發(fā)酵產(chǎn)物后處理

發(fā)酵產(chǎn)物后處理第1頁(yè)/共96頁(yè)本章內(nèi)容：第一節(jié)下游加工過程概論第二節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離第三節(jié)細(xì)胞破碎第四節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物的初級(jí)純化第五節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物的精制第六節(jié)成品加工第七節(jié)發(fā)酵廢液的排放第2頁(yè)/共96頁(yè)目的要求了解發(fā)酵產(chǎn)物后處理的意義掌握發(fā)酵產(chǎn)物后處理的基本過程掌握發(fā)酵產(chǎn)物后處理常見處理方法及原理了解發(fā)酵工業(yè)廢液的特點(diǎn)及其處理的方法第3頁(yè)/共96頁(yè)幾個(gè)問題：1、發(fā)酵產(chǎn)物后處理的重要性2、發(fā)酵產(chǎn)物后處理的一般過程3、發(fā)酵產(chǎn)物后處理常用的方法第4頁(yè)/共96頁(yè)第一節(jié)下游加工過程概論

一、下游工程二、下游加工的目的及研究意義三、下游工程的特點(diǎn)四、下游加工的基本要求五、下游工程加工的基本流程第5頁(yè)/共96頁(yè)發(fā)酵產(chǎn)物的后處理第6頁(yè)/共96頁(yè)一、下游工程下游工程:從發(fā)酵液或培養(yǎng)液中分離、精制有關(guān)產(chǎn)品的過程，稱為下游工程。（或下游技術(shù)、下游加工過程、或生化分離和純化過程）。它是由一些化學(xué)工程的單元操作組成。由于發(fā)酵產(chǎn)品種類繁多，性質(zhì)各異，其單元操作很多，如蒸餾、結(jié)晶、吸附等。第7頁(yè)/共96頁(yè)二、下游加工的目的及研究意義（一）下游加工的目的（二）下游加工的研究意義第8頁(yè)/共96頁(yè)（一）下游加工的目的目的：發(fā)酵液中雜質(zhì)含量較多，代謝產(chǎn)物的濃度較低，低濃度的發(fā)酵產(chǎn)品不能直接作為工業(yè)生產(chǎn)的原料或產(chǎn)品。獲得合格生化產(chǎn)品，保證發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，并且不浪費(fèi)其它有用的物質(zhì)。必需對(duì)需要的生化產(chǎn)品進(jìn)行分離和純化等下游加工。發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量主要取決于發(fā)酵工程的上游技術(shù)——菌種和發(fā)酵，而其質(zhì)量、收率和成本則決定于下游工程——提?。ǔ醪郊兓┖途啤５?頁(yè)/共96頁(yè)（二）研究的意義1、發(fā)酵產(chǎn)物后處理關(guān)系到發(fā)酵工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益：在發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)中，分離和精制過程所需的費(fèi)用占成本的很大部分。如傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)（如抗生素、乙醇、檸檬酸），分離和精制部分占整個(gè)工廠投資費(fèi)用的60%，而對(duì)重組DNA發(fā)酵、精制蛋白的費(fèi)用可占整個(gè)工廠生產(chǎn)費(fèi)用的89%～90%。因此，下游加工過程的落后有可能會(huì)阻礙發(fā)酵工業(yè)以及酶、動(dòng)植物細(xì)胞工程的發(fā)展。2、下游加工過程的先進(jìn)與否將關(guān)系到整個(gè)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)興衰。發(fā)酵產(chǎn)物后處理的研究開發(fā)已逐步成為一個(gè)新的和重要的科技領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。許多國(guó)家都很重視下游加工過程。3、清潔生產(chǎn)與下游加工技術(shù)密切相關(guān)。隨生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，廢水污染問題越來越突出，它與下游加工技術(shù)密切相關(guān)。

第10頁(yè)/共96頁(yè)三、下游工程的特點(diǎn)（一）發(fā)酵液的特點(diǎn)（二）下游工程后處理技術(shù)的特點(diǎn)（三）下游工程目的產(chǎn)物的特點(diǎn)第11頁(yè)/共96頁(yè)（一）發(fā)酵液的特點(diǎn)

（p40）1、發(fā)酵液大部分是水，一般含水量達(dá)到90%～99%，發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低。2、發(fā)酵液中的懸浮固形物主要是菌體和蛋白質(zhì)的膠狀物質(zhì)。3、發(fā)酵液中還有培養(yǎng)基的殘留成分，如無機(jī)鹽、蛋白質(zhì)、其他大分子雜質(zhì)及其降解產(chǎn)物。4、發(fā)酵代謝副產(chǎn)物，特別是與發(fā)酵產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)相似。5、色素、熱源質(zhì)、毒性物質(zhì)等有機(jī)雜質(zhì)。

