第五章微生物工程下游加工工程

第五章微生物工程下游加工工程第一页，共六十四页，编辑于2023年，星期四重要性（1）获得商业产品的关键环节（2）拥有市场竞争力的重要保障微生物工程下游加工工程一、重要性和特点第二页，共六十四页，编辑于2023年，星期四特点（1）分离系统复杂，杂质多（2）代谢产物浓度低，稳定性差（3）代价高，回收率低微生物工程下游加工工程一、重要性和特点第三页，共六十四页，编辑于2023年，星期四物理学过程利用物性差异对包含多种成分的混合物进行分离、提纯。（1）平衡分离过程（相的组成差别）：蒸气压、溶解度；蒸发（蒸馏、干燥）、结晶、吸附、萃取。（2）拟平衡分离过程（分离场）：密度、电荷；离心分离、电泳。（3）非平衡操作（速度差）：分子（粒子）大小、扩散（渗透）系数；超滤，膜透析。微生物工程下游加工工程二、基本原理第四页，共六十四页，编辑于2023年，星期四化学过程利用化学作用达到分离、提纯的目的，适于高度选择性的精密分离。（1）分子间作用力：范德华力、氢键、疏水性相互作用力；萃取、吸附层析、疏水层析。（2）分子识别：酶和底物的专一性结合；亲和层析。微生物工程下游加工工程二、基本原理第五页，共六十四页，编辑于2023年，星期四生物过程利用生物高分子的特异性相互作用达到分离、提纯的目的，具有高度选择性。（1）锁钥关系：以蛋白质为代表的生物高分子，能分辨特定的物质，再与其可逆性结合；染料亲和层析。（2）亲和色谱：利用某些生物物质之间特异的亲和力进行选择性分离的一种色谱分离技术；吸附、洗涤、洗脱、再平衡化。微生物工程下游加工工程二、基本原理第六页，共六十四页，编辑于2023年，星期四成品加工发酵液的预处理和过滤提取（初步纯化）精制（高度纯化）加热、调pH、絮凝沉降、离心分离、过滤、错流过滤沉降、吸附、萃取、超滤层析、电泳、离子交换浓缩、结晶、干燥三、一般程序和单元操作微生物工程下游加工工程第七页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（一）发酵液的预处理和过滤1、发酵液的预处理目的：改变发酵液的物理性质，加快沉降速度；使产物转入以后处理的液相中；除去部分杂质。处理技术：絮凝、凝聚；稀释、加热。第八页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（一）发酵液的预处理和过滤1、发酵液的预处理（1）高价无机离子(Ca2+、Mg2+、Fe3+)的去除方法Ca2+:草酸（回收）四环类抗生素的提取Mg2+:Na5P3O10+Mg2+=MgNa3P3O10+2Na+环丝氨酸的提取Fe3+:3K4Fe(CN)6+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3↓+12K+第九页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（一）发酵液的预处理和过滤1、发酵液的预处理（2）可溶性杂蛋白质的去除方法a.调节pH（等电点）与阴粒子物质（三氯醋酸盐、水杨酸盐、过氯酸盐等）、阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+、Pb2+）形成沉淀b.加入脱水剂（碱金属中性盐），使蛋白质沉淀c.加热链霉素提炼（30℃）和柠檬酸发酵液（80℃）的预处理d.加入有机溶剂或表面活性剂使蛋白质变性凝固e.使用絮凝剂（无机、有机），例如β-半乳糖苷酶的纯化f.吸附，例如四环类抗生素的提取，可用亚铁氰化锌钾吸附蛋白质第十页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（一）发酵液的预处理和过滤1、发酵液的预处理（3）色素物质的去除色素物质化学性质的多样性增加了脱色的难度。常用方法：活性炭吸附法、离子交换剂、离子交换纤维。第十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（一）发酵液的预处理和过滤2、发酵液的过滤（1）发酵液的过滤特性——滤饼的比阻值rB

