第十二章 微生物工程下游工程简介
第十二章 微生物工程下游工程简介
一、微生物工程下游工程概论
一、微生物工程下游工程概论
1、微生物工程下游工程的特点 1）发酵液是复杂的多相系统 2）所需产物在培养液中浓度较低 3）普遍存在下游工程代价高，回收率较低等问题
1、微生物工程下游工程的特点 1）发酵液是复杂的多相系统 2）所需产物在培养液中浓度较低 3）普遍存在下游工程代价高，回收率较低等问题
2、微生物工程下游工程的一般程序 成品加工 发酵液的预处理和过滤 提取 精制 采用凝聚和絮凝技术加速固、 液分离；如产物在细胞内，还 要进行细胞破碎 提取（初步纯化）目的是除去与目标产 物性质差异大的杂质 精制（高度纯化）是采用对产品有高度 选择性的分离技术，除去与产物化学性 质和物理性质相近的杂质 最终获得质量合格的产品
2、微生物工程下游工程的一般程序 成品加工 发酵液的预处理和过滤 提取 精制 采用凝聚和絮凝技术加速固、 液分离；如产物在细胞内，还 要进行细胞破碎 提取（初步纯化）目的是除去与目标产 物性质差异大的杂质 精制（高度纯化）是采用对产品有高度 选择性的分离技术，除去与产物化学性 质和物理性质相近的杂质 最终获得质量合格的产品
3、主要操作单元： 絮凝 离心 过滤 细胞破碎 萃取 沉淀 层析 结晶 干燥
3、主要操作单元： 絮凝 离心 过滤 细胞破碎 萃取 沉淀 层析 结晶 干燥
二、发酵液预处理和过滤
二、发酵液预处理和过滤
一）发酵液的预处理 1、目的： 发酵液中杂质多且成分复杂，其中对纯化影响最大的是高 价无机离子(Ca 2+ 、Mg 2+ 、Fe 3+等)和杂蛋白等 改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速度； 尽可能使产物转入便于以后处理的相中；能够除去部分杂质
一）发酵液的预处理 1、目的： 发酵液中杂质多且成分复杂，其中对纯化影响最大的是高 价无机离子(Ca 2+ 、Mg 2+ 、Fe 3+等)和杂蛋白等 改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速度； 尽可能使产物转入便于以后处理的相中；能够除去部分杂质
2、高价无机离子的去除 镁离子的去除： 常用草酸 与钙离子生成草酸钙沉淀 草酸为弱酸，对发酵产物的破坏较小，草酸钙沉淀 还能促进蛋白质凝固，有利于提高滤液的过滤速度； 草酸的溶解度较小，需大用量时，可用草酸钠取代； 草酸价格较高，生产上一般需回收 钙离子的去除： 铁离子的去除： 常用三聚磷酸钠 与镁离子形成可溶性络合物 Na5P3O10+ Mg 2+ = MgNa3P3O10+ 2Na+ 常用黄血盐 与铁离子形成普鲁氏蓝沉淀 3K4Fe(CN)6+ 4Fe 3+ = Fe4 [Fe(CN)6 ]3↓ + 12K+
2、高价无机离子的去除 镁离子的去除： 常用草酸 与钙离子生成草酸钙沉淀 草酸为弱酸，对发酵产物的破坏较小，草酸钙沉淀 还能促进蛋白质凝固，有利于提高滤液的过滤速度； 草酸的溶解度较小，需大用量时，可用草酸钠取代； 草酸价格较高，生产上一般需回收 钙离子的去除： 铁离子的去除： 常用三聚磷酸钠 与镁离子形成可溶性络合物 Na5P3O10+ Mg 2+ = MgNa3P3O10+ 2Na+ 常用黄血盐 与铁离子形成普鲁氏蓝沉淀 3K4Fe(CN)6+ 4Fe 3+ = Fe4 [Fe(CN)6 ]3↓ + 12K+
3、可溶性杂蛋白的去除 杂蛋白的存在会降低离子交换树脂和大网格树脂的吸附 量，如采用溶剂萃取，会发生乳化，影响两相分离。此外， 在常规过滤和膜过滤时，还会使滤速下降，使膜受到污染
3、可溶性杂蛋白的去除 杂蛋白的存在会降低离子交换树脂和大网格树脂的吸附 量，如采用溶剂萃取，会发生乳化，影响两相分离。此外， 在常规过滤和膜过滤时，还会使滤速下降，使膜受到污染
1）沉淀法 调等电点 因羧基的电离度比氨基大，所以大多数蛋白质的等电点 都在酸性范围(pH4.0-5.5) 但仅靠调等电点还不能使大部分蛋白质沉淀 蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子物质 如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐和 过氯酸盐等形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子如 Ag+ 、Cu 2+ 、Zn 2+ 、Fe 3+ 、Pb 2+等 形成沉淀 2）变性法 变性蛋白溶解度较小 最常用加热法 加热不仅能使蛋白变性，还可降低液体黏度，提高过滤速率； 其他方法： 大幅度调节pH，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂 变性法存在一定的局限 如加热法只适用于对热较稳定的目的产物；极端pH也会导致某些目 的产物失活，且需消耗大量酸碱，而有机溶剂法通常只适用于所处理的 液体数量较少的场合。 3）吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而将其除去 如四环素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚 铁氰化钾的胶状沉淀来吸附蛋白； 在枯草芽孢杆菌发酵中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者 生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并 包裹在其中而除去
1）沉淀法 调等电点 因羧基的电离度比氨基大，所以大多数蛋白质的等电点 都在酸性范围(pH4.0-5.5) 但仅靠调等电点还不能使大部分蛋白质沉淀 蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子物质 如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐和 过氯酸盐等形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子如 Ag+ 、Cu 2+ 、Zn 2+ 、Fe 3+ 、Pb 2+等 形成沉淀 2）变性法 变性蛋白溶解度较小 最常用加热法 加热不仅能使蛋白变性，还可降低液体黏度，提高过滤速率； 其他方法： 大幅度调节pH，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂 变性法存在一定的局限 如加热法只适用于对热较稳定的目的产物；极端pH也会导致某些目 的产物失活，且需消耗大量酸碱，而有机溶剂法通常只适用于所处理的 液体数量较少的场合。 3）吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而将其除去 如四环素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚 铁氰化钾的胶状沉淀来吸附蛋白； 在枯草芽孢杆菌发酵中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者 生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并 包裹在其中而除去