生物制药下游技术-第三章

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1、第三章生物制药的下游技术第一节发酵液的预处理及固液分离生物反应过程示意图概述发酵液的预处理和固液分离生物分离过程的一般流程概述微生物或动植物细胞在合适的培养基，ＰＨ值，温度和通气搅拌（或厌气）等发酵条件下进行生长和合成生物活性物质，因为在其培养（发酵）液中包含了菌（细胞）体，胞内外代谢产物，胞内的细胞物质及剩余的培养基残分等。不管人们所需要的产物是胞内的还是胞外的或是菌体本身，都首先要进行培养液的预处理和菌体回收，只有将固，液分离开，才能从澄清的滤液中采用物理、化学的方法提取代谢产物，或从细胞出发进行破碎、碎片分离和提取胞内产物。一、发酵液的预处理和固液分离1、悬浮

2、液的预处理悬浮液的基本特性①细胞的相对密度与培养液相似②可压缩性，粘稠，流变行为复杂③悬浮状态稳定为何要对发酵液进行预处理？悬浮液的预处理由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与许多杂质夹杂在一起，同时发酵液或生物溶液又属于非牛顿型流体，所以必须进行预处理。发酵液的预处理和固液分离2、预处理的目的悬浮液的预处理预处理的目的主要有三个：⑴改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率；⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。发酵液的预处理和固液分离3、预处理的方法悬浮液的预处理（

3、1）凝聚和絮凝（2）加热法（3）调节悬浮液的PH值发酵液的预处理和固液分离（1）凝聚与絮凝悬浮液的预处理凝聚与絮凝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、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。发酵液的预处理和固液分离凝聚和絮凝悬浮液的预处理凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。凝聚：指在投加的化学物质（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。絮凝：指使用絮凝剂（天然的和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

4、。凝聚和絮凝悬浮液的预处理凝聚：胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）机理：a中和粒子表面电荷b消除双电层结构絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程机理：架桥作用凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用悬浮液的预处理凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,使其聚集起来,增大体积以便固液分离,常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。发酵液的预处理和固液分离高分子絮凝剂的吸附架桥作用悬浮液的预处理（2）常用的絮凝剂聚丙烯酰胺类和聚乙烯亚胺衍生物，根据活性基团在水中解离情况不同，可分为非离子型、阴离子

5、型（含有羧基）和阳离子型（含有胺基）三类。由于聚丙烯酰胺类絮凝剂具有用量少，一般以ppm计量，絮凝体粗大，分离效果好，絮凝速度快以及种类多等优点，所以适用范围广。聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。无机高分子聚合物也是较好的一类絮凝剂，如聚合铝盐和聚合铁盐等。天然有机高分子絮凝剂，如壳聚糖和葡聚糖等聚糖类，还有明胶、骨胶、海藻酸钠等。微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，它是一类由微生物产生的具有絮凝细胞功能的物质。主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相比，最大的优点是安全，无毒和不污染环境。絮凝

6、剂应用优化悬浮液的预处理用量控制最佳用量为粒子表面积约有一半被聚合物覆盖时所用的絮凝剂量。pH控制。固体浓度与粒子尺寸分布。电解质含量。后续工艺要求。（2）杂蛋白质的其它去除方法悬浮液的预处理蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中，胶体粒子的稳定性和其所带电荷有关。和氨基酸等两性物质一样，蛋白质在酸性溶液中带正电荷，在碱性溶液中带负电荷，而在某一pH下，净电荷为零，溶解度最小，可使其产生沉淀而除去，称为等电点沉淀法。蛋白质的变性悬浮液的预处理蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。变性蛋白质溶解度较小。最常用的使蛋白质变性的方法是加热。加热还能使液体粘度降低，

7、加快过滤速度。链霉素生产中，采用调pH至酸性（pH3.0），加热至70℃，维持半个小时的方法来去除蛋白质，能使过滤速度增大10-100倍，滤液粘度可降低1/6。柠檬酸发酵液，采用加热至80℃以上，使蛋白质变性凝固和降低发酵液粘度，从而大大提高了过滤速度。吸附作用利用吸附作用也可除去蛋白质。四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚铁氰化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]2的胶状沉淀来吸附蛋白质，利用此法除蛋白质已取得很好的效果。在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，这两者本身生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，