第9章 发酵产物的提取与分离.ppt

第9章 发酵产物的提取与精制;发酵液下游加工是指从发酵产物中分离、纯化产品的过程，是利用产物和杂质的物理化学性质不同提取产物或者从系统中去除杂质的操作。 ;9.1 概述;2．提取和精制;发酵产品后处理过程流程图 ;发酵液预处理和菌体分离是采用凝聚和絮凝等技术，加速固液分离，提高过滤速度。如果是胞内产物，首先要进行细胞破碎，再分离细胞碎片。 初次纯化即提取，主要是除去与目标产物性质有很大差异的物质，浓缩产物，提高产品质量。常用方法有沉淀、吸附、萃取等。 高度纯化即精制，采用对产品有高度选样性的分离技术，除去与产物理化性质相近的杂质。典型的方法有层析、离子交换等。 成品加工是为了获得质量合格的产品，常用浓缩、结晶、干燥等技术方法。;9.2 发酵液的预处理及菌体分离;1．发酵液的预处理;（1）高价无机离子的去除：发酵液中主要的无机离子有Ca2+，Mg2+，Fe3+等。 钙离子常使用草酸去除。 Mg2+可加入三聚磷酸钠，它和Mg2+形成可溶性络合物，可消除对离子交换的影响。 Fe3+用黄血盐(亚铁氰化钾 )反应生成普鲁士蓝沉淀除去。;（2）杂蛋白的去除：;（3）色素及其他物质的去除 常用的脱色方法有离子交换剂、离子交换纤维、活性炭等材料吸附。 ;2．离心过滤与菌体分离;过滤的原理是悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒与溶液分离。 根据机理，过滤可分为澄清过滤和滤饼过滤。 澄清过滤中，过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、烧结陶瓷、烧结金属等，它们填充在过滤器内构成过滤层，悬浮液通过滤层时，固体颗粒被滤层颗粒阻拦或吸附，滤液得以澄清。 滤饼过滤中，过滤介质为滤布。悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻挡而逐渐形成滤饼。滤饼至一定厚度时即起过滤作用。;（1）影响发酵液过滤的因素;（2）改善发酵液过滤性能的方法;①调pH：除去蛋白质等两性物质，改变易吸附分子的电荷性质，减少滤膜堵塞和污染。 ②凝聚与絮凝：形成较大絮团，减少堵塞。 ③吸附剂法：将细菌吸附在吸附剂上，形成较大的颗粒，减少堵塞。 ④助滤剂法：助滤剂如硅藻土吸附细菌细胞改变滤饼结构，降低过滤阻力，加快过滤速度。 ;3．细胞破碎与分离;（2）常用的细胞破碎方法;①机械法： 高压匀浆法是利用高压使细胞悬液通过针型阀，由于突然减压和高速冲击撞击环，造成细胞破碎； X-press法或Hughes press法是一种改进的高压法，其操作方法是将浓缩的菌体悬浮液冷冻至-25℃~-30℃形成冰晶，利用500Mpa以上的高压冲击，将冷冻细胞从高压阀小孔中挤出。由于冰晶体的磨损，造成包埋在冰晶体中的微生物变形而引起细胞破碎。 此方法适用范围广，破碎率高，细胞碎片的粉碎程度低，活性保留率高。但是不能用于对冷冻融解敏感的生物物质。 ;超声波法是利用超声波的空穴作用使细胞破碎，由于这种空穴泡又受到超声波的迅速冲击而闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由此引起的黏滞性旋涡在介质中的悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞内液体发生流动，造成细胞破碎。 超声波振荡容易引起温度的剧烈上升，所以操作时可以在细胞悬浮液中投入冰块或在夹层中通人冷却水进行冷却。;②非机械法： 酶解法是利用酶反应分解破坏细胞壁成分的特殊化学键，达到使细胞破碎的目的。分为外加酶法和自溶法（常采用加热或干燥法）。 渗透压冲击法是将细胞先放入高渗透压的介质中，在达到平衡后，介质被突然稀释，或将细胞转入水或缓冲液中，水就会迅速进入细胞内，致使细胞膨胀，引起细胞壁的破裂。 ;反复冻融法是将细胞反复在低温下突然冷冻后在室温下融化，最后引起细胞破碎。 低温冷冻使细胞膜的疏水键结构断裂，增加细胞亲水性能；同时胞内水结晶使细胞内外溶液浓度发生变化，引起细胞突然膨胀而破裂。 可采用此法处理细胞壁较脆弱的菌体，但通常破碎率较低，有时即使反复如此处理仍不能提高破碎率。 此外还可能引起对冻融敏感的蛋白质变性。 ;干燥法可采用空气于燥、真空干燥、喷雾干燥和冷冻干燥等。 干燥过程能使细胞膜渗透性改变，再用丙酮、丁醇或缓冲液等处理时，胞内物质就容易被抽提出来。;（3）细胞碎片的分离：常用离心分离法。 近年来利用双水相萃取法，使生物大分子或细胞碎片在两相或多相中进行不同的分配，达到分离的目的。 另外，向细胞碎片悬浊液中加入某种固体吸附剂，或使悬浮液通过装有吸附剂的固定床，也可达到去除细胞碎片的目的。;9.3 发酵产物的提取和精制;（1）等电点沉淀法：利用两性电解质在电中性时溶解度最低的原理进行分离纯化。在低离子强度下，调节至等电点，可使各种两性电解质所带净电荷为零，能大大降低其溶解度。 不同的两性电解质具有不同的等电点，从而将其分离开。 优点是许多蛋白质的等电点都在偏酸性的范围内，而许多无机酸价格低廉，并能为食品标准允许，因此常可无须除掉残余的酸，而直接进行下一步纯化操作。 缺点是酸