发酵液预处理与浓缩

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1、第八章微生物工程下游技术原料液中目标产物的浓度一般都很低，如L-异亮氨酸浓度为2.4％，青霉素为3.6％，庆大霉素为0.2％，胰岛素仅为0.001％。原料液中成分复杂，常存在与目标分子结构极其相似的分子及异构体。当生物技术产品是食品或药物时，溶剂的使用受到一定的限制，萃取、色谱等手段会受到一定的限制。发酵液成分一般不稳定。原料液特点发酵液放罐后，应及时快速操作，原因在于1.菌体可能自溶2.容易被杂菌污染3.引起产物的破坏和降解。原料液中常存在降解目标产物的杂质，如可水解目标蛋白质的蛋白酶。下游技术可分为4个阶段，即预处理、提取、精制、成品制作，如图所示

2、。预处理→细胞分离→细胞破壁→碎片分离→提取→精制→成品制作加热过滤匀浆法离心沉淀(重)结晶浓缩调pH离心研磨法双水相吸附干燥絮凝膜分离酶解法膜分离萃取色谱分离无菌过滤超滤膜分离结晶下游技术一般工艺过程预处理→细胞分离→细胞破壁加热过滤匀浆法调pH离心研磨法絮凝膜分离酶解法碎片分离→提取→精制→成品制作离心沉淀(重)结晶浓缩双水相吸附干燥膜分离萃取色谱分离无菌过滤超滤膜分离结晶原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物路线一路线二细胞破碎碎片分离路线一A路线一B清液－胞外产物粗分离(盐析、萃取、超滤等)纯化(层析、电泳)脱盐(凝胶过滤、超滤)浓缩(超滤

3、)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性第一节发酵液预处理1、降低黏度加水稀释：简单，增体积、降低产物浓度。加热升温：柠檬酸发酵，90℃，蛋白质变性凝固，利于过滤2、凝聚、絮凝改变粒子分散状态，形成大颗粒，利过滤凝聚与絮凝凝聚与絮凝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。凝聚和絮凝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、铁盐类）作用下，使胶体体系不稳定并使粒子相互聚集成１mm大小块状凝聚体的过程。絮凝：指使用高分子絮凝剂将

4、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。常用絮凝剂聚丙烯酰胺类：用量少，絮凝体粗大，分离效果好，絮凝速度快，适用范围广。无机高分子聚合物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，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。3、调整PH4、加入反应剂环丝氨酸发酵液，氯化钙、磷酸盐生成沉淀。高价无机离子的去除Ca2+草

5、酸Mg2+三聚磷酸钠Fe3+黄血盐（普鲁士蓝）蛋白质去除加热调pH(草酸，无机酸或碱)蛋白质的变性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，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。第二节过滤、细胞破碎、结晶过滤是在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下，是固液分离的常用方法之一。助滤剂是一种具有特殊性能的细粉或纤维，它能使某些难以过滤的物料变得容易过滤常用的助滤剂：硅藻土、珍珠岩。一、过

6、滤1.过滤设备的分类根据推动力的不同可分为四类（a）重力过滤自然过滤（b）加压过滤板框过滤（c）真空过滤真空过滤器（d）离心过滤离心过滤器2.过滤介质1、无定形颗粒：活性炭颗粒、沙、无烟煤2、成形颗粒：烧结金属、烧结塑料3、非金属织物：尼龙、玻璃纤维4、金属织物：不锈钢丝网5、无纺品：纸、石棉板框压滤机板框压滤机优点：结构简单、过滤面积大、操作压力高、适用广缺点：设备笨重、间歇操作、劳动强度大、辅助时间长陶瓷滤膜对于一些固体颗粒小、溶液粘度大的体系，过滤实际上是很难进行的，必须采用离心技术方能达到目的。二、离心操作方式：间歇式、连续式型式：管式、套筒离

7、心沉降利用悬浮液或乳浊液中密度不同的组分在离心力场中迅速沉降分层，实现固液分离高速冷冻离心机旋转过滤机滚筒式离心机4000细胞破碎（cellrupture）技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内含物包括目的产物成分释放出来的技术。细胞破碎技术是分离纯化细胞内合成的非分泌型药物成分的基础。三、细胞破碎一些蛋白质在细胞培养时被宿主细胞分泌到培养液中，其后续分离和纯化都相对简单。但由于一些重组DNA产品结构复杂，必须在细胞内组装来获得生物活性，如果在培养时被宿主细胞分泌到培养液中，其生物活性往往有所改变，此类产品是细胞内产品（非分泌型），需要应用细胞破

8、碎技术破碎细胞，使重组的药物成分释放出来，为后续的分离纯化做好准备工作。1.酶消化法细胞悬浮液