第12頁(yè)/共96頁(yè)（二）下游工程后處理技術(shù)的特點(diǎn)

（p40）1、下游工程技術(shù)難度大因?yàn)椋繕?biāo)成分在發(fā)酵液中的含量低，但其他成分的含量和數(shù)量都大大超過目標(biāo)成分，極大的增加了分離工作的難度。2、發(fā)酵液是復(fù)雜的多相體系有機(jī)體、菌體、膠體、固體、液體、細(xì)胞內(nèi)、細(xì)胞外。在分離中要充分考慮這些因素。3、目標(biāo)成分的穩(wěn)定性較差。因此，要在產(chǎn)物后處理中采用較為溫和的分離技術(shù)措施。4、由于產(chǎn)品純度要求高，在分離中損失較大，甚至超過20%。所以尋找新的、特異性強(qiáng)的分離技術(shù)是下游加工的趨勢(shì)。第13頁(yè)/共96頁(yè)（三）下游工程目的產(chǎn)物的特點(diǎn)

（p41）1、一般多為有生理活性的有機(jī)化合物，這些物質(zhì)往往不穩(wěn)定、易變性、易失活。2、相對(duì)分子質(zhì)量較大。3、目的成分在制備液中的濃度很低，但產(chǎn)品要求的純度卻很高（95%以上）。附加值高。4、含有目的產(chǎn)物的生物制劑中亦含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分，易被微生物污染和分解。5、成分復(fù)雜。6、其目的產(chǎn)物往往參與人體機(jī)能的精細(xì)調(diào)節(jié)，任何性質(zhì)和數(shù)量的偏差將造成嚴(yán)重影響。第14頁(yè)/共96頁(yè)四、下游加工的基本要求

1、操作簡(jiǎn)單費(fèi)用低。

2、提取率高，能夠達(dá)到要求純度，廢液中最終產(chǎn)品含量低。

3、不影響產(chǎn)品質(zhì)量。

4、提取所用試劑對(duì)設(shè)備腐蝕性小。

5、產(chǎn)生廢物能夠處理，對(duì)環(huán)境污染少。第15頁(yè)/共96頁(yè)五、下游加工的基本流程

（p41～42）發(fā)酵液預(yù)處理細(xì)胞分離細(xì)胞破碎細(xì)胞碎片分離初步純化高度純化成品加工第16頁(yè)/共96頁(yè)產(chǎn)物后處理方法胞外產(chǎn)物成品加工高度純化初步純化細(xì)胞碎片分離細(xì)胞破碎細(xì)胞分離預(yù)處理發(fā)酵液提取精制離心、萃取、過濾、錯(cuò)流過濾高壓勻漿、珠磨、超聲、酶解、化學(xué)滲透、滲透壓沖擊沉降、離心分離，過濾、錯(cuò)流過濾加熱、調(diào)pH、絮凝沉淀、萃取、離子交換吸附、超濾各種層析、電泳措施無菌過濾、超濾、結(jié)晶冷凍干燥、噴霧干燥第17頁(yè)/共96頁(yè)下游加工的單元操作

