微生物工程下游加工工程

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1、第八章发酵产物的提取与精制P171一、下游加工工程概述经过了菌种选育、发酵生产之后，得到了发酵产物。微生物工程产品的生产中，分离和纯化是最终获得商业产品的重要环节，相对于菌种选育和发酵生产这些上游技术，分离纯化技术被称为下游加工工程（downstreamprocessing）（一）下游加工工程的特点1、发酵液是复杂的多相系统，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。（二）下游加工过程的基本原理主要是利用它

2、们之间特异性的差异，如分子的大小、形状、酸碱性、溶解性、溶解度、极性、电荷和与其他分子的亲和性等。各种方法的基本原理可以归纳为两个方面：①利用混合物中几个组分分配系数的差异，把它们分配到两个或几个相中，如盐析、有机溶剂沉淀、层析和结晶等；②将混合物置于某一物相（大多数是液相）中，通过物理力场的作用，使各组分分配于不同的区域，从而达到分离的目的，如电泳、离心、超滤等。目前纯化蛋白质等生物大分子的关键技术是电泳、层析及高速与超速离心。（三）、下游加工工程的一般程序大多数下游加工工程按生产过程分为四大框架步骤：1发酵液

3、的预处理和过滤2提取（初步纯化）3精制4成品加工发酵液预处理加热调pH絮凝细胞分离细胞破碎碎片分离沉降离心分离过滤均化研磨融胞离心分离萃取过滤提取精制成品加工浓缩超滤冷冻干燥结晶层析吸附电泳沉淀吸附萃取超滤下游加工的工艺流程和技术胞内产物胞外产物1、初步分离纯化（1）特点：①粗提取液中物质成份十分复杂。②欲制备的生物大分子浓度很稀。③物理化学性质相近的物质很多。④希望能除去大部分与目的产物物理化学性质差异大的杂质。（2）对所选方法的要求：①要快速、粗放。②能较大地缩小体积。③分辨力不必太高。④负荷能力要大。（3）

4、可选用的方法：吸附；萃取；沉淀法（热变性、盐析、有机溶剂沉淀等）；亲和层析等。旋转蒸发2、精制分离纯化可选用的方法：吸附层析、盐析、凝胶过滤、离子交换层析、亲和层析、等电聚焦制备电泳、制备HPLC等。二、发酵液的预处理P172发酵液的预处理的目的就是改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速度；尽可能使产物转入便于以后处理的相中（多数是液相）。1、高价无机离子的去除P175用相应的试剂与高价无机离子反应产生沉淀去除。如除去钙离子，加入草酸(COOH)2·2H2O除去镁离子，加入三聚磷酸钠Na5P3O10除去

5、铁离子，加入黄血盐K4Fe(CN)62、改变发酵培养物的过滤特性P173（1）、降低液体粘度加水稀释加热升温酶解法（2）、凝聚与絮凝凝聚：在中性盐作用下，由于胶体粒子之间双电子层排斥电位的降低，使胶体体系不稳定出现聚集絮凝:有些无机和有机高分子化合物长链的架桥作用使胶体成团聚结而沉淀，称为絮凝。）（3）、调整发酵液pH氨基酸、蛋白质：调等电点（4）、加入反应剂利用反应剂和某些可溶性盐类反应生成不溶性沉淀，消除杂质对发酵液影响。如：环丝氨酸发酵液加入氧化钙和磷酸盐处理，生成磷酸钙沉淀，使悬浮物凝固，多余的磷离子可去

6、除钙、镁离子，并且发酵液不会引入其他阳离子（5）、加入助滤剂助滤剂作为胶体粒子的载体，均匀分布于滤饼中，改变滤饼结构，降低滤饼可压缩性，减少过滤阻力常用助滤剂：硅藻土、珍珠岩粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素、白土等。三、固液分离---过滤P175发酵液通过过滤器，形成滤渣，滤渣为可压缩性的,也称为可压缩性滤饼。衡量过滤特性的主要指标是滤饼的质量比阻力γB.，它表示的是单位滤饼厚度的阻力系数γB.=γ（Δp）mγ–不可压缩性滤饼的比值，对一定的料液其值为常数m--压缩性指数一般取0.5~0.8，对不可压缩性滤饼为

7、0Δp–压力差框式压滤机（手动压紧）过滤仪器※四、微生物细胞破碎处理量大，破碎速度较快。大多数情况下要采取冷却措施，防止生化物质破坏。机械法主要运用高压、研磨或超声波等手段在细胞壁上产生的剪切力达到破碎目的。（一）、机械法球蘑机的粉碎球和机器匀浆机组织粉碎机１.高压匀浆法由可产生高压的正向排代泵和排出阀组成，排出阀具有狭窄的小孔，其大小可以调节。原理：细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。适用范围：适用于酵母菌

8、、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和黑曲霉等。不适用于高度分枝的微生物。特点：在操作方式上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。２、X-press法（Ｘ－挤压器）将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃至-30℃形成冰晶体，利用500MPa以上的高压冲击，冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。原理：细胞破碎是由于冰晶体在受压时的相变，包埋在冰中的细胞变形所引起的。主要用于实验室