第十三章 生物物质的分离与纯化 1、培养液的预处理 2、培养液的固液分离 3、细胞的破碎 4、生物物质的分离纯化方法 5、生物分离工艺介绍 教 学 内 容
第十三章 生物物质的分离与纯化 1、培养液的预处理 2、培养液的固液分离 3、细胞的破碎 4、生物物质的分离纯化方法 5、生物分离工艺介绍 教 学 内 容
补充内容（一） 发酵醪(发酵液)的 一般特征 利用微生物发酵生产各种发酵产品，由于菌种不同和 发酵醪特性不同，其预处理方法和提取、精制方法的选择 也有差异。应针对发酵醪的特性来合理选择处理方法，大 多数发酵产物存在发酵醪中，也有少数发酵产物存在菌体 中，或发酵醪和菌体都 含有，例如四环类抗生素。各种发 酵产物无论在发酵醪或是在菌中体现往往浓度较低，并与 种种的溶解和悬浮的杂质混在一起，要分离提纯发酵产物， 首先要针对发酵醪的特性进行预处理
补充内容（一） 发酵醪(发酵液)的 一般特征 利用微生物发酵生产各种发酵产品，由于菌种不同和 发酵醪特性不同，其预处理方法和提取、精制方法的选择 也有差异。应针对发酵醪的特性来合理选择处理方法，大 多数发酵产物存在发酵醪中，也有少数发酵产物存在菌体 中，或发酵醪和菌体都 含有，例如四环类抗生素。各种发 酵产物无论在发酵醪或是在菌中体现往往浓度较低，并与 种种的溶解和悬浮的杂质混在一起，要分离提纯发酵产物， 首先要针对发酵醪的特性进行预处理
发酵醪的特性一般可归纳为： 1、发酵醪大部分是水，一般含量达90%-99%. 2、发酵醪中发酵产物浓度较低，尽管由于菌种、原料、工艺条件不同，发酵产物 于发酵醪中浓度的高低也有差异，但总的来说发酵醪中发酵产物浓度都是比较低的， 除了酒精、柠檬酸、葡萄糖酸等发酵产物浓度在10%以上外，其余的都在10%以下， 而抗生素的浓度更低，一般在1%以下。 3、发酵醪中的悬浮固体物主要含有菌体和蛋白质胶状物。由于发酵醪中存在一定 数量的菌体和蛋白质胶体物质，不仅使发酵醪粘度增加，不利于过滤，而且增加提 取和精制后工序的操作困难，在浓缩过程中变得更粘稠，同时容易产生泡沫。采用 溶媒萃取法提炼时，蛋白质的存在夺产生乳化，使溶媒相和水相分层困难；采用离 子交换法提炼时，蛋白质的存在也会增加树脂的吸附量，加重树脂的负担
发酵醪的特性一般可归纳为： 1、发酵醪大部分是水，一般含量达90%-99%. 2、发酵醪中发酵产物浓度较低，尽管由于菌种、原料、工艺条件不同，发酵产物 于发酵醪中浓度的高低也有差异，但总的来说发酵醪中发酵产物浓度都是比较低的， 除了酒精、柠檬酸、葡萄糖酸等发酵产物浓度在10%以上外，其余的都在10%以下， 而抗生素的浓度更低，一般在1%以下。 3、发酵醪中的悬浮固体物主要含有菌体和蛋白质胶状物。由于发酵醪中存在一定 数量的菌体和蛋白质胶体物质，不仅使发酵醪粘度增加，不利于过滤，而且增加提 取和精制后工序的操作困难，在浓缩过程中变得更粘稠，同时容易产生泡沫。采用 溶媒萃取法提炼时，蛋白质的存在夺产生乳化，使溶媒相和水相分层困难；采用离 子交换法提炼时，蛋白质的存在也会增加树脂的吸附量，加重树脂的负担
4、发酵醪的培养基残留成分中还含有无机盐类，非 蛋白质大分子其降解产物对提取和精制均有一定的 影响。 5、发酵醪中除了发酵产物外，常有其他少量的代谢 产物。发酵过程中除了主代谢产物外，尚伴有一些 其他的副代谢产物。这些少量的副产物，有时其结 构特性与发酵主产物极为近似，这就会给分离提纯 操作带来困难。 6、发酵醪中还含有色素、热原质、毒性物质等有机 杂质。尽管它们的确切组成还不十分明了，但它们 对提炼影响相当大。为了保证发酵产品的质量和卫 生标准，应通过预处理将色素、热原质、毒性物质 等有机杂质先除去
4、发酵醪的培养基残留成分中还含有无机盐类，非 蛋白质大分子其降解产物对提取和精制均有一定的 影响。 5、发酵醪中除了发酵产物外，常有其他少量的代谢 产物。发酵过程中除了主代谢产物外，尚伴有一些 其他的副代谢产物。这些少量的副产物，有时其结 构特性与发酵主产物极为近似，这就会给分离提纯 操作带来困难。 6、发酵醪中还含有色素、热原质、毒性物质等有机 杂质。尽管它们的确切组成还不十分明了，但它们 对提炼影响相当大。为了保证发酵产品的质量和卫 生标准，应通过预处理将色素、热原质、毒性物质 等有机杂质先除去
