下游加工过程概论

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1、第十九章生化和微生物药物分离技术下游加工过程概论一、下游加工过程在生物技术中的地位下游加工过程是生物工程的一个组成部分。生物化工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、反应液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程。生物工程的最新进展大多集中在基因工程方面，在生物反应器和发酵技术方面也有不少进展，而对下游加工过程，则没有给予应有的重视。下游加工过程的落后会阻碍生物技术的发展，特别是有其他生产方法与其相竞争时。在发酵产品的生产中，分离和精制过程占成本的很大部分。例如：传统发酵，分离和精制占整个投资费用的60％，而对重DN

2、A发酵、精制蛋白质的费用可占整个生产费用的80－90％。而且还有继续加剧的趋向。三、生物技术下游加工过程的特点培养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。1、发酵液成分复杂2、培养液产物浓度低，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。3、从低浓度混合物中分离纯组分，需较大的能量。由于起始浓度低，杂质多，成品要求纯度高，因此常需多步操作。目前，基因工程产品收率达到30—40％就已是较好

3、。减少提取步骤是相当重要的。一些产物遇热、极端PH、有机溶剂会引起失活或分解，特别是蛋白质的生物活性与一些辅因子、金属离子的存在和分子的空间构型有关。3、欲提取的生物物质通常很不稳定。4、弹性要求大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，这就要求下游加工有一定的弹性，特别是对染菌的批号，也要能处理。下游加工程应遵循得四条原则：（1）、时间短（2）、温度低（3）、PH适中（4）、勤清洗消毒四、生物技术下游加工过程的一般流程和单元操作下游加工过程可分为4个阶段：1)、发酵液的预处理和固液分离2)、初步纯化(提取)3)、高度纯化(精制)4)、成

4、品加工。（一）一般工艺流程（一）、发酵液的预处理和固液分离预处理目的：改变发酵液的性质，以利于固液分离。常用方法：1、在活性物质稳定性的范围内，通过酸化、加热、以降低发酵液的粘度。2、加入絮凝剂，使细胞或溶解的大分子聚结成较大的颗粒。固液分离：过滤分离、离心分离（二）、初步纯化(提取)目的：主要是浓缩，也有一些纯化作用。方法：吸附法、离子交换法、沉淀法溶剂萃取法、两水相萃取法、超临界流体萃取、逆胶束萃取、超过滤A、吸附法应用范围：主要用于抗生素等小分子物质。原理：利用吸附剂与抗生素之间的分子引力而将抗生素吸附在吸附剂上。吸附剂种类：活性炭、白土、氧化铝、各

5、种离子交换树脂。活性炭应用最广。活性炭的缺点：吸附性能不稳定，选择性不高，可逆性差，不能连续操作，劳动强度大，影响环境卫生。B、离子交换法主要用于小分子的提取，系利用离子交换树脂和生物物质之间的化学亲和力，有选择性地将生物物质吸上去，然后以较少量的洗脱剂将它洗下来。生物物质必须是极性化合物，即能形成离子。吸附和洗脱具有选择作用，能达到浓缩和精制的目的。一般的离子交换树脂的骨架具有憎水性，与蛋白质的憎水部份有吸附作用，而使蛋白质变性失活。以天然糖类为骨架的离子交换剂，由于其骨架具有亲水性，可用求提取蛋白质，例如以纤维素为骨架的离子交换剂。C、沉淀法盐析：最常

6、用的盐类是硫酸铵。加入有机溶剂：调pH至等电点：此法沉淀能力不强，常同时加入有机溶剂，使沉淀完全。加入非离子型聚合物：如PEG，机理和有机溶剂相似。加入聚电解质：如聚丙烯酸，机理和盐析作用相似。广泛用于蛋白质提取。主要起浓缩作用。通常是加入一些无机、有机离子或分子，能和生物物质形成不溶解的盐或复合物，而沉淀在适宜的条件下，又很易分解。例如：四环类抗生素在碱性下能和钙、镁、钡等重金属离子或溴化十五烷吡啶形成沉淀，发酵单位越高，沉淀法越有利，因残留在溶液中的浓度是一定的，故发酵单位越高、收率就越高。沉淀法也用于小分子物质的提取中，但具有不同的机理。D、溶剂萃取

7、法应用范围：一般用于抗生素等小分子生物物质的提取。基本原理：抗生素以不同的化学状态(游离态或成盐)存在时，在水及与水不互溶的溶剂中有不同的溶解度。当进行转移时，杂质不能或较少地随着转移，因而能达到浓缩和提纯的目的。有时，一次转移并不能将杂质充分除去，可采用二次萃取。举例：青霉素在酸性下成游离酸状态，在醋酸丁酯中溶解度大，能从水转移到醋酸丁酯中：在中性下，成盐状态，在水中溶解度大，能从醋酸丁酯转移到水中。溶剂萃取法常遇到困难是分配系数较低，一种解决的方法是利用反应萃取法，即利用一种溶剂(通常是有机磷化合物或脂肪胺)，能按一定化学计量关系与生物物质形成特异性的

8、溶剂化健或离子对复合物。E两水相萃取法适用范围：仅适用于蛋白质的提