（过滤速度）

rB=r(⊿P)mr——不可压缩滤饼的比阻（对一定料液其值为常数）；m——压缩性指数，一般为0.5-0.8；不可压缩滤饼为0；⊿P——压力差对于发酵液滤饼，过滤速度不但会随滤饼厚度的增加而下降，还会因滤饼比阻力的突然升高而额外下降。这是由于有机物质的胶体粒子借静电吸引而结合的水分子所致。第十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（一）发酵液的预处理和过滤2、发酵液的过滤（2）影响发酵液过滤速度的因素

a.菌体细胞体积真菌菌丝体较粗大，质量比阻小，发酵液不需经特殊处理就很容易过滤；放线菌菌丝细而分支，交织成网格状，质量比阻力大，较难过滤，发酵液需经预处理，凝固蛋白质等胶体物质，提高过滤速度；细菌菌体更小，发酵液如不经絮凝等预处理，很难用常规过滤设备进行过滤操作。b.培养基组成黄豆饼粉、花生饼粉等会增加过滤难度c.放罐时机发酵后期要少加消泡剂和少进行补料，防止消泡剂和未用完的培养基增加过滤难度；菌体自溶前放罐可防止因菌体自溶释放出的代谢产物增加发酵液黏度第十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（一）发酵液的预处理和过滤2、发酵液的过滤（3）提高过滤性能的方法

a.加助滤剂

助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，能使滤饼疏松，从而增加滤速；常用硅藻土、珍珠岩等；加入方法有两种：a)预先在滤布上铺上一层1-2mm厚的助滤剂；b)直接把助滤剂加入发酵液中。b.添加填充凝固剂如CaSO4、AlPO4等本身就是助滤剂，且能使胶状物和悬浮物凝固c.酶解法当发酵液中有不溶性多糖时，会使发酵液的黏度增大而影响过滤速度；可用酶将其转化成可溶性单糖，提高滤速。第十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离1、微生物细胞壁的组成及其破碎阻力细菌：肽聚糖、脂蛋白、脂多糖、磷壁酸细胞破碎的主要阻力：肽聚糖的网状结构（致密程度和强度）酵母菌：葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质细胞破碎的主要阻力：壁结构交联的紧密程度及其厚度霉菌：几丁质、葡聚糖、脂类、蛋白质细胞破碎的主要阻力：细胞壁的强度和聚合物的网状结构第十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离2、微生物细胞破碎的方法（1）高压匀浆法（大规模破碎细胞常用方法）

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。影响破碎的主要因素是压力、温度和循环次数高速匀浆器排出阀结构示意图见P541.第十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离2、微生物细胞破碎的方法（2）高速球磨法高速球磨机1-物料进口2-物料出口3、4-冷却水进、出口5、6-夹套冷却水进、出口由于圆盘的高速旋转，细胞悬浮液与极细的玻璃小珠、石英砂或氧化铝一起快速搅拌或研磨，使细胞得以破碎。第十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离2、微生物细胞破碎的方法（3）超声波法

常用超声波频率15-25kHz；细胞的破碎是由于超声波的空穴作用，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；

超声波振荡易引起温度的剧烈上升，操作是需冷却；通常杆菌比球菌易破，阴性菌比阳性菌易破第十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离2、微生物细胞破碎的方法（4）酶解法

专一性强，条件温和；但费用较高

酶解法的另一方式是利用微生物的自溶作用即溶胞的酶是微生物自身产生的；大多数微生物都能产生一种可以水解自身细胞壁上聚合结构的酶；当改变一定的环境条件时，可诱发这种酶的过量产生或激发其他自溶酶产生，而发生自溶现象。第十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离2、微生物细胞破碎的方法（5）渗透压冲击法

将细胞先放入高渗透压的介质中，如高浓度的甘油或蔗糖液，在达到平衡后，介质突然被稀释，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；

此法适用于细胞壁较脆弱的，或者细胞壁预先用酶处理的，或细胞壁合成受到抑制的微生物；第二十页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离2、微生物细胞破碎的方法（6）反复冻结-融化法将细胞反复在低温下突然冷冻后在室温下融化，引起细胞破裂；低温冷冻一方面能使细胞膜的疏水键结构断裂，从而增加细胞的亲水性能；另一方面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。该法适用于细胞壁较脆弱的细胞第二十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（二）微生物细胞的破碎和分离3、细胞破碎率的测定（1）直接测定法观察计数（必要时配合染色技术）（2）测定释放的蛋白或酶活力（3）测定导电率

