产物的提取与精制.ppt

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1、第十二章产物的提取与精制第十二章产物的提取与精制第一节概论一、下游加工过程在发酵工程中的地位1，下游加工过程的定义发酵产品系通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得。从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程(Downstreamprocessing)。它由一些化学工程的单几操作组成，但由于生物物质的特性，有其特殊要求，而且其中某些单元操作一般化学工业中应用较少。2，地位传统发酵工业(如抗生素、乙醇、柠檬酸)，分离和精制部份占整个工厂投资费用的60%。对重组DNA发酵、精制蛋白质的费用可占整个生产费用的80%~90%。

2、二、发酵下游加工过程的特点培养液(或发酵液)是复杂的多相系统，含有细胞、代谢产物和末用完的培养基等。分散在其中的固体和胶状物质，具可压缩性，其密度又和液体相近，加上粘度很大，属非牛顿性液体，使从培养液中分离固体很困难。培养液中所欲欲提取的生物物质浓度很低，但杂质含量却很高，特别是利用基因工程方法产生的蛋白质常常伴有大量性质相近的杂质蛋白质。另一个特点是欲提取的生物物质通常很不稳定、遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解。发酵或培养都是分批操作、生物变异性大，各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一定的弹性。三、分离过程的机理与分离操作1，物理性质力学性质：重力、

3、离心力、筛分；热力学性质：状态变化、相平衡；传质性质：粘度、扩散、热扩散；电磁性质：电泳、电渗析、磁化；2，化学性质化学热力学；化学平衡；反应动力学：反应速率；光化学性质：激光激发、离子化；3，生物学性质分子识别：生物亲和作用、生物学识别；输送性质：生物膜输送；反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。生物操作机理极其分离机理单元操作分离机理分离对象举例膜分离微滤超滤反渗透透析电渗析渗透气化压力差、筛分压力差、筛分压力差、筛分浓度差、筛分电荷、筛分汽液相平衡、筛分菌体、细胞蛋白质、多糖、抗生素糖、氨基酸盐、蛋白质氨基酸、有机酸乙醇萃取有机溶剂萃取双水相液膜萃取反胶团

4、萃取超临界萃取液液相平衡液液相平衡液液相平衡液液相平衡相平衡有机酸、抗生素蛋白质、抗生素氨基酸、有机酸、抗生素氨基酸、蛋白质香料、脂质单元操作分离机理分离对象举例层析凝胶过滤层析反相层析离子交换层析亲和层析疏水相互作用层析聚焦浓度差、筛分分配平衡电荷、浓度差生物亲和作用疏水作用电荷、浓度差脱盐、分子分级甾醇、维生素、肽蛋白质、氨基酸、抗生素、核酸、有机酸蛋白质、核酸蛋白质蛋白质电泳凝胶电泳等电点电泳等速电泳区带电泳筛分、电荷筛分、电荷、浓度差筛分、电荷、浓度差筛分、电荷、浓度差蛋白质、核酸蛋白质、氨基酸蛋白质、氨基酸蛋白质、核酸离心离心过滤离心沉降超离心离心力

5、、筛分离心力离心力菌体、菌体碎片菌体、细胞蛋白质、核酸、糖类四、发酵工业下游技术的一般工艺过程下游加工过程由各种化工单元操作组成。由于生物产品品种多，性质各异，故用到的单元操作很多，其中如蒸馏、萃取、结晶、吸附、蒸发和干燥等属传统的单元操作，理论比较成熟，而另一些则为新近发展起来的单元操作，如细胞破碎、膜过程和色层分离等，缺乏完整的理论，介于两者之间的有离子交换过程等。1，一般工艺过程一般说来，下游加工过程可分为4个阶段：培养液(发酵液)的预处理和固液分离；初步纯化(提取)；高度纯化(精制)；成品加工。2，工艺过程的划分：预处理和固液分离：目的是除去发酵液中的

6、菌体细胞和不溶性固体杂质。初步分离：目的是除去与产物性质差异较大的杂质，为后道精制工序创造有利条件高度纯化：去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。成品制作：成品形式由产品的最终用途决定。3，选择下游加工工艺的原则：是胞内产物还是胞外产物原料中产物和主要杂质浓度产物和主要杂质的物理化学特性及差异产品用途和质量标准产品的市场价格废液的处理方法等第二节发酵液的预处理和固液分离目的分离菌体和其他悬浮颗粒(细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物)；除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，以利于提取和精制的顺利进行。一、发酵液的预处理采用理化方法设法增大虚浮液中固体粒子的大小、或降低

7、粘度，以利于过滤。去除会影响后续提取的高价无机离子。预处理的方法1，高价无机离子的去除方法2，杂蛋白质的去除3，发酵液的凝聚和絮凝1，高价无机离子的去除方法钙离子，可用草酸。镁离子，可用三聚磷酸钠它和镁离子形成可溶性络合物，用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。此法可用于环丝氨酸的提取。铁离子，可加入黄血盐，使形成普鲁士蓝沉淀。2，杂蛋白质的去除方法热变性沉淀大幅度改变pH3，发酵液的凝聚和絮凝机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，使伦敦·范德华(London—Vanderwaals)吸引力占优势，这样胶体就会凝聚成较

8、大、较密实的粒子，或在某些高分子絮凝剂