1、第十三章生物物質的分離與純化第十三章生物物質的分離與純化 1 1、培養液的預處理、培養液的預處理 2 2、培養液的固液分離、培養液的固液分離 3 3、細胞的破碎、細胞的破碎 4 4、生物物質的分離純化方法、生物物質的分離純化方法 5 5、生物分離工藝介紹、生物分離工藝介紹教教 學學 內內 容容補充內容（一）補充內容（一）發酵醪發酵醪(發酵液發酵液)的的一般特征一般特征 利用微生物發酵生產各種發酵產品，由于菌種不同和利用微生物發酵生產各種發酵產品，由于菌種不同和發酵醪特性不同，其預處理方法和提取、精制方法的選擇發酵醪特性不同，其預處理方法和提取、精制方法的選擇也有差異。應針對發酵醪的特性來合理選

2、擇處理方法，大也有差異。應針對發酵醪的特性來合理選擇處理方法，大多數發酵產物存在發酵醪中，也有少數發酵產物存在菌體多數發酵產物存在發酵醪中，也有少數發酵產物存在菌體中，或發酵醪和菌體都中，或發酵醪和菌體都 含有，例如四環類抗生素。各種發含有，例如四環類抗生素。各種發酵產物無論在發酵醪或是在菌中體現往往濃度較低，并與酵產物無論在發酵醪或是在菌中體現往往濃度較低，并與種種的溶解和懸浮的雜質混在一起，要分離提純發酵產物，種種的溶解和懸浮的雜質混在一起，要分離提純發酵產物，首先要針對發酵醪的特性進行預處理。首先要針對發酵醪的特性進行預處理。發酵醪的特性一般可歸納為：發酵醪的特性一般可歸納為：1、發酵醪

3、大部分是水發酵醪大部分是水，一般含量達，一般含量達90%-99%.2、發酵醪中發酵產物濃度較低發酵醪中發酵產物濃度較低，盡管由于菌種、原料、工藝條件不同，發酵產物，盡管由于菌種、原料、工藝條件不同，發酵產物于發酵醪中濃度的高低也有差異，但總的來說發酵醪中發酵產物濃度都是比較低的，于發酵醪中濃度的高低也有差異，但總的來說發酵醪中發酵產物濃度都是比較低的，除了酒精、檸檬酸、葡萄糖酸等發酵產物濃度在除了酒精、檸檬酸、葡萄糖酸等發酵產物濃度在10%以上外，其余的都在以上外，其余的都在10%以下以下，而抗生素的濃度更低，一般在而抗生素的濃度更低，一般在1%以下以下。3、發酵醪中的懸浮固體物主要含有菌體和

4、蛋白質膠狀物發酵醪中的懸浮固體物主要含有菌體和蛋白質膠狀物。由于發酵醪中存在一定。由于發酵醪中存在一定數量的菌體和蛋白質膠體物質，不僅使發酵醪粘度增加，不利于過濾，而且增加提數量的菌體和蛋白質膠體物質，不僅使發酵醪粘度增加，不利于過濾，而且增加提取和精制后工序的操作困難，在濃縮過程中變得更粘稠，同時容易產生泡沫。采用取和精制后工序的操作困難，在濃縮過程中變得更粘稠，同時容易產生泡沫。采用溶媒萃取法提煉時，蛋白質的存在奪產生乳化，使溶媒相和水相分層困難；采用離溶媒萃取法提煉時，蛋白質的存在奪產生乳化，使溶媒相和水相分層困難；采用離子交換法提煉時，蛋白質的存在也會增加樹脂的吸附量，加重樹脂的負擔。

