微生物工程10下游加工工程

第十章    微生物工程              下游加工工程,提纲,一、微生物工程下游加工工程的特点       和重要性二、微生物工程下游加工工程的基本原理三、微生物工程下游加工工程的一般程序四、微生物工程下游加工工程的常用分离、        纯化方法,第一节 微生物工程下游加工工程的特点和重要性,一、微生物工程下游加工工程的特点：1、杂质：粗原料中带入大量的不参与发酵过程的可溶性杂质和不溶性悬浮物，给下游过程的分离提取带来了不小的困难，增加了下游操作成本，包括发酵废液的处理成本。2、产品浓度很低：一些新兴生物技术产品，待处理物料中产品浓度很低，往往低于杂质含量，如L异亮氨酸为2.4，青霉素为3.6，每千克产品中核黄素仅含几克、胰岛素仅含几十毫克，而且对热、PH、有些甚至对光不稳定。3、易挥发和氧化：用萃取技术提取有效成分(风味物质)时，如啤酒花需要先进行粉碎，一般粉碎机的机械冲击点处温度高达300左右，风味物质极易挥发和氧化造成损失。,第一节 微生物工程下游加工工程的特点和重要性,4、小分子产品：因分子结构简单，性质相对稳定， 分离   技术的可选范围较大。5、大分子产品：如酶蛋白，除具有一定氨基酸排列的一   级结构外，还具有一定立体构象的二、三级结构，甚至   于四级结构，才呈现出生物活性。为保持分离操作后这   些生物活性物质的功能，甚至过度增加剪切率的操作也   是不适合的。,第一节 微生物工程下游加工工程的特点和重要性,6、产物为菌体细胞时：当发酵液进入旋转构件，以及菌    体泥浆排出时存在的附加剪切力也会导致菌体死亡。7、产品的稳定性：生物活性物质的活性还易受温度、pH、    金属离子、无机盐浓度、有机溶媒等环境因素的影响。    制约了下游技术的可选范围。8、产品安全性：当生物技术产品是食品或药物时，溶媒    的使用受到一定的限制，应考虑它们在品质或气味上    是否污染产物。萃取及色谱的分离介质甚至于膜分离技术中膜材料的选择，有时也受到限制。,第一节 微生物工程下游加工工程的特点和重要性,二、微生物工程下游加工工程的重要性：       很多工业生物技术产品，包括现代发酵工业产品，其质量的优劣、成本的高低、竞争力的大小，往往与下游技术直接相关。,第二节 微生物工程下游加工          工程的基本原理,一、以物理学过程为基础的分离操作：    1平衡分离过程    2拟平衡(速度差)分离操作      3 非平衡分离操作二、以化学学过程为基础的分离操作：    1分子间相互作用    2 分子识别三、以生物学过程为基础的分离操作：    1、特异性相互作用(锁钥关系）    2、亲和色谱,第三节  微生物工程下游加工           工程的一般程序,第四节  微生物工程下游加工工程的常用分离、纯化方法,一、过滤法二、沉淀法三、萃取法四、吸附法五、离子交换法六、结晶法,一、过滤法,原理：悬浮液通过过滤介质时，固态颗粒与溶液分离。       过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤两种。澄清过滤：所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料及用金属丝绕成的管于等组成的成型颗粒滤层。滤饼过滤：过滤介质为滤布，包括天然或合成纤维织布、金属织布，及毡、石棉扳、玻璃纤维纸、合成纤维等无纺布。          滤饼过滤按推动力的不同可以分为四种，即重力过滤、加压过滤、真空过滤和离心过滤。,二、沉淀法,沉淀是通过改变条件或加入某种试剂，使溶液中的溶质由液相转变为固相析出的过程。优点：成本低、设备简单、收率高、浓缩倍数高和操          作简单。   盐析法；多用于分离纯化各种蛋白质和酶。  有机溶剂沉淀法：多用于生物小分子、多糖及核酸等产品的分离纯化，也有用于蛋白质的沉淀。  等电点沉淀法：用于氨基酸、蛋白质及其他两性物质的沉淀。  生成盐复合物沉淀法：用于多种化合物，特别是小分子物质的沉淀。,三、萃取法,溶剂萃取法是利用一种溶质组分(如产物)在两个互不相溶的液相(如水相和有机溶剂相)中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行分离的操作。优点：比化学沉淀法分离程度高；比离子交换法选择           性好、传质快；比蒸馏法能耗低。       另外它还有生产能力大、周期短、便于连续操作、容易实现自动化控制等优点。,四、吸附法,选择性吸附法用于：分离精制各种产品、空气的净化、除菌、脱色、除热源、去组胺等杂质。吸附过程的基础理论：吸附作用：物质从流体相(气体或液体)浓缩到固体表                  面的过程。吸附剂：在表面上能够发生吸附作用的固体。吸附物：被吸附的物质。        不同固体物质的表面自由能不同，所以对其他物质的吸附能力不同，表面自由能越高，吸附能力越强。        吸附作用力也是范德华力它是一组分子引力的总称，包括三种力，即定向力、诱导力和色散力。,五、离子交换法,离子交换树脂：       是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子材料。它的化学稳定性良好，且有一定孔隙度。其结构由三部分组成：       不溶性的三维空间网状骨架；       连接在骨架上的官能团；       官能团所带的相反电荷的可交换离子。优点：成本低，工艺操作方便，提炼效率较高，设备结构简单，以及节约大量的有机溶液等。缺点：不一定能找到合适的树脂，生产周期长，生产过程中pH值变化较大。,六、结晶法,生物工业的固体产品又可分为结晶型和无定型两类。区别：构成单位（原子、分子或离子）的排列方式是           规则的结晶；不规则的无定型。    形成晶形物质的过程称为“结晶”；而得到无定型物质的过程称为“沉淀”。       结晶是同类分子或离子的规则排列，具有高度的选择性，结晶操作能从杂质含量相当多的发酵液或溶液中形成纯