发酵成熟醪中常含有各种样的杂质，而所需要的发酵产物则 含量很少。因此，要获得纯净的发酵产物，它的提取与精制过程 便成为一个复杂而必不可少的工艺过程。提取和精制的目的在于 从发酵液中制取高纯度的、合符质量标准要求的发酵成品。 尽管由于菌种、发酵醪的特征及发酵工艺的不同，发酵产物 可以多种多样，但从工业发酵范畴来看，从发酵醪中获得产物大 致可分为三类： 发酵产物的分类 补充内容（二）
发酵成熟醪中常含有各种样的杂质，而所需要的发酵产物则 含量很少。因此，要获得纯净的发酵产物，它的提取与精制过程 便成为一个复杂而必不可少的工艺过程。提取和精制的目的在于 从发酵液中制取高纯度的、合符质量标准要求的发酵成品。 尽管由于菌种、发酵醪的特征及发酵工艺的不同，发酵产物 可以多种多样，但从工业发酵范畴来看，从发酵醪中获得产物大 致可分为三类： 发酵产物的分类 补充内容（二）
菌体 主要以菌体细胞作为发酵产品，如单细胞蛋白、面包酵母、饲料酶母等。此外就是 从菌体细胞中提取有用的发酵产物，如由酵母细胞提取辅酶A、核糖核酸等产品。有的抗 生素主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生菌在发酵过程中所产生的灰黄霉素主要在菌 丝中，因此，也要从菌丝体中进行提取。 酶 发酵产物为酶制剂，包括胞外酶和胞内酶。如α-淀粉酶、β-淀粉酶、异淀粉酶、葡萄 糖异构酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖 酶、柚苷酶、花青素酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉素酰胺酶、 磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等，均在工业上和医药上发挥作用。 代谢产物 中间代谢产物包括醋酸、乳、柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸及延胡索酸等。氨基 酸发酵产物包括谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等。由于对菌种的变异和氨基酸代谢机理的 研究日益深入，所以其他氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，18种氨基酸均可 用直接发酵法制造
菌体 主要以菌体细胞作为发酵产品，如单细胞蛋白、面包酵母、饲料酶母等。此外就是 从菌体细胞中提取有用的发酵产物，如由酵母细胞提取辅酶A、核糖核酸等产品。有的抗 生素主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生菌在发酵过程中所产生的灰黄霉素主要在菌 丝中，因此，也要从菌丝体中进行提取。 酶 发酵产物为酶制剂，包括胞外酶和胞内酶。如α-淀粉酶、β-淀粉酶、异淀粉酶、葡萄 糖异构酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖 酶、柚苷酶、花青素酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉素酰胺酶、 磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等，均在工业上和医药上发挥作用。 代谢产物 中间代谢产物包括醋酸、乳、柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸及延胡索酸等。氨基 酸发酵产物包括谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等。由于对菌种的变异和氨基酸代谢机理的 研究日益深入，所以其他氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，18种氨基酸均可 用直接发酵法制造
有机溶剂发酵产物包括酒精、丙酮、丁醇等。 核苷酸类物质发酵产物包括肌苷、肌苷酸以及鸟苷酸等。5`-肌苷酸和5`-鸟苷 酸均为呈味核苷酸，核酸的微生物包括辅酶A、ATP、辅酶I等均为重要的医药品。 抗生素发酵产物包括青霉素、链霉素、四环素、土霉素、金霉素、庆大霉素、 新霉素、红霉素及利福霉素等。 多糖发酵产物包括右旋糖酐及多糖B-1459等。多糖是医药和工业上重要粘性 物质来源之一，右旋糖酐经过部分水解后供代血浆用。多糖B-1459是水溶性、高分 子量的胞外异多糖。 维生素发酵产物有核黄素、维生素C和维生素B12. 甾体氧化的产物为甾体激素，是重要的品。如醋酸可的松、氢化可的松、醋 酸泼尼松、氢化泼尼松等促皮质激素及肾上腺皮质激素制剂、黄体酮、甲孕酮（安 宫黄体酮）等性激素、炔诺酮等避孕药