5、子交換法提煉時，蛋白質的存在也會增加樹脂的吸附量，加重樹脂的負擔。 4、發酵醪的培養基殘留成分中還含有無機鹽類，非、發酵醪的培養基殘留成分中還含有無機鹽類，非蛋白質大分子其降解產物對提取和精制均有一定的蛋白質大分子其降解產物對提取和精制均有一定的影響。影響。5、發酵醪中除了發酵產物外，常有其他少量的代謝、發酵醪中除了發酵產物外，常有其他少量的代謝產物。發酵過程中除了主代謝產物外，尚伴有一些產物。發酵過程中除了主代謝產物外，尚伴有一些其他的副代謝產物。這些少量的副產物，有時其結其他的副代謝產物。這些少量的副產物，有時其結構特性與發酵主產物極為近似，這就會給分離提純構特性與發酵主產物極為近似，這就

6、會給分離提純操作帶來困難。操作帶來困難。6、發酵醪中還含有色素、熱原質、毒性物質等有機、發酵醪中還含有色素、熱原質、毒性物質等有機雜質。盡管它們的確切組成還不十分明了，但它們雜質。盡管它們的確切組成還不十分明了，但它們對提煉影響相當大。為了保證發酵產品的質量和衛對提煉影響相當大。為了保證發酵產品的質量和衛生標準，應通過預處理將色素、熱原質、毒性物質生標準，應通過預處理將色素、熱原質、毒性物質等有機雜質先除去。等有機雜質先除去。 發酵成熟醪中常含有各種樣的雜質，而所需要的發酵產物則發酵成熟醪中常含有各種樣的雜質，而所需要的發酵產物則含量很少。因此，要獲得純凈的發酵產物，它的提取與精制過程含量很少

7、。因此，要獲得純凈的發酵產物，它的提取與精制過程便成為一個復雜而必不可少的工藝過程。提取和精制的目的在于便成為一個復雜而必不可少的工藝過程。提取和精制的目的在于從發酵液中制取高純度的、合符質量標準要求的發酵成品。從發酵液中制取高純度的、合符質量標準要求的發酵成品。 盡管由于菌種、發酵醪的特征及發酵工藝的不同，發酵產物盡管由于菌種、發酵醪的特征及發酵工藝的不同，發酵產物可以多種多樣，但從工業發酵范疇來看，從發酵醪中獲得產物大可以多種多樣，但從工業發酵范疇來看，從發酵醪中獲得產物大致可分為三類：致可分為三類：發酵產物的分類發酵產物的分類 補充內容（二）補充內容（二）菌體菌體 主要主要以菌體細胞作為

8、發酵產品以菌體細胞作為發酵產品，如單細胞蛋白、面包酵母、飼料酶母等如單細胞蛋白、面包酵母、飼料酶母等。此外就是。此外就是從從菌體細胞中提取有用的發酵產物菌體細胞中提取有用的發酵產物，如由，如由酵母細胞提取輔酶酵母細胞提取輔酶A、核糖核酸等產品、核糖核酸等產品。有的抗。有的抗生素主要存在于菌絲體中，如灰黃霉素產生菌在發酵過程中所產生的灰黃霉素主要在菌生素主要存在于菌絲體中，如灰黃霉素產生菌在發酵過程中所產生的灰黃霉素主要在菌絲中，因此，也要從菌絲體中進行提取。絲中，因此，也要從菌絲體中進行提取。酶酶 發酵產物為發酵產物為酶制劑，包括胞外酶和胞內酶酶制劑，包括胞外酶和胞內酶。如。如-淀粉酶、淀粉酶

9、、-淀粉酶、異淀粉酶、葡萄淀粉酶、異淀粉酶、葡萄糖異構酶糖異構酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、轉化酶、蜜二糖、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶、轉化酶、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、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，均在工業上和醫藥上發揮作用。磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等，均在工業上和醫藥上發揮作用。代謝產物代謝產物 中間代謝產物中間代謝產物包括包括醋酸、乳、檸檬酸、葡萄糖酸醋酸、乳、檸檬酸、葡萄糖酸、衣康酸及延胡索酸等。、衣康酸及延胡索

