发酵产物的分离提取

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1、第八章发酵产物的分离提取第一节发酵产物分离的特点与过程设计一、发酵液的一般特性（1）发酵产物浓度较低，属于稀水溶液系统。（2）成分复杂，含有目的产物、微生物细胞碎片、其他代谢副产物、残留培养基、无机盐等。（3）含有色素、热源物质、毒性物质等有机杂质。（4）发酵产物稳定性低，对热、酸、碱、有机溶剂、酶、机械力等敏感，不适宜条件下易失活或分解。提取和精制提取和精制是为了从发酵液中获得高纯度的、符合质量标淮要求的发酵成品。发酵产物存在形式不同，用途各异，产品质量要求不同，分离纯化步骤有所不同。但大多数包括以下四个步骤：发酵液预处理和菌体分离、

2、提取、精制、成品加工。二、常用的分离技术及机制p267发酵产品后处理过程流程图三、发酵产物分离的过程选择细胞破碎机理图第二节细胞破碎细胞破碎就是采用物理、化学、酶或机械的方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，设法使胞内产物最大程度地释放到液相中。细胞破碎的阻力细菌破碎的主要阻力来自于肽聚糖的网状结构，网状结构越致密，破碎的难度越大；酵母细胞壁破碎的阻力也主要决定于壁结构交联的紧密程度和它的厚度；霉菌细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构；成熟的植物细胞壁分为初生壁和次生壁。破碎方式机械法非机械法液体剪切作用固体剪切作用干燥处理溶胞作用珠

3、磨法压榨高压匀浆超声破碎酶溶法化学法物理法图8.2细胞破碎方法分类细胞的破影响因素物理破碎时影响因素：细胞的大小形状细胞壁的厚度聚合物的交联程度酶法和化学法溶解细胞影响因素：组成结构高压匀浆法(High-pressurehomogenization)——大规模细胞破碎的常用方法原理：细胞悬浮液在高压的作用下从阀座与阀之间的环隙高速喷出，每秒速度高达几百米，高速喷出的浆液又射到静止的撞击环上，被迫改变方向从出口管流出。细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。高压匀浆器均质头的结构均质头的结构大多

4、数均质机上配备双级均质阀，在第一级中，料液压力为19.6-25.4MPa,主要使脂肪球破碎，第二级料液压力减为3.43MPa,主要使脂肪球均匀分散。阀和阀座采用耐磨合金钢制造。三柱塞泵的特点是排液量比较均匀。传动采用二级变速，利用曲臂镶入一对人字齿轮，实施对称传动，具有结构紧凑，弯矩小，受力均匀，平稳、低噪声等。三柱塞泵往复泵压力(工业生产中常用55～70MPa的压力)循环操作次数(多次循环的操作方法)温度高压匀浆法中影响细胞破碎的因素:不宜采用高压匀浆法的微生物：易造成堵塞的团状或丝状真菌，较小的革兰氏阳性菌，含有包含体的基因工程菌（

5、因包含体坚硬，易损伤匀浆阀）适用于：微生物细胞和植物细胞的大规模破碎。进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂、氧化铝等研磨剂（直径小于1mm）一起快速搅拌或研磨，研磨剂、珠子与细胞之间的互相剪切、碰撞，使细胞破碎，释放出内含物。在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出从而实现连续操作。破碎中产生的热量一般采用夹套冷却的方式带走。珠磨法（Beadmill）工作原理：原理：在搅拌桨的高速搅拌下微球高速运动，微球和微球之间以及微球和细胞之间发生冲击和研磨，使悬浮液中的细胞受到研磨剪切和撞击而破碎。产热由夹套带走。球磨机②影

6、响细胞破碎的因素b.珠体的装量a.珠体的大小c.搅拌速度d.操作温度e.被处理细胞的特性实验室规模，珠径0.2mm，工业规模珠径大于0.4mm80～90％适当5～40℃珠磨法的破碎率一般控制在80％以下其原理可能与空穴现象引起的冲击波和剪切作用有关。超声破碎法（Ultra-sonication）超生波破碎细胞时的频率一般为15～20kHz，功率为100～250W，可分为槽式和探头直接插入介质式两种型式。影响超生波破碎的因素声强、频率、破碎时间、介质的离子强度、pH菌体的浓度和种类。一般杆菌比球菌易破碎，G-细菌比G+细菌易破碎，对酵母菌

7、的效果较差。超声破碎时细胞浓度一般在20％左右。此法是将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃形成冰晶体，利用500MPa以上的高压冲击，使冷冻细胞从高压阀小孔挤出，由于冰晶体的磨损，使包埋在冰中的微生物变形而破碎。该法主要用于实验室，具有使用范围广、破碎率高、细胞碎片粉碎程度低及活性保留率高等优点。不适用于对冷冻敏感的物质。X-press法渗透压冲击法（Osmoticpressure）反复冻融法干燥法酶溶法化学试剂破碎法外加酶法自溶法表面活性物质EDTA螯合剂有机溶剂变性剂2.化学破碎（Chemicalpermeation）（1）酶溶法（En

8、zymaticLysis）①外加酶法常用的溶酶G+溶菌酶、适量抑制剂G-溶菌酶、EDTA放线菌溶菌酶酵母菌β-葡聚糖酶霉菌几丁质酶、植物纤维素酶、半纤维素酶细胞壁溶解酶是几种酶的复合物选择性释放产物，条件温