發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離

初步純化（提?。┪椒x子交換法沉淀法溶劑萃取法雙水相萃取法超臨界流體萃取超濾法

高度純化（精制）色譜分離結(jié)晶

成品加工濃縮無菌過濾和去熱原干燥第18頁(yè)/共96頁(yè)第二節(jié)發(fā)酵液的預(yù)處理

和固液分離

(p41～43)目的:1）分離細(xì)胞、菌體和其它懸浮顆粒2）除去部分可溶性雜質(zhì)3）改變?yōu)V液性質(zhì)總之，達(dá)到固液分離，提高產(chǎn)物濃度和質(zhì)量。第19頁(yè)/共96頁(yè)常用的方法（p41）：調(diào)節(jié)pH、加熱、過濾、離心分離、沉降及傾析等。預(yù)處理屬于初級(jí)分離階段，主要影響產(chǎn)物的收率。但在某種意義上也影響產(chǎn)品的純度，因?yàn)椋缭诔跫?jí)分離中除去大部分雜質(zhì)，特別是對(duì)產(chǎn)品精制有干擾的雜質(zhì)，將使精制較容易，純度也提高。第20頁(yè)/共96頁(yè)一、發(fā)酵液的預(yù)處理（一）發(fā)酵液預(yù)處理的目的1．改變發(fā)酵液的性質(zhì)，以利于固液分離。如通過酸化、加熱以降低發(fā)酵液的黏度，以及加入絮凝劑使細(xì)胞或溶解的大分子聚結(jié)成較大的顆粒以促進(jìn)細(xì)胞的絮凝。2．分離細(xì)胞、菌體或其它懸浮顆粒（細(xì)胞碎片、核酸和蛋白質(zhì)沉淀物）。3．除去部分可溶性雜質(zhì)和改變?yōu)V液以利于后續(xù)各步操作。（1）對(duì)于胞外產(chǎn)物，應(yīng)盡可能使目的物轉(zhuǎn)移到液相中，可用調(diào)pH至酸性或堿性的方法來達(dá)到。（2）對(duì)于胞內(nèi)產(chǎn)物，則應(yīng)首先收集菌體或細(xì)胞。細(xì)胞破碎后，目的物被釋放到液相中，再將細(xì)胞碎片分離。通常，以含有目的物的液相為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)提取和精制的各步操作。第21頁(yè)/共96頁(yè)（二）發(fā)酵液預(yù)處理的內(nèi)容1．高價(jià)無機(jī)離子的去除2．雜蛋白的除去3．菌體細(xì)胞和細(xì)胞碎片的去除4．色素及其它物質(zhì)的去除5．調(diào)節(jié)適宜的pH值和溫度第22頁(yè)/共96頁(yè)二、發(fā)酵產(chǎn)物的固液分離固液分離適用于：初級(jí)分離、純化精制。

（一）固液分離的目的1．收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相。2．收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物。如細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等。第23頁(yè)/共96頁(yè)（二）發(fā)酵液常用的固液分離方法與設(shè)備主要是離心分離和過濾等化工單元操作。不同性狀的發(fā)酵液應(yīng)選擇不同的固液分離方法和設(shè)備。體積較大：如霉菌和酵母菌，外形尺寸大多在1～10μm范圍，其發(fā)酵液一般采用高速離心機(jī)分離。若對(duì)發(fā)酵液采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行預(yù)處理，則細(xì)菌和酵母菌的發(fā)酵液也可采用過濾方法進(jìn)行固液分離。菌體較?。喊被岬陌l(fā)酵液，采用絮凝和添加助濾劑等方法進(jìn)行處理后，即可用板框過濾機(jī)或帶式過濾機(jī)進(jìn)行菌體分離。第24頁(yè)/共96頁(yè)1、離心分離（1）原理它是借助于離心旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力的作用，促使不同大小、不同密度的粒子分離的技術(shù)。（2）應(yīng)用十分廣泛。如啤酒和果酒的澄清、酵母發(fā)酵醪濃縮、谷氨酸結(jié)晶分離、各種發(fā)酵液的菌體分離和流感、肝炎疫苗及干擾素生產(chǎn)都大量使用各種類型的離心設(shè)備。第25頁(yè)/共96頁(yè)（3）分類按其分離因素（轉(zhuǎn)速）不同可以分為三類：常速（低速）離心機(jī)：有工業(yè)規(guī)模和實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。主要用于收集細(xì)胞、菌體、培養(yǎng)基殘?jiān)容^大的固體顆粒。高速離心機(jī)：用于分離細(xì)胞碎片、較大的細(xì)胞器、生物大分子鹽析沉淀物等較小的固體顆粒。超速離心機(jī)：用于生物大分子、細(xì)胞器、病毒等分子水平和微粒的分離。第26頁(yè)/共96頁(yè)2、過濾

是傳統(tǒng)的化工單元操作，它是借助于過濾介質(zhì)，在一定壓力差的作用下，將懸浮液中的固體粒子截留，而與液體分離的技術(shù)。發(fā)酵工業(yè)中常用的過濾方法與設(shè)備：板框過濾機(jī)、鼓式真空過濾機(jī)（或真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)）、硅藻土過濾機(jī)。

第27頁(yè)/共96頁(yè)不銹鋼板框壓濾機(jī)

第28頁(yè)/共96頁(yè)第29頁(yè)/共96頁(yè)帶式真空過濾機(jī)

第30頁(yè)/共96頁(yè)ZGL型燭柱式硅藻土過濾機(jī)第31頁(yè)/共96頁(yè)第三節(jié)細(xì)胞破碎（p43）細(xì)胞破碎：是利用外力破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，使細(xì)胞內(nèi)目標(biāo)物釋放出來的技術(shù)。關(guān)鍵：是要選擇破碎技術(shù)和設(shè)備。第32頁(yè)/共96頁(yè)一、細(xì)胞破碎的原因

