功进行放大。
2、发酵产品特性
① 在发酵液或培养液中产物浓度很低； ② 含有产物的初始物料组成复杂； 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； ⑤ 许多产品作为医药、食品和生物试剂时要求较严
格；
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
第二节 发酵液的预处理
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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
一、发酵液预处理的目的
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；
化学化工学 院
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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发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系 下游技术发展与发酵液预处理
第一节 发酵工程下游技术发展 第二节 发酵液预处理
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
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； 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； 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； ④ 成品加工：产物的最终用途和要求，决定了最终
化学化工系
3、下游技术新概念、新技术、新产 品和新装备
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； 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
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
二、发酵工程下游技术过程和发展动态
1. 发酵工程下游技术过程 2. 发酵工程下游技术发展沿革 3. 下游技术新概念、新技术、新产品和新装备
发酵工程 Fermentation Engineering 李先磊
化学化工系
1、发酵工程下游技术过程