10、酸等。氨基氨基酸酸發酵產物包括谷氨酸、賴氨酸、色氨酸等。由于對菌種的變異和氨基酸代謝機理的發酵產物包括谷氨酸、賴氨酸、色氨酸等。由于對菌種的變異和氨基酸代謝機理的研究日益深入，所以其他氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，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種氨基酸均可種氨基酸均可用直接發酵法制造。用直接發酵法制造。 有機溶劑有機溶劑發酵產物包括發酵產物包括酒精、丙酮、丁醇酒精、丙酮、丁醇等。等。 核苷酸類物質核苷酸類物質發酵產物包括發酵產物包括肌苷、肌苷酸以及鳥苷酸等肌苷、肌苷酸以及鳥苷酸等。5-肌苷酸和肌苷酸和5-鳥苷鳥苷酸均為呈味核苷酸，核酸的微生物包括輔酶酸

11、均為呈味核苷酸，核酸的微生物包括輔酶A、ATP、輔酶、輔酶I等均為重要的醫藥品。等均為重要的醫藥品。 抗生素抗生素發酵產物包括發酵產物包括青霉素、鏈霉素、四環素青霉素、鏈霉素、四環素、土霉素、金霉素、慶大霉素、土霉素、金霉素、慶大霉素、新霉素、紅霉素及利福霉素等。新霉素、紅霉素及利福霉素等。 多糖發酵產物多糖發酵產物包括包括右旋糖酐及多糖右旋糖酐及多糖B-1459等。多糖是醫藥和工業上重要粘性等。多糖是醫藥和工業上重要粘性物質來源之一，右旋糖酐經過部分水解后供代血漿用。多糖物質來源之一，右旋糖酐經過部分水解后供代血漿用。多糖B-1459是水溶性、高分是水溶性、高分子量的胞外異多糖。子量的胞外異

12、多糖。 維生素發酵產物維生素發酵產物有有核黃素、維生素核黃素、維生素C和維生素和維生素B12. 甾體氧化的產物甾體氧化的產物為甾體激素，是重要的品。如為甾體激素，是重要的品。如醋酸可的松、氫化可的松醋酸可的松、氫化可的松、醋、醋酸潑尼松、氫化潑尼松等促皮質激素及腎上腺皮質激素制劑、黃體酮、甲孕酮（安酸潑尼松、氫化潑尼松等促皮質激素及腎上腺皮質激素制劑、黃體酮、甲孕酮（安宮黃體酮）等性激素、炔諾酮等避孕藥。宮黃體酮）等性激素、炔諾酮等避孕藥。 問題問題1、發酵醪有哪些特性？2、發酵醪中獲得產物大致可分為 、 、 三類？3、發酵液中的細胞代謝產物有哪些？分別舉出2個具體代表產物。 生化生產過程的最

13、后一個環節是生化生產過程的最后一個環節是把目標產物從培養液或反應液把目標產物從培養液或反應液中分離提取出來。多數生化產品在生產過程中需經微生物發酵、酶反應過中分離提取出來。多數生化產品在生產過程中需經微生物發酵、酶反應過程或動植物細胞大量培養，并通過包括產物回收、粗分離、純化及精制等程或動植物細胞大量培養，并通過包括產物回收、粗分離、純化及精制等處理后，才能符合一定的質量標準。在生物產品生產過程中一般將微生物處理后，才能符合一定的質量標準。在生物產品生產過程中一般將微生物發酵、酶反應過程或動植物細胞大量培養稱為發酵、酶反應過程或動植物細胞大量培養稱為“上游過程上游過程”，而與之相應，而與之相應

14、的產物回收、粗分離、純化及加工等后續過程就稱之為的產物回收、粗分離、純化及加工等后續過程就稱之為“下游過程下游過程”，或，或稱之為生化分離和純化過程。眾所周知，要使生物技術走向產業化，必須稱之為生化分離和純化過程。眾所周知，要使生物技術走向產業化，必須要上下游過程兼容、協調、以使全過程能優化進行。要上下游過程兼容、協調、以使全過程能優化進行。 鑒于生化產品具有如下特點：鑒于生化產品具有如下特點：目的產物在初始物料中的含量低；目的產物在初始物料中的含量低；含目的產物的初始物料組成復雜，除了產物外，還含有大量的細胞、代謝含目的產物的初始物料組成復雜，除了產物外，還含有大量的細胞、代謝物、殘留培養基