許多發(fā)酵產(chǎn)物是胞內(nèi)產(chǎn)物，分離提取此類產(chǎn)物時(shí)，必須將細(xì)胞破碎，使產(chǎn)物釋放到液相中，才能進(jìn)行提取和純化。如谷胱苷肽、花生四烯酸等。一些基因工程產(chǎn)物（胰島素、干擾素、生長(zhǎng)激素等）。某些酶制劑（如青霉素?；浮A性磷酸酯酶等。）植物細(xì)胞產(chǎn)物多數(shù)為胞內(nèi)產(chǎn)物。所以基于以上原因要進(jìn)行細(xì)胞破碎。細(xì)胞破碎是提取胞內(nèi)產(chǎn)物的關(guān)鍵步驟。第33頁(yè)/共96頁(yè)二、細(xì)胞破碎方法

（一）化學(xué)法酸熱法化學(xué)滲透法（二）機(jī)械法勻漿法研磨法超聲波法球磨破碎法（三）其它破碎方法凍結(jié)－融化法（亦稱凍融法）干燥法酶溶法細(xì)胞碎片的分離方法：離心分離法、兩水相萃取法。第34頁(yè)/共96頁(yè)三、破碎率的測(cè)定檢測(cè)細(xì)胞破碎效果的方法：（一）直接測(cè)定法（二）目標(biāo)產(chǎn)物測(cè)定法（三）導(dǎo)電率測(cè)定法第35頁(yè)/共96頁(yè)（一）直接測(cè)定法破碎前的細(xì)胞：可利用顯微鏡或電子微粒計(jì)數(shù)器直接計(jì)數(shù)。破碎后的細(xì)胞：用染色法把破碎的細(xì)胞從未損害的完整細(xì)胞中區(qū)別開來，便于計(jì)數(shù)破碎后的完整細(xì)胞。如破碎的革蘭氏陽性菌可染色成革蘭氏陰性菌的顏色。采用革蘭氏染色法染色酵母破碎液，未損害的細(xì)胞呈紫色，而受損害的細(xì)胞呈亮紅色。第36頁(yè)/共96頁(yè)（二）目標(biāo)產(chǎn)物測(cè)定法細(xì)胞破碎后，通過測(cè)定破碎液中目的產(chǎn)物的釋放量來估算破碎率。通常是將破碎后的細(xì)胞懸浮液用離心法分離細(xì)胞碎片，測(cè)定上清液中目的產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)或酶）的含量或活性，并與100%破碎率所獲得的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值比較，計(jì)算其破碎率。第37頁(yè)/共96頁(yè)（三）導(dǎo)電率測(cè)定法細(xì)胞破碎后，大量帶電荷的內(nèi)含物被釋放到水相，使導(dǎo)電率上升，并且它隨破碎率的增加而呈線性增加。第38頁(yè)/共96頁(yè)四、細(xì)胞破碎技術(shù)的發(fā)展方向

（一）多種破碎方法相結(jié)合如機(jī)械法和非機(jī)械法結(jié)合可起到“取長(zhǎng)補(bǔ)短”的作用。（二）上游過程相結(jié)合1.在上游細(xì)胞培養(yǎng)過程中，通過改變培養(yǎng)基成分，生長(zhǎng)期或操作參數(shù)（pH、溫度、通風(fēng)量、釋放率等），使細(xì)胞破碎變得容易。2.通過基因工程手段對(duì)菌體進(jìn)行改造，以提高胞內(nèi)物質(zhì)的提取率。（三）與下游過程相結(jié)合細(xì)胞破碎后的固液分離常很困難，除了應(yīng)從后步分離過程的整體來考慮破碎條件（如細(xì)胞碎片不能太小）外，還可將破碎操作技術(shù)直接與純化過程結(jié)合起來。

第39頁(yè)/共96頁(yè)第四節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物的初步純化發(fā)酵液經(jīng)固液分離或細(xì)胞破碎及碎片分離后，濾液體積很大，活性物質(zhì)濃度很低。下游加工過程就是濃縮和純化過程。第一步稱為初步純化或提取，主要目的在于濃縮，也有純化作用。后幾步的操作處理體積小，稱為高度純化或精制。第40頁(yè)/共96頁(yè)初步純化（提?。撼ヅc目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)有很大差別的物質(zhì)。方法：蒸發(fā)、吸附法、離子交換、沉淀、萃取、膜過濾等。特點(diǎn)：這些分離過程不具備特異性，只是進(jìn)行初分，只是提高產(chǎn)物濃度和質(zhì)量，但純度不高。目的：在此階段各種不需要（與產(chǎn)物性質(zhì)差異較大）的介質(zhì)被分離（即除雜質(zhì)），目的產(chǎn)物的濃度將大大提高。第41頁(yè)/共96頁(yè)發(fā)酵產(chǎn)物初步純化常用的方法

