发酵工程第十一章发酵工程下游技术发展及发酵液.ppt

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1、第十一章发酵工程下游技术发展及发酵液的预处理下游技术发展与发酵液预处理第一节发酵工程下游技术发展第二节发酵液预处理第一节发酵工程下游技术发展发酵工程下游技术领域发酵工程下游技术过程和发展动态发酵工程下游技术原理一、发酵工程下游技术领域发酵工程下游技术的范畴包括物质分离和产品加工。从发酵液中可以获得的产物发酵产品特性发酵液组成特点发酵产物后处理过程的分离纯化必须的注意事项1、从发酵液中可以获得的产物从发酵液中获得的产物可以是多种，如抗生素、核酸、多肽、维生素等，分为如下三类：菌体及胞内产物酶代谢产物2、发酵产品特性在发酵液或培养液中产物浓度很低；含有产物的初始

2、物料组成复杂；发酵产物多为生物活性物质，稳定性差，易失活；发酵产品种类繁多，包括各种分子量和结构的生物活性物质；许多产品作为医药、食品和生物试剂时要求较严格；3、发酵液组成特点发酵液大部分是水；发酵液中发酵产物浓度较低，一般低于10%；发酵液中悬浮固形物主要含有菌体和蛋白质胶体，会影响分离过程；发酵液的培养基残留还含有无机盐、非蛋白质大分子及降解产物均会影响分离过程；发酵液中常有代谢副产物；发酵液中含有色素、热原质等有机杂质，对提炼影响相当大，必须除去。4、发酵产物后处理过程的分离纯化必须的注意事项条件温和，必须保持产物生理活性；能够达到要求的纯度，要选择合

3、适的分离技术；收率高，目的产物的量和活性必须有较高收率；生产成本尽量降低；工艺过程尽可能缩短和简化；分离快速，以提高生产能力；生产中所产生废物尽可能少并能够处理；实验过程能成功进行放大。二、发酵工程下游技术过程和发展动态发酵工程下游技术过程发酵工程下游技术发展沿革下游技术新概念、新技术、新产品和新装备1、发酵工程下游技术过程发酵工程下游技术一般工艺过程如下：发酵液或培养液的预处理与固液分离：主要是离心和过滤；初步分离（产物提取）：除去与目标产物性质差别较大的杂质，显著提高产物浓度和质量；高度纯化（产物精炼）：采用有限的单元操作，去除与目标产物类似的杂质；成品

4、加工：产物的最终用途和要求，决定了最终加工方法，浓缩、结晶和干燥是主要过程。发酵工程下游技术一般工艺流程2、发酵工程下游技术发展沿革利用下游技术可获得的产品可分为直接获得产物和间接获得产物。第一代生物技术：19世纪60年代-20世纪40年代，青霉素等抗生素生产出现以前的酿造产业。第二代生物技术：20世纪40年代，二战后，抗生素工业发展，大型好氧发酵装置的开发和化工单元操作引进，酿造工业扩展为发酵工业。第三代生物技术：20世纪70年代以来，大量生物活性物质作为产品出现。3、下游技术新概念、新技术、新产品和新装备固液分离技术：絮凝、离心、过滤、微过滤；细胞破碎技

5、术：球磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学破碎；初步分离纯化技术：沉淀、离子交换、萃取、超滤等技术；高度分离纯化技术：离子交换、脱色、结晶、重结晶、色谱技术其他新型分离技术：超临界CO2萃取技术、纳米滤技术、渗透蒸发技术、液膜技术等等。新技术发展体现在那里新技术发展的体现传统分离技术的提高和完善，集中在节能和提高效率；新技术的研究和开发；清洁生产，包括清洁生产工艺、清洁产品和清洁能源等。三、发酵工程下游技术原理发酵工程下游技术的总体目标是高产率和低成本。选择相应下游技术时要考虑：产品规格、生产规模、发酵液组成和产品形式、产品性质、下游工程产生的废水以

6、及操作方式。下游工程技术单元操作的原理和特点见P263，表11-1。第二节发酵液的预处理发酵液预处理的目的发酵液过滤特性的改变发酵液的相对纯化固液分离工程及设备一、发酵液预处理的目的改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速率，提高固液分离的效率；尽可能使产物转入便于后处理的某一相中；除去发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作胞外产物尽可能转移到液相，而胞内产物则先进行菌体和细胞的回收。二、发酵液过滤特性的改变发酵产品的性质发酵产品具体预处理的方法发酵液的性质发酵液中发酵产物浓度较低，悬浮液中大部分是水；悬浮物颗粒较小，相对密度与液相相差不大；固体颗粒

7、可压缩性大；液相粘度大、多为非牛顿型流体；性质不稳定，随时间变化，容易受到外界影响。发酵产品具体预处理的方法发酵液预处理方法要根据目标发酵液的性质进行选择。降低发酵液的黏度调整溶液的pH值凝聚与絮凝加入助滤剂加入反应剂1、降低发酵液的黏度降低液体的黏度有利于提高过滤速度。加水稀释法：加水降低发酵液的黏度，同时会增加悬浮液的体积，加大后处理的工作量。升温加热法：加热法是最简单廉价的预处理方法，将温度升高并保持一段时间，可以降低粘度，提高过滤速度。2、调整溶液的pH值全细胞的聚集作用高度依赖于pH值的高低。适当调整，则可以改善过滤性质，促进凝集作用。一般调整用无

8、机酸碱进行调节，方法较简单。蛋白质和氨基酸用等电点进