当细胞内含物释放到水相时，会引起导电率的变化；随破碎率的增加而增加，有线性关系；

因导电率的读数取决于微生物的种类、处理条件、细胞浓度等，应先用其他方法标准化第二十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（三）沉淀法（Precipitation）第二十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（三）沉淀法（Precipitation）

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。

方法简单、成本低、使用广泛，一般作为初步分离的手段。第二十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（三）沉淀法（Precipitation）盐析法有机溶剂沉淀法等电点沉淀法非离子型聚合物沉淀法聚电解质沉淀法金属离子沉淀法第二十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（三）沉淀法微生物工程下游加工工程1.盐析法（saltingout）

（1）原理高浓度中性盐的加入能破坏蛋白、酶等的胶体性质，中和微粒上的电荷，促使蛋白质等沉淀。蛋白质的溶解度与盐浓度间的关系可用Cohn方程式表示：logS=β－Ks·I

S——离子强度为I时的蛋白溶解度(g/L)；

β——溶质特征常数，大小取决于不同蛋白质的性质，也与温度和pH有关；

Ks——盐析常数，与盐的种类有关；

I——离子强度。

盐析法分离蛋白质时，可分两类：1）在一定的pH值和温度下，改变离子强度或盐浓度的沉淀方法——“K”分级盐析法2）在一定离子强度下，改变溶液的pH值及温度的沉淀方法——“”分级盐析法第二十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（三）沉淀法微生物工程下游加工工程1.盐析法（saltingout）（2）影响盐析的主要因素①蛋白质浓度

高浓度的蛋白溶液，可减少盐的用量；但共沉现象严重用低浓度蛋白溶液进行盐析，需用较多的盐，共沉作用较轻②离子强度和种类盐溶(saltingin)：许多蛋白在低盐浓度下发生盐溶现象（比在纯水中的溶解度大大增加）；

高盐浓度则盐析，离子强度越大，蛋白质的溶解度越低；盐析剂种类很多，不同种类的盐对蛋白溶解度的影响是不同的；离子半径小且电荷高的离子对盐析作用的影响较强，离子半径较大而电荷低的离子影响较弱；不同种类的盐对溶解度的影响，主要是对Ks值的影响，Ks值越大，该盐的盐析效果越好。③温度

温度是影响溶质溶解度的重要因素，升高温度可以增加许多无机盐和小分子有机化合物的溶解度；

但在高盐浓度中，蛋白质等生物大分子物质的溶解度随温度的升高反而减小

这主要是因为蛋白质分子在水化时要吸热，失水时则放热；温度升高有利于蛋白质失水沉淀。④pH

盐析pH的选择要以不降低产物的活性为原则；

由于蛋白质在等电点时最易沉淀，故可选择等电点的pH作为盐析pH第二十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（三）沉淀法微生物工程下游加工工程2.有机溶剂沉淀法（1）原理

有机溶剂（丙酮、乙醇、甲醇）能降低水溶液的介电常数。当有机溶剂浓度增大时，水对蛋白等分子表面上荷电基团或亲水基团的水化程度降低，静电吸引力增大，带电溶质互相吸引而聚集。