（p43-44）一、吸附法二、離子交換法三、固相析出分離法（如沉淀法）四、溶劑萃取法五、膜過濾法第42頁(yè)/共96頁(yè)一、吸附法應(yīng)用：抗生素等小分子物質(zhì)的提取。吸附劑：活性炭、氧化鋁、離子交換劑、大孔樹脂等。第43頁(yè)/共96頁(yè)二、離子交換法應(yīng)用：小分子物質(zhì)的提取。酸性或堿性離子交換樹脂。第44頁(yè)/共96頁(yè)三、固相析出分離法改變?nèi)芤簵l件，使溶質(zhì)以固體形式從溶液中分出的操作技術(shù)稱為固相析出分離法。析出物為晶體時(shí)稱為結(jié)晶。析出物為無定形固體稱為沉淀法。固相析出法：鹽析法，有機(jī)溶劑沉淀法，等電點(diǎn)沉淀法，結(jié)晶法等。沉淀法主要用于蛋白質(zhì)的提取，主要起濃縮作用。第45頁(yè)/共96頁(yè)鹽析法:當(dāng)加入的中性鹽達(dá)到一定濃度時(shí)，使水活度大大減小，同時(shí)中性鹽的解離中和了蛋白質(zhì)表面的電荷，破壞了蛋白質(zhì)表面的水化層，暴露出疏水區(qū)域，疏水區(qū)域間的相互作用，使蛋白質(zhì)互相聚集而沉淀。常用的是硫酸銨。用量：飽和度達(dá)到20-60%等。應(yīng)用：蛋白質(zhì)的沉淀分離。第46頁(yè)/共96頁(yè)常用的蛋白質(zhì)鹽析方式有兩種：K鹽析：固定蛋白質(zhì)溶液的pH值和溫度，變動(dòng)其離子強(qiáng)度，常用于蛋白質(zhì)粗品的分組沉淀；?鹽析：在一定離子強(qiáng)度下，改變pH值或溫度形成的沉淀，常用于蛋白質(zhì)的進(jìn)一步純化。第47頁(yè)/共96頁(yè)四、溶劑萃取法溶劑萃取法：用于抗生素等小分子的提取。兩水相萃取法：用于蛋白質(zhì)的提取。超臨界液體萃取法：適于萃取非極性物質(zhì)。第48頁(yè)/共96頁(yè)五、膜分離法

它是根據(jù)被分離物質(zhì)的分子大小，選擇幾種半透膜，使一種物質(zhì)或一定大小的分子透過，而阻礙另一種或分子量較大的分子透過。此法實(shí)質(zhì)是各種物質(zhì)透過膜的傳遞速度不同而得到分離。第49頁(yè)/共96頁(yè)過濾：借助一定孔徑的過濾介質(zhì)，將不同大小顆粒物質(zhì)分離的方法。主要驅(qū)動(dòng)力為壓力差。方法：常壓過濾、加壓過濾、減壓過濾。過濾介質(zhì)：濾紙、濾布、纖維、多孔陶瓷、燒結(jié)金屬等。助濾劑：硅藻土、活性炭、紙粕等條件控制：壓力差、粘度、濃度、溫度、pH等。第50頁(yè)/共96頁(yè)過濾包括：滲透、透析、電滲析、反滲透、超濾等（采用膜及操作方式不同）。優(yōu)點(diǎn)：效率高、費(fèi)用低、無相變化、產(chǎn)物損失很少。應(yīng)用：生物大分子分離純化過程中的濃縮、脫鹽、基因工程產(chǎn)品和單克隆抗體的回收、超濾技術(shù)，還可用于連續(xù)發(fā)酵、動(dòng)植物細(xì)胞的連續(xù)培養(yǎng)。第51頁(yè)/共96頁(yè)（1）微濾（MF）截留顆粒直徑0.2～2μm，可除去淀粉、細(xì)菌、霉菌、乳化油等。（2）超濾（UF）截留顆粒直徑0.02～0.22μm，相當(dāng)于分子量1000～5×105道爾頓。可濾出蛋白質(zhì)、脂肪、病毒、樹脂和色素物質(zhì)。（3）反滲透被截留物質(zhì)分子量小于1000道爾頓，只允許溶解質(zhì)或水通過，被形容為脫水濃縮技術(shù)。第52頁(yè)/共96頁(yè)超濾方法：利用一定截留分子量的超濾膜進(jìn)行溶質(zhì)分子的分離或濃縮。小于截留值的分子通過膜，大于的則受阻截留在膜表面。應(yīng)用：廣泛應(yīng)用。如制藥、食品、環(huán)境保護(hù)等方面。目的：在大分子物質(zhì)的提取中，主要可以達(dá)到濃縮與脫鹽、分級(jí)分離、除菌、去熱原等。在小分子物質(zhì)的提取中，主要用于去除大分子物質(zhì)。第53頁(yè)/共96頁(yè)膜分離技術(shù)方法分離范圍分離動(dòng)力一般過濾>1μm壓力差微孔過濾0.01~1μm壓力差透析5~100?分子擴(kuò)散超級(jí)過濾5~100?壓力差反滲透<5?壓力差電滲析<5?電能第54頁(yè)/共96頁(yè)第五節(jié)發(fā)酵產(chǎn)物的純化