15、、無機鹽等；生物活性物質的穩定性差，對物、殘留培養基、無機鹽等；生物活性物質的穩定性差，對PH、溫度、金、溫度、金屬離子、有機溶劑、剪切力、表面張力等十分敏感，易失活、變性；生化屬離子、有機溶劑、剪切力、表面張力等十分敏感，易失活、變性；生化產品種類繁多，包括了大、中、小分子量的結構和性質復雜又各異的生物產品種類繁多，包括了大、中、小分子量的結構和性質復雜又各異的生物活性物質；生化產品的應用面廣，許多產品用作醫藥、食品、試劑等，對活性物質；生化產品的應用面廣，許多產品用作醫藥、食品、試劑等，對含量和純度要求高等。因此，應用于生化產品的后處理過程中的分離純化含量和純度要求高等。因此，應用于生化產

16、品的后處理過程中的分離純化技術必須滿足以下一些要求：技術必須滿足以下一些要求： 條件溫和條件溫和，特別對具有生物活性的物質，在后處理過程中必，特別對具有生物活性的物質，在后處理過程中必須保持其生物活性；須保持其生物活性；分離純化技術的選擇性好分離純化技術的選擇性好、專一性強，能從復雜的混合物中、專一性強，能從復雜的混合物中有效地將目的產物分離出來，以達到較高的分離純化倍數；有效地將目的產物分離出來，以達到較高的分離純化倍數；目的產物的量和活性具有較高的收率目的產物的量和活性具有較高的收率； 應用于生化產品的后處理過程中的應用于生化產品的后處理過程中的分離純化技分離純化技術術必須滿足以下一些要求

17、：必須滿足以下一些要求： 在提高單個分離技術的收效率的同時，注意各單元操作在提高單個分離技術的收效率的同時，注意各單元操作間的有效組合和整體協調，以減少工藝過程的步驟；間的有效組合和整體協調，以減少工藝過程的步驟； 快速，以提高生產能力快速，以提高生產能力。 就目前的發展和應用情況來看，在大多數生物產品就目前的發展和應用情況來看，在大多數生物產品的開發研究中，后處理過程等的研究費用約占的開發研究中，后處理過程等的研究費用約占全部費用全部費用的的50%以上，在產品的成本構成中，后處理成本以上，在產品的成本構成中，后處理成本占總成占總成本的本的40%-80%,對于精細胞和藥用的產品，此比例就更對于

18、精細胞和藥用的產品，此比例就更高。生產過程中后處理投入的人力和物力占全部的高。生產過程中后處理投入的人力和物力占全部的70%-90%. 生物產品的后處理分離純化技術和工藝不僅影響產生物產品的后處理分離純化技術和工藝不僅影響產品的質量和成本，也決定著產品的產量。生化產品由于品的質量和成本，也決定著產品的產量。生化產品由于沒有適當的提取、分離和純沒有適當的提取、分離和純 化方法或因回收率太低致使化方法或因回收率太低致使生產成本過高而不能投產的例子是屢見不鮮的。生產成本過高而不能投產的例子是屢見不鮮的。 不同的生化產品，由于自身的特性及其對純度要求的不同，不同的生化產品，由于自身的特性及其對純度要求