对于具有表面水层的生物分子（核酸、多糖、生物小分子），有机溶剂与水的作用，使这些分子表面水层厚度不断压缩，最后使这些分子脱水而相互聚集析出。第二十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（三）沉淀法微生物工程下游加工工程2.有机溶剂沉淀法（2）优缺点优点：分辨能力较高，一种溶质只在一个比较窄的有机溶剂范围内沉淀；沉淀无需脱盐；有机溶剂密度低，与沉淀物密度差大，易进行固液分离；有机溶剂易挥发，不会在成品中残留。缺点：易引起蛋白变性；易燃、易爆第二十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（三）沉淀法微生物工程下游加工工程3.非离子型聚合物沉淀法机制：能降低生物大分子水化度，与大分子发生共沉作用；与生物大分子形成复合物；通过空间位置排斥，使液体中的微粒被迫聚集而沉淀。聚合物：聚乙二醇(PEG)，常用PEG6000-20000，浓度为20%优点：沉淀效能高；操作条件温和，不易引起生物大分子变性；沉淀后易除去；无毒、不可燃；广泛用于核酸、蛋白等的分离纯化。第三十页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（三）沉淀法微生物工程下游加工工程4.聚电解质沉淀法原理：类似于絮凝剂，兼有一定的盐析和水化作用聚电解质：离子型的多糖化合物，如酸性多糖羧甲基纤维素、海藻酸盐、果胶酸盐、卡拉胶等；阴离子聚合物：聚丙烯酸（pH=2.8）；阳离子聚合物：聚乙烯亚胺（pH=10.4

）第三十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（四）溶剂萃取法（solventextraction）第三十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程1.溶剂萃取原理——分配定律

在溶剂萃取中，含有溶质的未被提取过的溶液称为料液（F）；用于进行萃取的溶剂称为萃取剂（S）；经萃取后含有溶质的萃取剂称为萃取液（L）；被萃取过失去溶质的料液称为萃余液（R）。

溶剂萃取法是以分配定律为基础的，即利用各种物质在不同溶剂中具有不同的溶解度的原理，达到将不同物质分离纯化的目的。分配定律（distributionlaw）——在一定温度和压力下，溶质分配在两不相溶的溶剂中，达到平衡时，溶质在两相的浓度之比为一常数。

K=CL/CR=萃取液浓度/萃余液浓度K为分配常数（分配系数、分配比），其大小反映出溶质在不同溶剂中溶解度的差异，及在此系统中的选择性第三十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程2.萃取有机溶剂的选择（1）选择萃取用的溶剂应考虑对产物有较大的溶解度和较好的选择性。（2）溶剂与被萃取液的互溶度要小，黏度低，界面张力适中，对相的分散和相的分离有利。（3）溶剂的化学稳定性高，有利于回收和再生利用。（4）价格低廉，安全常用萃取剂：乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁醇第三十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程3.影响水相溶质溶解度（萃取效果）的因素（1）离子强度有些物质在高离子强度下溶解度增加，如DNA-蛋白；有些则在低离子强度下溶解度增加，如RNA-蛋白；绝大多数蛋白质和酶存在“盐溶”和“盐析”现象；盐析作用可以降低许多生化产物在水中的溶解度，也能减少有机溶剂在水中的溶解度。例如：在VB12的提取中，加入中性盐硫酸铵，有利于VB12自水相转移到有机溶剂中；在提取青霉素时加入NaCl，也有利于青霉素从水相转移到有机溶剂中。第三十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程3.影响水相溶质溶解度（萃取效果）的因素（2）pH当酸性物质处于低pH或碱性物质处于高pH，都可以转溶于有机溶剂，但氨基酸除外，一般不用有机溶剂提取（稀乙醇除外）。pH在萃取中影响分配系数。pH对选择性有影响。pH的选择应注意产物的稳定性。第三十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程3.影响水相溶质溶解度（萃取效果）的因素（3）温度温度可改变物质的溶解度，影响分配系数；一般生物物质对温度敏感，萃取多在室温或低温下进行（通常0-10℃）；但也有采用热提取法的（50-70℃），多用于一些小分子生物物质第三十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程3.影响水相溶质溶解度（萃取效果）的因素（4）带溶剂

