发酵工艺学-山东师范大学5.pptx

第五章 下游加工过程 〔downstream processing〕; 第一节 概况 一、下游加工技术的重要性 1.产品别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.别离纯化技术落后会阻碍发酵工程技术的开展。; 几种产品在发酵液中的浓度 产品 典型浓度〔g/L〕 抗生素 25 氨基酸 100 酒精 100 有机酸 100 酶 20 蛋白质 10;二、下游加工技术的特点 1. 发酵液的复杂性造成别离上的困难性。 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， 要求下游加工有一定弹性。; 第二节 下游加工过程 一、一般程序 1.预处理和固液别离：加速固液相别离 2.细胞破碎，别离胞内产物 3.初步纯化〔提取〕：除去与产物性质差异很大的杂质 4.高度纯化〔精制〕：除去与产物性质相似的杂质 5.产品加工;二、过程概述 〔一〕预处理和固液别离 预处理： 目的——改变发酵液性质，有利于固液别离。 酸化 降低发酵液粘度 加热 加絮凝剂 使细胞或大分子聚结成较大颗粒;2.固液别离 主要方法是过滤和离心。 板框压滤机 过滤 加助滤剂〔常用硅藻土等〕 鼓式真空过滤机 离心：含固形物较多的发酵液用倾析式离心机。;;〔二〕细胞破碎〔欲提取的产物存在于细胞内〕 机械法 物理法 化学法 生物法〔酶解〕; 机械法 1〕液体剪切：搅拌、匀浆。 2〕固体剪切：研磨，珠磨，捣碎。 工业上大规模细胞破碎一般采用机械法 高压匀浆器〔利用冷冻挤压原理制成〕 球磨机;〔三〕提取 1.沉淀法 〔1〕等电点沉淀法(isoelectric precipitation) 氨基酸〔两性电解质〕在等电点时溶解度最低。 较少单独使用，多与其它方法联合使用〔如盐析法、有机溶剂法〕，因蛋白质在等电点仍有一定的溶解度。; 谷氨酸分子中有两个羧基和一个碱性氨基，溶于水后呈离子状态。 离子态 GA+ GA± GA– GA= pH ?2 3.22 7.0 12 等电点;〔2〕不溶性盐沉淀法 某些代谢产物在一定pH下，能与酸、碱或金属离子等形成不溶性盐沉淀析出，再用适当方法使复合物溶解。 锌盐法：提取谷氨酸 钙盐法：提取柠檬酸 单 宁：提取酶;〔3〕有机溶剂沉淀法 试剂：丙酮、乙醇、甲醇等亲水溶剂 乙醇沉淀多糖： 在较高的醇浓度下，降低多糖分子与水之间的亲和力，使多糖分子之间相互结合形成沉淀。;;色谱起源;〔1〕吸附层析〔adsorption chromatography〕 原理 利用吸附剂对组分吸附能力的差异进行别离。 通过范德华力、静电引力、疏水作用等与待别离物质的极性官能团作用。 常用吸附剂: 活性炭、氧化铝、碳酸钙、磷酸钙〔羟基磷灰石〕、硅胶等。;;〔2〕离子交换层析〔ion exchange chromatography〕 原理:根据待别离物质带电性质不同的别离纯化方法。 即：离子交换树脂上可电离的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换。; 离子交换剂： 离子交换剂由载体、电荷基团和反离子构成。;;Ion-exchange chromatography; 氨基酸的别离( 阳离子交换树脂);3.膜别离〔membrane separation〕 借助一定孔径的高分子薄膜，将不同大小、形状、性质的颗粒或分子进行别离的技术。 特点： 〔1〕不涉及相变，对能量要求低。 〔2〕条件较温和，适于热敏性物质的别离。;〔1〕 扩散膜别离 ——透析〔又称渗析，Dialysis ，DS 〕;; 透析工作图;〔2〕加压膜别离 根据所截留物质颗粒大小及操作压力的不同，分为：;〔3〕电场膜别离 电渗析〔Electrodialysis，ED〕 在离子交换膜的两侧分别装上正、负电极。 ;;膜分离法;〔三〕精制 大分子