《食品生物工程》PPT课件.ppt

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1、第七章食品生物工程下游技术内容一、概述二、原料与预处理三、固液分离和细胞破碎四、初步纯化五、精细纯化六、成品加工一、概述生物工程下游技术是指从基因工程获得的动、植物和微生物的有机体或器官上，从细胞工程、发酵工程和酶工程产物（发酵液、培养液）中把目标化合物分离纯化出来，使之达到商业应用目的的过程。1.1生物工程下游技术的特点难度大：①原料液中目标成分的含量较低②原料液是复杂的多相体系③目标成分的稳定性较差④要求产品的纯度很高。成本高：分离过程往往是步骤繁琐，处理时间长，收率低并且重复性差，一般情况下，在生物工程产品的成本构成中，分离纯化部分的成本约占总成本的50%以上。1.2下游工程

2、的基本路线整个分离路线一般可分为以下五个主要步骤：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化、成品加工。预处理：采用加热、调整pH、絮凝等措施和单元操作改变发酵液的理化性质，为固液分离作准备。固液分离：采用珠磨、匀浆、酶溶、过滤、离心等单元操作除去固相，获得包含目的产物的液相，供进一步分离纯化用。初步纯化：采用萃取、吸附、沉淀、离心等单元操作，将目的成分与大部分杂质分离开来。精细纯化：采用层析、电泳、分子蒸馏等单元操作，将目的成分与杂质进一步分离，使产物达到预期标准。成品加工：采用结晶、浓缩、干燥等单元操作，将目的产物加工成适应市场需要的商品。目的产物提取与精制过程的一般工艺流程内容一、

3、概述二、原料与预处理三、固液分离和细胞破碎四、初步纯化五、精细纯化六、成品加工二、原料与预处理目前发酵液仍是下游工程的主要原料。发酵液的特性：①发酵产物浓度低，处理体积大。②微生物细胞的颗粒小，相对密度与液相相差不大。③细胞含水量大，可压缩性大，一经压缩就会变形。④液相黏度大，容易吸附在滤布上。⑤产物性质不稳定。发酵液的预处理加热升温法凝聚与絮凝调节发酵液pH2.1加热升温法原理：升高温度可以有效降低液体黏度，提高过滤效率。注意事项：①加热温度和时间必须控制在不影响目的产物活性的范围内。②防止加热导致的细胞溶解，胞内物质外溢，增加发酵液的复杂性和随后的产物分离纯化。2.2凝聚与絮凝

4、原理：有效地改变菌体细胞和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使其凝聚成较大的颗粒，便于过滤。适用于菌体细小且黏度大的发酵液的预处理。凝聚：在中性盐的作用下，由于胶体粒子之间双电子层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定出现聚集的现象。絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在的情况下，基于架桥作用，使胶粒形成絮凝团的过程。2.3调节发酵液pHpH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质。对于氨基酸、蛋白质等两性物质，在等电点下，溶解度最小，因此可利用此特性分离或除去两性物质。由于大多数蛋白质的等电点都在酸性范围内（pH4.0-5.5），利用酸性试剂来调节发酵液pH使之达到等电点，可除去蛋白质等两性物

5、质。细胞、细胞碎片以及某些胶体物质在某个pH下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤。内容一、概述二、原料与预处理三、固液分离和细胞破碎四、初步纯化五、精细纯化六、成品加工三、固液分离和细胞破碎3.1固液分离发酵液或多或少存在悬浮固体，需要使用固液分离手段使清液和固态物质得到很好的分离。常用的方法是过滤和离心分离。3.1.1离心分离离心分离是在离心产生的重力场作用下使悬浮颗粒沉降下来的操作过程。需要根据发酵液的特性来选择离心机。根据固体颗粒的大小选择离心机3.1.2过滤分离过滤：指在压力（或真空）的情况下将悬浮液通过过滤介质以达到固液分离的目的。应用较广的过滤设备有压力过滤、真空

6、过滤和错流过滤三种。3.1.2.1压力过滤最常见的压力过滤装置是板框过滤机。它的过滤介质为滤布，当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻隔而形成滤饼，滤饼达到一定厚度时起过滤作用，压力来自于液压泵。与其他设备相比，它的优点是：结构简单，过滤面积大；过滤的推动力（压力差）能大幅度调整，并能耐受较高的压力差，因而固相含水分低，并能适应不同过滤特性的发酵液的过滤；辅助设备少、价格低、动力消耗少。主要缺点是：设备苯重、间歇操作、劳动强度大、辅助时间多、生产效率低。3.1.2.2真空过滤最常见的真空过滤是真空转鼓过滤机。工作部件是一个饶着水平轴转动的鼓，在转鼓内维持一定的真空度，施加于转鼓外边的

7、大气压力即为过滤的推动力。真空转鼓过滤机工作原理示意图3.1.2.3错流过滤切向流过滤又称错流过滤，是一种维持恒压下高速过滤的技术。其操作特点是使悬俘液在过滤介质表面作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走。当移走固体的速率与固体的沉积速率相等时，过滤速率就近似恒定。目前切向流过滤的主要缺点是：切向流所产生的剪切作用可使蛋白质产物失活。3.2细胞破碎细胞破碎技术：是指利用外力破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内目标物释放出来的技术。3.2.1常用的细胞破