带溶剂是一类能和所提取的生物物质形成复合物，而易溶于溶剂的物质，且此复合物在一定条件下易分解形成原来的生物物质。提取水溶性强、在常用的有机溶剂中溶解度小的物质时可采用添加带溶剂；对于水溶性不强的物质，也可通过带溶剂提高收率和选择性。例如：链霉素是水溶性较强的碱，可与脂肪酸（如月桂酸）形成复合物，该复合物能溶于乙醇、醋酸丁酯等，而被萃取到有机相；在酸性条件下，又分解成链霉素而转溶于水相。第三十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程4.乳化与去乳化在萃取过程中，经常会出现一种液体分散到另一种本不相溶的液体中，即乳化现象。乳化现象会造成有机溶剂相和水相分层困难，出现两种夹带现象：一是发酵液提取废液中夹带有机溶剂微粒，导致产品损失；二是有机溶剂相中夹带发酵液微粒，会将杂质带入产品中。第三十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程4.乳化与去乳化（1）乳浊液的成因及稳定条件油（有机溶剂）、水不溶→分层表面活性剂存在可发生乳化，这类表面活性剂称为乳化剂。乳浊液有两种：水包油型(O/W型)油滴分散在水中油包水型(W/O型)水滴分散在油中第四十页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程4.乳化与去乳化（1）乳浊液的成因及稳定条件

由于乳化剂的两性性质，能够将本不相溶的油与水连在一起，但其分子处在任何一相都是不稳定的，只有处在两相界面上时，亲水基团对着水，疏水基团对向油，在相的界面上形成单分子层时，比较稳定。乳化剂能够降低表面张力，液体容易分散成微滴而发生乳化。第四十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程4.乳化与去乳化（1）乳浊液的成因及稳定条件

影响乳浊液稳定性的因素包括是否在界面上形成保护膜，液滴的带电性质以及介质的黏度。在发酵液中，蛋白对表面张力的影响最为显著，随着蛋白含量的增多，表面张力明显下降，由此引起的乳浊液是相当稳定的。第四十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程4.乳化与去乳化（2）去乳化的方法a.离心分离法b.提高温度c.稀释法d.电解质破乳法离子型乳化剂所形成的乳浊液的稳定性，是因其分散相带有电荷；加入电解质，可中和其电性，促使聚沉；常用NaCl、NaOH、HCl、Al3+等e.吸附法CaCO3可被水浸润，但不能被有机溶剂润湿；将乳浊液通过CaCO3层时，乳浊液中的水分则被吸附。第四十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程4.乳化与去乳化（2）去乳化的方法f.顶替法h.转型法加入表面活性更强但不能形成保护膜的物质，将原来的乳化剂从界面上顶替出来。常用顶替剂有戊醇，其表面活性很强，但碳链很短，不能形成保护膜如果在O/W型乳浊液中加入亲脂性的乳化剂，则乳浊液有从O/W转变为W/O型的趋向；但因在转变过程中，其他条件还不允许形成W/O型乳浊液，而使乳浊液遭到破坏。在W/O型乳浊液加入亲水性乳化剂：表面活性剂十二烷基磺酸钠第四十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（四）溶剂萃取法微生物工程下游加工工程4.萃取方法（混合、分离、回收）（1）单级萃取（97.2%）（2）多级错流萃取（98.79%）由几个萃取器串联组成，料液经第一级萃取后分离成两个相；萃余相流入下一个萃取器，再加入新鲜萃取剂继续萃取；萃取相则分别由各级排出，混合在一起，再进入回收器回收溶剂，回收得到的溶剂仍作萃取剂循环使用。（3）多级逆流萃取（99.7%）多级逆流萃取包括若干萃取级，在第一级中加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃取剂，并逐渐向前一级移动。料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故得名。第四十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期四四、常见分离和提纯方法微生物工程下游加工工程（五）结晶法（crystallization

