微生物发酵制药技术 微生物发酵制药技术教学课件 8.发酵产物的提取和精制 （020800）.ppt

项目8 发酵产物的提取和精制 任务1 发酵产物的提取和精制概述 任务2 发酵液的预处理 任务3 发酵产物的提取和精制 任务1 发酵产物的提取和精制概述 从发酵液中分离有关的产物是一个生物化工过程，它是由一系列生物化工工程的操作单元组成。 由于生物产品的种类多，性质各异，故使用的操作单元也很多，如过滤、沉淀、萃取、蒸发、结晶、干燥等。 一、发酵产物分类 菌体 主要以菌体细胞作为发酵的产品，如单细胞蛋白、面包酵母、饲料酶母等。此外就是从菌体细胞中提取有用的发酵产物，如由酵母细胞提取辅酶A、核糖核酸等产品。有的抗生素主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生菌在发酵过程中所产生的灰黄霉素主要在菌丝中，因此，也要从菌丝体中进行提取。 一、发酵产物分类 酶 发酵产物为酶制剂，包括胞外酶和胞内酶。如α-淀粉酶、β-淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖酶、柚苷酶、花青素酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉素酰胺酶、磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等，均在工业上和医药上发挥作用。 一、发酵产物分类 代谢产物 代谢中间产物，包括醋酸、乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸及延胡索酸等有机酸。 氨基酸类，谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等氨基酸。随着对菌种的变异和氨基酸代谢机理的研究日益深入，目前除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，18种氨基酸均可用直接发酵法制造。 一、发酵产物分类 代谢产物 有机溶剂类，发酵产物包括酒精、丙酮、丁醇等。 核苷酸类，发酵产物包括肌苷、肌苷酸以及鸟苷酸等。其中，5`-肌苷酸、5`-鸟苷酸、辅酶A和ATP等均为重要的医药产品。 抗生素类，发酵产物包括青霉素、链霉素、四环素、土霉素、金霉素、庆大霉素、新霉素、红霉素及利福霉素等。 一、发酵产物分类 代谢产物 多糖，发酵产物包括右旋糖酐及多糖B-1459等。多糖是医药工业上重要的粘性物质来源，右旋糖酐经过部分水解后可以作为代血浆使用。 维生素，发酵产物有核黄素、维生素C和维生素B12。 一、发酵产物分类 代谢产物 甾体及甾体激素，如醋酸可的松、氢化可的松、醋酸泼尼松、氢化泼尼松等促皮质激素。以及黄体酮、甲孕酮（安宫黄体酮）、炔诺酮等性激素或避孕药。 二、下游工程及其特点 发酵产品在生产过程中需经微生物发酵、酶反应过程或动植物细胞大量培养，再通过产物回收、粗分离、纯化及精制等处理后，才能成为符合一定质量标准的发酵产品。 在生产过程中一般将微生物发酵、酶反应过程或动植物细胞大量培养称为“上游过程”； 而与之对应的产物回收、粗分离、纯化及加工等后续过程就称之为“下游过程”，或称之为分离和纯化过程。 就目前的发展和应用情况来看，在大多数生物产品的开发研究中，“下游过程”的研究费用约占全部费用的50%以上； 在产品的成本构成中， “下游过程”成本占总成本的40%-80%； 对于细胞和药用的产品，此比例就更高，生产过程中“下游过程”投入的人力和物力占全部的70%-90%。 三、下游过程的特点 1、发酵液成分复杂：除了发酵产物外，还含有大量的细胞、代谢副产物、残留培养基、无机盐等； 2、发酵液中产品的浓度低：传统发酵一般1～10％，水分多90％； 3、发酵产物性质不稳定：生物活性物质的稳定性差，对PH、温度、金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等十分敏感，易失活、变性； 三、下游过程的特点 4、收率低：50％左右，由于生化产品种类繁多，包括了大、中、小分子量的结构和性质复杂又各异的生物活性物质； 5、生物安全问题：许多产品用作医药、食品、试剂等，对含量和纯度要求高，去除病原微生物及防止在加工过程中被致病物质污染； 四、下游过程应遵循的基本原则 分离纯化技术的选择性好、专一性强：能从复杂的混合物中有效地将目的产物分离出来，以达到较高的分离纯化倍数； 目的产物的量和活性具有较高的收率：分离纯化技术和工艺不仅影响产品的质量和成本，也决定着产品的产量。由于没有适当的提取、分离纯化方法或因回收率太低致使生产成本过高而不能投产的例子是屡见不鲜的； 条件温和，特别对具有生物活性的物质，在后处理过程中必须保持其生物活性，因此要求分离纯化过程时间短、温度较低、pH选择适中； 清洁卫生； 五、发酵产物提取和精制过程 不同的发酵产品，由于自身的特性及其对纯度要求的不同，所采用的分离纯化路线常常也是不同的。 例如从发酵液中提取和精制菌体或胞内酶，就与分离与纯化细胞的胞外代谢产物有明显的不同；即使产物都属于胞外代谢产物，由于产物的化学结构不同，其提取和精制的方法也不同。 一般来说，分离纯化路线都包括