（p45-46）高度純化：在初級(jí)分離的基礎(chǔ)上，用各種高選擇性手段（其中主要是各種色譜層析）將目標(biāo)產(chǎn)物和干擾雜質(zhì)盡可能地分開，使產(chǎn)物純度達(dá)到有關(guān)要求，最后制成可以貯藏、運(yùn)輸和使用的產(chǎn)品。即除去有類似化學(xué)功能和物理性質(zhì)的不純物。方法：沉淀、超濾、層析、電泳、高效液相。特點(diǎn)：以上技術(shù)具有產(chǎn)物的高選擇性和雜質(zhì)的去除性。第55頁(yè)/共96頁(yè)發(fā)酵產(chǎn)物經(jīng)初步純化后，體積已大大縮小，但純度提高不多，需要進(jìn)一步的精制。大分子（如蛋白質(zhì)）和小分子物質(zhì)的精制方法有類似之處，但側(cè)重點(diǎn)有所不同。大分子物質(zhì)的精制依賴于色層分離小分子物質(zhì)的精制常常用結(jié)晶操作第56頁(yè)/共96頁(yè)精制的方法：一、結(jié)晶法二、色譜分離（層析分離）三、離心法四、膜分離法第57頁(yè)/共96頁(yè)一、結(jié)晶1.物質(zhì)從液態(tài)（液體或熔融體或氣態(tài)）形成晶體的過程叫結(jié)晶。（一般都是從液態(tài)形成晶體的，而得到無定型物質(zhì)的過程稱為沉淀?？梢哉J(rèn)為結(jié)晶是沉淀的一種特殊情況）。2．特點(diǎn)選擇性好，析出的晶體純度較高；結(jié)晶過程成本低、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。第58頁(yè)/共96頁(yè)3．應(yīng)用在抗生素、氨基酸、有機(jī)酸等?。ǖ停┓肿由a(chǎn)中，作為精制的一種手段。此外，在食鹽、蔗糖、食品添加劑生產(chǎn)中也廣泛應(yīng)用。近年來也應(yīng)用于蛋白質(zhì)、核酸等大分子的結(jié)晶。結(jié)晶過程是有高度的選擇性，物質(zhì)能否結(jié)晶主要取決于物質(zhì)自身性質(zhì)，及一些條件才能形成結(jié)晶。第59頁(yè)/共96頁(yè)4.結(jié)晶的方法（1）鹽析結(jié)晶法（2）將部分溶媒蒸發(fā)結(jié)晶（3）添加有機(jī)溶劑結(jié)晶（4）等電點(diǎn)結(jié)晶（5）將熱飽和溶液冷卻，添加晶種結(jié)晶第60頁(yè)/共96頁(yè)二、色譜分離（一）色譜技術(shù)色譜技術(shù)：是一組相關(guān)分離方法的總稱，色譜柱的一般結(jié)構(gòu)含有固定相（多孔介質(zhì)）和流動(dòng)相，根據(jù)物質(zhì)在兩相間的分配行為不同（由于親和力差異），經(jīng)過多次分配（吸附-解吸-吸附-解吸…），達(dá)到分離的目的。簡(jiǎn)單的說，色譜技術(shù)是在特定的色譜柱當(dāng)中，利用不同物質(zhì)與固定相的親和力差異而實(shí)現(xiàn)分離的一組技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：分辨率高，是生化產(chǎn)品純化、分析的重要手段，這一切均源于其特殊的分離模式，即塔板理論。用途：生物大分子的分離。第61頁(yè)/共96頁(yè)（二）色譜分離方法分類

