发酵产物的分离纯化

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1、第五章发酵产物的分离纯化下游加工亦称发酵后处理，是指从发酵液或酶反应中分离纯化目的产物并加工成成品的过程。第一节下游加工过程概述一、下游加工过程的重要性：1.获得商业产品的关键环节。2.拥有市场竞争力的重要保证。二、下游加工过程的特点1.发酵液是复杂的多相系统，属非牛顿液体，从中分离所需产品困难大。2.发酵产品在培养液中具有浓度低，稳定性差，对酸碱等外界环境十分敏感，容易失活。3.下游加工过程代价昂贵，产品回收率不是很高。4.发酵过程复杂，要求下游加工工艺应具有相当的适应性，以确保最终产品的纯度和质量。三、下游加工工程的一般流程1.发酵液的预处理和固-液分离。2.产物的初分离3.产物

2、的高度纯化4.成品加工第二节发酵液的预处理与固-液分离一、发酵液的一般特征1.含水量高2.产品浓度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、发酵液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.发酵液预处理的要求:（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

3、发酵液的性质（7）调节适宜pH值和温度三、发酵液预处理的方法：1.重力法2.热处理法3.等电点法4.絮凝法1.重力法在工业上用的较多的主要是离心和过滤。过滤常用板框真空吸滤或电动筛等，离心和过滤能否顺利进行取决于很多因素。一般温度高，压力大，发酵液粘度小，滤布选用适当，助溶剂适宜，搅拌都可以提高过滤速度。2、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3、等电点法调节溶液pH至等电点处，可使两性电解质所带净电荷为零，相邻分子之间由于没有静电斥力而趋于沉淀。适用于氨基酸、蛋白质和其他两性物质的沉淀分离。4.凝聚和絮凝

4、法原理：电解质将胶体粒子表面上的电荷中和，减少存在于胶体粒子间的静电斥力，使范德华力占优势，这样胶体就会凝聚成较大、较密实的粒子（凝聚）。或在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团使之更容易过滤（絮凝）。常用的凝聚方法：在稀溶液中加入电解质以促进凝聚。试剂包括酸、碱、简单电解质和合成的高分子电解质。常用的絮凝剂：明胶、甲基纤维素、多聚丙烯酸、聚胺衍生物、氯化钙、磷酸氢二钠影响絮凝的因素：絮凝剂的添加量、发酵液的pH、絮凝剂的分子量、搅拌转速、搅拌时间四、发酵液的相对纯化1.高价无机离子的去除去除钙离子：通常使用草酸。但由于草酸溶解度较小，不适合用量较大的场合，可

5、用其可溶性盐，草酸价格昂贵，注意回收。去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。去除铁离子：可加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而除去。2.杂蛋白质的除去（1）沉淀法①蛋白质在酸性溶液中，能与一些阴离子，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀；②蛋白质在碱性溶液中，能与一些阳离子如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。（2）吸附法加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。（3）变性法蛋白质由有规则的排列到无规则结构的变化过程成为变性。变性的蛋白溶解性小。使蛋白质变性的方法有：加热，调

6、节pH，加酒精等有机溶剂或表面活性剂等。变性法的局限性：加热法只适合于对热较稳定的目的产物；极端pH也会导致某些目的产物失活，并且要消耗大量酸碱；而有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。五、固-液分离过程及设备简介意义：固-液分离过程下游加工的重要环节，用于发酵液的预处理和生物产品的纯化、精制等环节。方法：常用的方法有过滤、离心。此外还有膜分离、双水相萃取和扩张床吸附等方法。影响发酵液固-液分离的主要因素：菌体的大小、形状及发酵液的黏度，还有发酵液的温度、pH值、加热时间等。1.过滤：用过滤介质将悬液中的固形颗粒与液体分离的过程。常用的过滤方式：加压过滤和真空过滤典型设备

7、主要有：板框压滤机和鼓式真空过滤机（1）板框压滤机1）优点：①板框压滤机的过滤面积大；②过滤推动力(压力差)能较大幅度地进行调整，并能耐受较高的压力差；③结构简单，价格低；④动力消耗少等优点。2）缺点：①不能连续操作，设备笨重，劳动强度大；②卫生条件差；③非生产的辅助时间长，阻碍了过滤效率的提高。（2）鼓式真空过滤机1）优点：①能连续操作，②能实现自动化控制2）缺点：压差较小，主要适用于霉菌发酵液的过滤。2.离心分离：让液料再离心力场作用下促使其固形颗粒加