有机溶剂发酵产物包括酒精、丙酮、丁醇等。 核苷酸类物质发酵产物包括肌苷、肌苷酸以及鸟苷酸等。5`-肌苷酸和5`-鸟苷 酸均为呈味核苷酸，核酸的微生物包括辅酶A、ATP、辅酶I等均为重要的医药品。 抗生素发酵产物包括青霉素、链霉素、四环素、土霉素、金霉素、庆大霉素、 新霉素、红霉素及利福霉素等。 多糖发酵产物包括右旋糖酐及多糖B-1459等。多糖是医药和工业上重要粘性 物质来源之一，右旋糖酐经过部分水解后供代血浆用。多糖B-1459是水溶性、高分 子量的胞外异多糖。 维生素发酵产物有核黄素、维生素C和维生素B12. 甾体氧化的产物为甾体激素，是重要的品。如醋酸可的松、氢化可的松、醋 酸泼尼松、氢化泼尼松等促皮质激素及肾上腺皮质激素制剂、黄体酮、甲孕酮（安 宫黄体酮）等性激素、炔诺酮等避孕药
问题 1、发酵醪有哪些特性？ 2、发酵醪中获得产物大致可分 为 、 、 三类？ 3、发酵液中的细胞代谢产物有哪 些？分别举出2个具体代表产物
问题 1、发酵醪有哪些特性？ 2、发酵醪中获得产物大致可分 为 、 、 三类？ 3、发酵液中的细胞代谢产物有哪 些？分别举出2个具体代表产物
生化生产过程的最后一个环节是把目标产物从培养液或反应液 中分离提取出来。多数生化产品在生产过程中需经微生物发酵、酶反应过 程或动植物细胞大量培养，并通过包括产物回收、粗分离、纯化及精制等 处理后，才能符合一定的质量标准。在生物产品生产过程中一般将微生物 发酵、酶反应过程或动植物细胞大量培养称为“上游过程” ，而与之相应 的产物回收、粗分离、纯化及加工等后续过程就称之为“下游过程” ，或 称之为生化分离和纯化过程。众所周知，要使生物技术走向产业化，必须 要上下游过程兼容、协调、以使全过程能优化进行。 鉴于生化产品具有如下特点：目的产物在初始物料中的含量低； 含目的产物的初始物料组成复杂，除了产物外，还含有大量的细胞、代谢 物、残留培养基、无机盐等；生物活性物质的稳定性差，对PH、温度、 金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等十分敏感，易失活、变性；生 化产品种类繁多，包括了大、中、小分子量的结构和性质复杂又各异的生 物活性物质；生化产品的应用面广，许多产品用作医药、食品、试剂等， 对含量和纯度要求高等。因此，应用于生化产品的后处理过程中的分离纯 化技术必须满足以下一些要求：
生化生产过程的最后一个环节是把目标产物从培养液或反应液 中分离提取出来。多数生化产品在生产过程中需经微生物发酵、酶反应过 程或动植物细胞大量培养，并通过包括产物回收、粗分离、纯化及精制等 处理后，才能符合一定的质量标准。在生物产品生产过程中一般将微生物 发酵、酶反应过程或动植物细胞大量培养称为“上游过程” ，而与之相应 的产物回收、粗分离、纯化及加工等后续过程就称之为“下游过程” ，或 称之为生化分离和纯化过程。众所周知，要使生物技术走向产业化，必须 要上下游过程兼容、协调、以使全过程能优化进行。 鉴于生化产品具有如下特点：目的产物在初始物料中的含量低； 含目的产物的初始物料组成复杂，除了产物外，还含有大量的细胞、代谢 物、残留培养基、无机盐等；生物活性物质的稳定性差，对PH、温度、 金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等十分敏感，易失活、变性；生 化产品种类繁多，包括了大、中、小分子量的结构和性质复杂又各异的生 物活性物质；生化产品的应用面广，许多产品用作医药、食品、试剂等， 对含量和纯度要求高等。因此，应用于生化产品的后处理过程中的分离纯 化技术必须满足以下一些要求：
•条件温和，特别对具有生物活性的物质，在后处理过程中必 须保持其生物活性； •分离纯化技术的选择性好、专一性强，能从复杂的混合物中 有效地将目的产物分离出来，以达到较高的分离纯化倍数； •目的产物的量和活性具有较高的收率； 应用于生化产品的后处理过程中的分离纯化技 术必须满足以下一些要求：
•条件温和，特别对具有生物活性的物质，在后处理过程中必 须保持其生物活性； •分离纯化技术的选择性好、专一性强，能从复杂的混合物中 有效地将目的产物分离出来，以达到较高的分离纯化倍数； •目的产物的量和活性具有较高的收率； 应用于生化产品的后处理过程中的分离纯化技 术必须满足以下一些要求：