按機(jī)理分類：1、吸附色譜2、分配色譜3、離子交換色譜4、凝膠色譜按固相形狀不同分類：

柱色譜：工業(yè)生物產(chǎn)品分離與純化、分析、生物樣品制備。其分離量大，分離能力不同柱不同。紙上色譜：定性與定量分析。量很少、分離能力高。薄層色譜：分析用。量少、分離能力高。第62頁(yè)/共96頁(yè)（三）生物工業(yè)中的色譜分離

1．色譜分離的規(guī)模。與一般分離技術(shù)相比，它的規(guī)模相當(dāng)小。根據(jù)分離時(shí)一次進(jìn)樣多少可以分為四類：①色譜分析：＜10mg。②半制備（或稱中等規(guī)模制備）10～50mg。③制備（或稱樣品制備）：0.1～10g。④工業(yè)生產(chǎn)：＞20g/d。從數(shù)量上好象很少，但從基因工程產(chǎn)品的銷售價(jià)格看其價(jià)值相當(dāng)高。如合格干擾素的銷售價(jià)格為每毫克１萬元，若連續(xù)生產(chǎn)，只要采用半制備規(guī)模，即可達(dá)到年產(chǎn)值１億元以上。第63頁(yè)/共96頁(yè)2、色譜可制備的生物體組成成分各種初級(jí)代謝產(chǎn)物：氨基酸、有機(jī)酸、核苷酸、單糖類、脂肪酸等。次級(jí)代謝產(chǎn)物：生物堿、萜類、糖苷、精油、色素、鞣質(zhì)類、抗生素等。各種生物大分子：蛋白質(zhì)、酶、多肽、多糖等。第64頁(yè)/共96頁(yè)3、選擇色譜分離方法的根據(jù)①目的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、物化特性、分子量的大小。②主要雜質(zhì)，特別是分子結(jié)構(gòu)、大小和理化特性與目的產(chǎn)物相近的雜質(zhì)的成分和含量。③目的產(chǎn)物在色譜分離中生物活性的穩(wěn)定性。第65頁(yè)/共96頁(yè)4、柱色譜分離法工業(yè)生產(chǎn)中多采用此法。吸附色譜、分配色譜、凝膠色譜、離子交換色譜、親和色譜等都可在柱中進(jìn)行。它們的實(shí)驗(yàn)裝置和操作方法也基本類似。第66頁(yè)/共96頁(yè)（1）吸附法預(yù)處理上樣吸附洗雜洗脫再生第67頁(yè)/共96頁(yè)（2）離子交換法離子交換法：是利用溶液中各種帶電粒子與離子交換劑之間結(jié)合力的差異進(jìn)行物質(zhì)分離的操作方法。帶電粒子與離子交換劑間的作用力是靜電力。它們結(jié)合是可逆的，在一定條件下能夠結(jié)合，條件改變后也能被釋放出來。離子交換劑由惰性的不溶性載體，功能基團(tuán)和平衡離子組成。第68頁(yè)/共96頁(yè)X＋X＋X＋X＋X＋X＋Y＋X＋Z＋X＋Y＋Z＋Z＋Y＋Y＋Y＋X＋Z＋X＋Z＋X＋Z＋Z＋X＋X＋X＋Y＋Z＋Y＋Z＋Ｘ＋Ｘ＋X＋X＋X＋X＋Ｚ＋X＋Ｚ＋X＋X＋OH－nX＋平衡上樣吸附洗雜洗脫第69頁(yè)/共96頁(yè)（3）凝膠層析第70頁(yè)/共96頁(yè)V大分子小分子第71頁(yè)/共96頁(yè)（4）親和層析LSLLS＋＋S＋S＋雜質(zhì)SS＋LLLLL配基樣品配基固定化吸附樣品樣品洗脫第72頁(yè)/共96頁(yè)（5）制備型高效液相色譜制備型HPLC技術(shù)是利用大直徑柱，分離制備大量純物質(zhì)（>0.1g）HPLC的分離依據(jù)是樣品中各組分之間帶電性，極性，疏水性，分子大小，等電點(diǎn)，親和性，螯合性等理化性質(zhì)的差異。將樣品導(dǎo)入柱頭，流動(dòng)相在高壓泵的作用下，其流量被準(zhǔn)確地控制通過色譜柱，樣品中各組分在色譜柱中形成差速遷移，按時(shí)間先后流出層析柱，然后進(jìn)行檢測(cè)和分部收集。第73頁(yè)/共96頁(yè)泵色譜柱檢測(cè)器溶劑第74頁(yè)/共96頁(yè)三、離心應(yīng)用：適合固體顆粒小、粘度大的溶液。種類：1．制備型離心用于從一組混合物中分離出某一單組分或分成某一單組分，最終目的是對(duì)生物來源樣品進(jìn)行分離制備或純化。工業(yè)及實(shí)驗(yàn)室的高速、低速離心機(jī)均可滿足要求。如工業(yè)過濾式離心機(jī)轉(zhuǎn)速為450~3500r/min，可用于分離懸浮液中直徑為0.01~1.0mm的顆?；蚪Y(jié)晶物。如檸檬酸、抗生素或某些生化藥品、酶制劑等結(jié)晶或固體顆粒的過濾，脫水效率都很高。沉降式離心機(jī)可用于低濃度懸浮液的分離。第75頁(yè)/共96頁(yè)2．分析型離心目的是對(duì)已純化的物質(zhì)作各方面的性質(zhì)研究。如測(cè)定分子量、沉降系數(shù)、密度和純度鑒定等。隨著離心技術(shù)及設(shè)備的不斷完善，尤其是高速和超速冷凍離心機(jī)的問世，它已成為生化、生物技術(shù)、生物制藥中物質(zhì)分離純化和分析的重要手段之一。第76頁(yè)/共96頁(yè)第六節(jié)成品加工成品加工：發(fā)酵液經(jīng)提取、精制后，根據(jù)要求進(jìn)行濃縮、干燥、除菌等處理，以達(dá)到產(chǎn)品的使用要求的過程。此步使產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的要求與形態(tài)，以適合銷售需要。主要操作：干燥、冷凍干燥、濃縮、無菌過濾、加穩(wěn)定劑等。第77頁(yè)/共96頁(yè)一、干燥的基本概念干燥：是用熱能加熱物料，使物料中水分蒸發(fā)而干燥或者用冷凍法使水分結(jié)冰后升華而除去的單元操作。通常是生物產(chǎn)品分離的最后一步。第78頁(yè)/共96頁(yè)二、物料內(nèi)水分的種類1、化學(xué)結(jié)合水水分與物料的離子型結(jié)合和結(jié)晶型分子結(jié)合（結(jié)晶水），結(jié)晶水的脫除必將引起晶體的崩潰。2、物化結(jié)合水包括吸附、滲透和結(jié)構(gòu)水分，其中吸附水分結(jié)合力最強(qiáng)。3、機(jī)械結(jié)合水毛細(xì)管水、濕潤(rùn)水分、孔隙水分其中，結(jié)合水（包括細(xì)胞含水、纖維束含水以及毛細(xì)管水）較難以除去。而非結(jié)合水（物料表面的濕潤(rùn)水分和孔隙水份）較容易除去。第79頁(yè)/共96頁(yè)三、平衡水分和自由水分1、平衡水分當(dāng)一種物料與一定溫度及濕度的空氣接觸時(shí)，物料勢(shì)必會(huì)放出或吸收一定量的水分，物料的含水量會(huì)趨于一定值。此時(shí)，物料的含水量稱為該空氣狀態(tài)下的平衡水分。平衡水分代表物料在一定空氣狀態(tài)下的干燥極限，即用熱空氣干燥法，平衡水分是不能去除的。2、自由水分在干燥過程中能夠除去的水分，是物料中超出平衡水分的部分。第80頁(yè)/共96頁(yè)三、干燥設(shè)備

