【2017年整理】下游加工过程概论.ppt

第十九章;下游加工过程概论;一、下游加工过程在生物技术中的地位;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DNA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;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。; 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。 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。;下游加工程应遵循得四条原则：;四、生物技术下游加工过程的一般流程和单元操作; （一）一般工艺流程;（一）、发酵液的预处理和固液分离;（二）、初步纯化(提取); A、 吸附法;B 、 离子交换法; C 、 沉淀法; 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。; D、溶剂萃取法;;E 两水相萃取法; F 超临界流体萃取; 超临界流体萃取原理：超临界流体的密度和液体相近，粘度和气体接近，溶质在其中的扩散速度可为液体的100倍，这是超临界流体的萃取能力和速度，优于一般溶剂的原因。而且流体的密度越大，萃取能力也越大，变化温度和压力可改变萃取能力，使对某物质具有选择性。 二氧化碳：常用作为萃取剂，因其临界压力较低，（31.1C，7.3 Mpa）操作安全，无毒，适用于非极性物质，对极性物质萃取能力差，但可加入极性的辅助溶剂（夹带剂entrainer)来补救。 本法还具有节约能量等优点，已开始应用在食品工业和生物工程中。已用于咖啡脱咖啡因，啤酒花脱气味等。; 原理：超滤法是利用一定截断分子量的超滤膜进行溶质的分离或浓缩。小于截断值的分子能通过膜，而大于截断值的分子不能通过膜，因而达到分离。 应用范围：适用于超滤的物质，分子量在500~1000000之间，或分子大小近似地在(1~l0 nm)之间。在小分子物质的提取中，超滤主要用于去除大分子杂质。在大分子物质的提取中，超滤主要用于脱盐、浓缩。 主要缺点：浓差极化和膜的污染，膜的寿命较短和通量低，很难用于处理量大的工业中。但这些缺点正在克服，有很好的发展前景。;（三）、高度纯化(精制); 色层分离是一种高效的分离技术，过去仅用于实验室中，最近10年来规模逐渐扩大而应用于工业上。 原理：操作是在柱中进行，包含两个相——固定相和移动相，物质在两相间分配情况不同，在柱中的运动速度也不同而获得分离。; 结晶的先决条件是溶液达到过饱和。方法： 加入某些物质，使溶解平衡发生改变，例如调pH； 将溶液冷却或将溶剂蒸发： 正确控制温度、溶剂的加入量和加料速度可以控制晶体的生长，以有利于结晶的选择性和利用分离。 适用范围：主要用于低分子量物质的纯化。 举例：例如抗生素。青霉素G系用醋酸丁酯从发酵液中萃取出来，然后加入醋酸钾的酒精溶液以产生沉淀。柠檬酸在工业上用冷却的方法进行结晶。;（六）、成品加工;A、 浓缩; 热原：是脂多糖类物质，从细菌的细胞壁产生，注入体内会使体温升高。 传统去热原方法：蒸馏或石棉板过滤，但前者只能用于产品能蒸发或冷凝的场合，后者对劳动保护和产品质量都有一定问题。当产品分子量在1000以下，用截断分子量为10000的超滤膜除去热原是很有效的，同时也达到了无菌要求。;C、干燥;五、生物技术下游加工过程的发展趋向;(2)、完善、研究、开发新型和经济高效的下游加工技术 ①、正确对待“新”、“老”分离技术，努力推进多种分离、纯化技术的结合。 ;要积极推广应用新技术： ;当前下游加工过程发展的一个主要倾向是:;②、生物技术下游工程与上游工程相结合。 生物工程作为一个整体，上、中、下游要互相配合。