发酵下游工程总结

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1、由微生物发酵而获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，通常称为下游技术（DownstreamProcessing），也称为下游工程或下游加工过程。发酵工程下游工程的特点:1）成分复杂，发酵液是复杂的多相系统2）所需产物在培养液中浓度较低(最高10%左右)3）普遍存在下游工程代价高，回收率较低等问题4）生产的产品有些具有生物活性5）生物安全问题（biosafety）下游工程的生产过程发酵液的预处理和过滤提取精制成品加工发酵液特性:1发酵产物浓度较低，大多为1%-10%，悬浮液中大部分是水2悬

2、浮物颗粒小，密度与液体相差不大3固体粒子可压缩性大4液体黏度大，大多为非牛顿型流体5性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响改变发酵液过滤特性的方法:物理化学方法包括：调pH(等电点)、热处理、电解质处理、添加絮凝剂、添加表面活性剂、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等。凝聚是在中性盐（电解质）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的现象。絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。絮凝作用形成的颗粒更大混凝：对于带负电荷的菌

3、体或蛋白质来说采用阳离子型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电子层电位和产生吸附架桥的双重机理，所以称之为混凝。固-液分离设备:板框压滤机硅藻土过滤机真空转鼓过滤机碟片式离心机倾析式离心机微生物代谢产物大多数会分泌到胞外，称为胞外产物。而有些目的产物存在于细胞内部，如大多数酶蛋白、类脂和部分抗生素等，称为胞内产物。细胞破碎方法p278珠磨机(法,beadmill)工作原理：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌桨作用下快速搅拌或研磨，珠子之间以及珠子与细胞之间的相互剪切、碰撞，使细胞壁破裂，释放出内含物。高压均质器(高压匀浆机

4、)工作原理：从高压室（几百个大气压）压出的细胞悬浮液从阀室与阀杆之间的环隙中高速喷出，速度可达450m/s，高速喷出的浆液撞击到静止的碰撞环上，由于突然减压和高速冲击作用，在剪切和撞击力等综合作用下细胞破裂。超声波破碎工作原理：超声波（15～25kHz）能引起细胞的空穴作用——剪切应力——流体流动——细胞膨胀、破裂Hughes（压碎器）press法是一种利用冷冻挤压原理制成的高速匀浆器工作原理：菌体-25～-30℃——形成冰晶——从小孔中挤出——靠高速挤压作用，使冰晶磨损。某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂（盐酸胍、尿素）

5、、表面活性剂（SDS）、抗生素、金属螯合剂（EDTA）等，可以改变细胞壁或膜的通透性，从而使细胞内物质有选择的渗透出来，这种处理方式称为化学渗透法（chemicalpermeation）。渗透压法原理：将细胞放在高渗透压的介质中（如一定浓度的甘油或蔗糖溶液，20%），达到平衡后，介质被突然稀释，或者将细胞转入缓冲液中，由于渗透压的突然变化，水迅速通过细胞壁和细胞膜进入细胞，引起细胞壁和细胞膜膨胀破裂，从而使细胞通透性增大。冻融法原理：冻融法是通过水结晶的形成和随后的融化而进行细胞破碎。冷冻的目的是破坏细胞膜的疏水键结构，

6、增加其亲水性和通透性，而且由于胞内水结晶使胞内外产生溶液浓度差，在渗透压作用下引起细胞膨胀而破裂。酶溶法原理：利用酶反应分解破坏细胞壁上特殊的键而达到破壁的目的，即利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到部分或完全破坏后，再破坏细胞膜，以提高胞内产物的通透性。自溶法原理：采用诱导的方式激活自身溶胞酶系统将菌体溶解。发酵产品的提取盐析法盐析法又称中性盐沉淀法，在发酵液中加入中性盐能破坏蛋白质或酶的胶体性质，消除微粒上的电荷，促使蛋白质或酶沉淀。一般应用于蛋白质分离和酶制剂工业的发酵液提取。盐析的机理①盐离子与蛋白质分子

7、争夺水分子，降低了用于溶解蛋白质的有效水量，减弱了蛋白质的水合程度，破坏了蛋白表面的水化膜，导致蛋白质溶解度下降；②盐离子电荷的中和作用，使蛋白质溶解度下降；③盐离子引起原本在蛋白质分子周围有序排列的水分子的极化，使水活度降低。盐溶（Saltingin）在蛋白质水溶液中，加入少量的中性盐，如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等，会增加蛋白质分子表面的电荷，增强蛋白质分子与水分子的作用，从而使蛋白质在水溶液中的溶解度增大。这种现象称为盐溶。等电点沉淀法是利用蛋白质在等电点时溶解度最低而各种蛋白质又具有不同等电点的特点进行分离的方法。主

8、要用于一些两性电解质的产物中，例如抗生素、氨基酸和蛋白质。等电点（pI,isoelectricpoint）:蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为零时溶液的pH，此时蛋白质或两性电解质在电场中的迁移率为零。符号为pI。有机溶剂沉淀法：向蛋白质溶液中加入丙酮或乙醇等水溶性有机溶液，随着有机溶液浓度的增大，水对蛋白质