1、氣流干燥設(shè)備

干燥介質(zhì)為熱干空氣。使用范圍：含非結(jié)合水的粉末或顆粒物料的干燥。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱系數(shù)大，干燥速度快。第81頁(yè)/共96頁(yè)2、噴霧干燥設(shè)備

方法：采用霧化器，將料液分散成細(xì)小霧滴，在噴霧干燥器內(nèi)直接進(jìn)行干燥，并采用旋風(fēng)分離器對(duì)干燥后的物料進(jìn)行回收。優(yōu)點(diǎn)：傳熱表面積大，干燥時(shí)間短，適用于抗生素、酵母粉、酶制劑等熱敏性物質(zhì)的干燥；并可將蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾、粉碎等過程集成于一次完成。缺點(diǎn)：熱效低、能耗大、設(shè)備體積過大。第82頁(yè)/共96頁(yè)干燥塔第83頁(yè)/共96頁(yè)3、流化床干燥設(shè)備方法：在流化床中加入濕的顆粒狀物料，在流化床下部通入熱空氣，在一定流速下形成激烈的固體流態(tài)化狀態(tài)。因此，又稱沸騰床，是一種有效的干燥裝置。使用范圍：由于物料在干燥器中停留時(shí)間過長(zhǎng)，不適宜干燥一些熱敏性物質(zhì)，使用于干燥葡萄糖、味精、檸檬酸等穩(wěn)定物料的干燥。第84頁(yè)/共96頁(yè)4、微