发酵工程下游加工过程概论

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1、第十二章发酵工程下游加工过程简介一、发酵工程下游加工过程概论1、发酵工程下游加工过程的特点1）所需产物在培养液中浓度较低，且稳定性差2）普遍存在下游工程代价高，回收率较低等问题发酵液是复杂的多相系统2、发酵工程下游加工过程的一般程序成品加工发酵液的预处理和过滤提取精制采用凝聚和絮凝技术加速固、液分离；如产物在细胞内，还要进行细胞破碎提取（初步纯化）目的是除去与目标产物性质差异大的杂质精制（高度纯化）是采用对产品有高度选择性的分离技术，除去与产物化学性质和物理性质相近的杂质最终获得质量合格的产品3、主要操作单元：絮凝离心过滤细胞破碎萃取沉淀层析结晶干燥二、发酵液预

2、处理和过滤为什么要对发酵液进行预处理？预处理的目的是什么？发酵液的基本特性产物浓度低具有极性黏度大表面张力大性质不稳定一）发酵液的预处理1、目的：发酵液中杂质多且成分复杂，其中对纯化影响最大的是高价无机离子(Ca2+、Mg2+、Fe3+等)和杂蛋白等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；（一般为液相）能够除去部分杂质。2、高价无机离子的去除镁离子的去除：常用草酸与钙离子生成草酸钙沉淀草酸为弱酸，对发酵产物的破坏较小，草酸钙沉淀还能促进蛋白质凝固，有利于提高滤液的过滤速度；草酸的溶解度较小，需大用量时，可用草

3、酸钠取代；草酸价格较高，生产上一般需回收钙离子的去除：铁离子的去除：常用三聚磷酸钠与镁离子形成可溶性络合物Na5P3O10+Mg2+=MgNa3P3O10+2Na+常用黄血盐与铁离子形成普鲁氏蓝沉淀3K4Fe(CN)6+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3↓+12K+3、可溶性杂蛋白的去除杂蛋白的存在会降低离子交换树脂和大网格树脂的吸附量，如采用溶剂萃取，会发生乳化，影响两相分离。此外，在常规过滤和膜过滤时，还会使滤速下降，使膜受到污染。1）沉淀法调等电点因羧基的电离度比氨基大，所以大多数蛋白质的等电点都在酸性范围(pH4.0-5.5)但仅靠调等电点还

4、不能使大部分蛋白质沉淀蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子物质如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐和过氯酸盐等形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+、Pb2+等形成沉淀2）变性法变性蛋白溶解度较小最常用加热法加热不仅能使蛋白变性，还可降低液体黏度，提高过滤速率；其他方法：大幅度调节pH，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂变性法存在一定的局限如加热法只适用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，且需消耗大量酸碱，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。3）吸附法加入

5、某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而将其除去如四环素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚铁氰化钾的胶状沉淀来吸附蛋白；在枯草芽孢杆菌发酵中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去凝聚和絮凝都是发酵液预处理的重要方法，其处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。发酵液预处理的方法—凝聚和絮凝凝聚指在投加的化学物质（如水解的凝聚剂：铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。电

6、解质的凝聚能力可用凝聚值表示，即使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L）。一般反离子的价数越高，凝聚值越小，即凝聚能力越强。如Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+絮凝指使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用，工业上使用到的有聚丙烯酰胺类衍生物、聚合铝盐、海藻酸钠、壳聚糖等，目前最常用的是聚丙烯酰胺类衍生物。1）板框(plateandframe)压滤机板框过滤机结构图1-尾板2-滤框3-滤板4-主梁5-头板6-紧压装置二）发酵液过滤常用设备板

7、框过滤机Plateshifter1500x1500FilterPressClothwashing1）板框(plateandframe)压滤机2）带式压滤机二）发酵液过滤常用设备发酵后期要少加消泡剂和少进行补料，防止消泡剂和未用完的培养基增加过滤难度；菌体自溶前放罐可防止因菌体自溶释放出的代谢产物增加发酵液黏度影响发酵液过滤的因素1）菌体细胞体积真菌菌丝体较粗大，发酵液不需特殊处理，易过滤；放线菌菌丝细而分支，交织成网格状，较难过滤，发酵液需经预处理，凝固蛋白质等胶体物质，提高过滤速度；细菌菌体更小，发酵液如不经絮凝等预处理，很难用常规过滤设备进行过滤操作

8、。2）培养基组成黄豆饼粉