11 发酵产物的提取与精制概论.ppt

第二部分 微生物工程的下游加工工程 11 发酵产物的提取与精制概论 第一节 发酵产物的提取与精制概述 一、发酵产物的分类 1、菌体 2、酶 3、代谢产物 二、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、收率低：50％左右 4、失活问题 5、不稳定性 6、生物安全问题 三、下游加工过程设计应遵循的基本原则 1、时间短 2、温度低 3、pH适中 4、清洁卫生 四、发酵产物提取与精制的过程 1、对未知的发酵产品提取的步骤 （1）确定发酵产物的类型 （2） 确定发酵产物的稳定性 2、发酵产物提取和精制过程包括的阶段 （1）发酵液的预处理 离心和过滤 （2）产品的提取 萃取、吸附、沉淀、蒸发 （3）产品的精制 层析、膜分离、离子交换、沉淀、电泳 （4）产品的最后加工 结晶、干燥、蒸馏 第二节 发酵醪的预处理 一、发酵醪的一般特征 1、含水量高，一般可达90％～99% 2、产品浓度低 3、悬浮物颗粒小，密度与液体相差不大 4、固体粒子可压缩性大 5、液体黏度大，大多为非牛顿型流体 6、产物性质不稳定 二、发酵醪预处理的目的和要求 1、预处理的目的： （1）改变发酵液的物理性质，促进悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率 （2）尽可能使产物转入便于后处理的某一相中（多数是液体） （3）去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。 2、发酵醪预处理的要求: （1）菌体的分离 （2）固体悬浮物的去除 （3）蛋白质的去除 （4）重金属离子的去除 （5）色素、热原质、毒性物质等有机杂质的去除 （6）改变发酵醪的性质 （7）调节适宜pH值和温度 三、预处理的方法： 1、加热法： 降低悬浮液的黏度，除去某些杂蛋白，降低悬浮物的最终体积，破坏凝胶状结构、增加滤饼的空隙度 不适用热敏性的物质 2、调节悬浮液的pH 通过调节发酵醪pH到蛋白质的等电点使蛋白质沉淀，同时络合重金属离子； 常用的酸化剂有草酸、盐酸、硫酸和磷酸 3、凝聚和絮凝 凝聚：在投加的化学物质（比如水解的凝聚剂，像铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚成1mm大小块状凝聚体的过程。 凝聚剂的作用： 有些是对初始粒子表面电荷的简单中和，另一些是消除双电荷层（采用中性盐例如NaCl等）而脱稳，还有些是通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合而产生凝聚 絮凝：使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。 凝聚剂和絮凝剂的种类： （1）凝聚剂：主要是无机类电解质，大多为阳粒子 无机盐类：硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、三氯化铁、氯化铝、硫酸锌、硫酸镁、铝酸钠 金属氧化物类：氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化钙、石灰 聚合无机盐类：聚合铝、聚合铁 （2）絮凝剂（按官能团分） 阴离子、阳离子、非离子 丙烯酰胺经不同的改性可成为上述三种类型之一 絮凝剂比凝聚剂贵 絮凝剂的最佳使用剂量：粒子表面积约有一半被聚合物覆盖时所用的絮凝剂量。 4、添加助滤剂： 一般为惰性助滤剂：是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质 作用：助滤剂表面具有吸附胶体的能力，并且由此助滤剂颗粒形成的滤饼具有格子型结构，不可压缩，滤孔不会被全部堵塞，可以保持良好的渗透性 使用方法（1）：在滤布上预涂，作为过滤介质使用 （2）：按一定比例混入待滤的悬浮液中 常用的助滤剂：硅藻土、膨胀珍珠岩、石棉、纤维素、未活化的碳、炉渣、重质碳酸钙 5、添加反应剂： 添加可溶解的盐类，生成不溶解的沉淀； 生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构； 沉淀本身可作为助滤剂，还能使胶状物和悬浮物凝固。 6、添加酶制剂： 比如：加酶将多糖转化为单糖 四、菌体的分离方法 （1）离心分离 管式高速离心机、碟片式离心机 （2）过滤 真空过滤机、板框过滤机、 五、细胞破碎 细胞破碎的意义 微生物代谢产物大多数分泌到胞外，但有些目标产物存在细胞内部。目前重组DNA技术，表达的产品（如胰岛素、干扰素、白细胞介素等），都是胞内产物。首先必须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进一步提取。 常用破碎方法 机械法：珠磨法、高压匀浆法、超声波破碎法、X-press法等 非机械法：酶溶法、化学渗透法、冻融法、干燥法等 1、机械破碎法 特点：处理量大、破碎效率高、速度快； 原理：对物料的挤压和剪切作用； 主要方