）第四十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程1、晶体的一般性质

许多性质相同的粒子在三维空间有规律地排列成格子状固体的物质称为晶体。

①晶体是具有一定形状的固态物质，由许多性质相同的粒子（原子、离子和分子）有规律地排列而成。

某些液体表面上看不像晶体，但内部结构明显具有晶体空间排列规律性，这种液体称为液晶。第四十七页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程1、晶体的一般性质③大多数物质结晶都是在溶液中进行的，所以形成的晶体中常含有一定量的结晶水。②晶体的光学和电学都具有方向性，即在同一方向上具有相同的性质，在不同方向上具有相异性（称为晶体各向相异性）第四十八页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程2、晶体的结构和分类构成晶体的微观粒子（分子、原子或离子）按一定的几何规则排列，由此形成的最小单元称为晶格(crystallattice)。如果结晶时没有其他晶体或别的物质干扰，作为质点在空间晶格上排列的结果，晶体就具有明显晶角和平滑晶面的外形。虽然同一物质的不同晶体，其晶面、晶边相差很大，但对应晶面所构成的晶面角对同一物质都是一样的。第四十九页，共六十四页，编辑于2023年，星期四微生物工程下游加工工程第五十页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程2、晶体的结构和分类考虑某一特定晶体，通常选择3个主要的不平行晶面，称为结晶轴平面；

晶轴(crystalaxis)晶轴可互相垂直，可两轴互不垂直而垂直于第三轴，可以互相倾斜成相等的角度，也可以互相倾斜成不等的角度；除三晶轴平面外，可选择第四个基本平面与所有三轴相交，而此平面与三轴所截的线段可作为沿各轴测量长度的单位。第五十一页，共六十四页，编辑于2023年，星期四微生物工程下游加工工程2、晶体的结构和分类晶体按晶格空间结构，即按晶体的晶面角和晶轴长度，分为7种不同的晶系：立方晶系：三晶轴互相垂直且相等四方晶系：三晶轴互相垂直，其中两轴长度相等，但不等于第三轴六方晶系：其三共面晶轴互相倾斜成60°，但其长度与相垂直的第四轴不相等；斜方晶系：三晶轴不等，且互成垂直；单斜晶系：三晶轴不等，其中两者成倾斜，但垂直于第三轴；三斜晶系：三晶轴互相倾斜而长度不等，所有晶面角不等，且不等于30°、60°、90°；三方晶系：三晶轴长度相等，但相互倾斜度不等；第五十二页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程3、结晶的条件（1）样品纯度无论大分子还是小分子，均需达到一定纯度；因杂质可能影响结晶溶质在晶面上的定向排列，或能与结晶溶质化合或结合成络合物；但要求纯度不定，随物质种类而异；大多数蛋白质要求达50%以上；第五十三页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程3、结晶的条件（2）溶液的饱和度合适的浓度才能增加分子的碰撞机会，使其能以一定的速度作定向排列聚集而形成晶体。浓度过高，溶质分子在溶液中聚集析出的速度太快，超过这些分子形成晶体的速率，只能获得无定型固体颗粒，而得不到晶体；浓度过低，晶体形成的速率远低于晶体溶解速率，也无法得到晶体；只有控制在稍微过饱和或低过饱和状态，晶体形成速率略大于晶体溶解的速率，才能获得晶体。第五十四页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程3、结晶的条件（3）溶剂的影响（乙醇、水、氯仿)选择结晶溶剂需注意：a.溶剂不能与结晶物质反应；b.应对结晶物质有较高的温度系数，以便利用温度变化进行结晶；c.对杂质有较高溶解度，或在不同温度下结晶物质与杂质有不同溶解度；d.安全、易回收。第五十五页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程4、结晶机制（1）晶核形成与晶体生长溶质从溶液中结晶出来，需经历两个阶段，即晶核的生成（成核）和晶体的成长

微小的晶核与正常晶体相比具有较大的溶解度，在饱和溶液中会溶解，只有达到一定过饱和度时晶核才能存在；这就是为什么溶液浓度必须达到一定的过饱和程度时才能结晶的原因。最先析出的，作为以后结晶的中心的微小颗粒即晶核（crystalnucleus）；大小通常在几个纳米至几十微米。

晶核形成以后，并不是结晶过程的结束，还要靠扩散而继续成长为晶体。溶质质点（分子、原子、离子）在晶核上继续一层层排列上去而形成晶粒，并且使晶粒不断增大，此即晶体的成长。第五十六页，共六十四页，编辑于2023年，星期四（五）结晶法微生物工程下游加工工程4、结晶机制（1）晶核形成与晶体生长成核的机制有3种：a.初级均相成核：指溶液在较高过饱和度