19、的不同，所采用的分離純化路線常常也是不同的。例如從發酵液中提取所采用的分離純化路線常常也是不同的。例如從發酵液中提取和精制菌體和胞內酶，就與分離與純化細胞的代謝產物有明顯和精制菌體和胞內酶，就與分離與純化細胞的代謝產物有明顯的不同；同樣即使產物都屬于代謝產物，由于產物的化學結構的不同；同樣即使產物都屬于代謝產物，由于產物的化學結構不同，其提取和精制的方法也就不同。但一般來說，不同，其提取和精制的方法也就不同。但一般來說，分離純分離純化路線化路線都包括了兩個基本階段：都包括了兩個基本階段：產物的初級分離階段；產物產物的初級分離階段；產物的純化精制階段的純化精制階段。 初級分離階段初級分離階段在細

20、胞培養結束之后，其任務是在細胞培養結束之后，其任務是分離培養液、破碎細胞釋放產物（如果產物在分離培養液、破碎細胞釋放產物（如果產物在胞內）、溶解包涵體、復原蛋白質、濃縮產物胞內）、溶解包涵體、復原蛋白質、濃縮產物和去除大部分雜質等。和去除大部分雜質等。 純化精制階段純化精制階段是在初級分離的基礎上，用是在初級分離的基礎上，用各種高選擇的手段和方法，將目標產物和干擾各種高選擇的手段和方法，將目標產物和干擾雜質盡可能地分開，使產物的純度達到相關的雜質盡可能地分開，使產物的純度達到相關的要求，成為級別的產品。要求，成為級別的產品。 生物產品的后處理過程一般包括：生物產品的后處理過程一般包括：發酵液發

21、酵液的的預處理；提取；精制預處理；提取；精制三個步驟三個步驟 。圖圖13-1生物產品分離純化的一般步驟生物產品分離純化的一般步驟發酵液或培養液發酵液或培養液細胞產物細胞產物胞外產物胞外產物胞內產物胞內產物離心或過濾細胞離心或過濾細胞（洗滌）（洗滌）離心或過濾離心或過濾（洗滌（洗滌)離心或過濾離心或過濾（洗滌）（洗滌）細胞破碎細胞破碎（化學法機（化學法機械法等）械法等）整體細整體細胞萃取胞萃取離心、過濾離心、過濾干燥干燥分離劑回收、再生分離劑回收、再生提取、分離提取、分離沉淀、吸附、萃取、過濾等沉淀、吸附、萃取、過濾等分離劑回收、再生分離劑回收、再生純化、精制純化、精制層析、結晶、電泳等層析、結

22、晶、電泳等干燥干燥廢物廢物產物產物產物產物濾液濾液循環循環副產物副產物廢物廢物濾渣濾渣副產物副產物循環循環廢物廢物細胞細胞濾渣濾渣副產物副產物廢物廢物細胞細胞含產物的清液含產物的清液預處理階段一、培養液的預處理一、培養液的預處理 問題問題1、培養液的預處理的目的是什么？2、培養液的預處理包括哪些步驟？ 菌體細胞的分離菌體細胞的分離固體懸浮物的去除固體懸浮物的去除蛋白質的去除蛋白質的去除重金屬離子的去除重金屬離子的去除色素、熱原質、毒性物質等有機物質的去除色素、熱原質、毒性物質等有機物質的去除改善培養液的處理性能改善培養液的處理性能調節適宜的調節適宜的PH和溫度和溫度 二、培養液的固液分離方法二

23、、培養液的固液分離方法 1、分離前的處理、分離前的處理 加熱加熱 由于加熱可能使某些熱敏感性蛋白發生不可逆的變性，因此這種預處理由于加熱可能使某些熱敏感性蛋白發生不可逆的變性，因此這種預處理方法僅適用于對非熱敏感性產品發酵液的預處理。適當加熱之后，發酵液中方法僅適用于對非熱敏感性產品發酵液的預處理。適當加熱之后，發酵液中的蛋白由于變性而凝聚，形成較大的顆粒，發酵液的粘度就會降低，一般加的蛋白由于變性而凝聚，形成較大的顆粒，發酵液的粘度就會降低，一般加熱的用熱的用65-80 調節調節PH值值 適當的適當的PH值可以提高產物的穩定性，減少其在隨后的分離純化過程中的值可以提高產物的穩定性，減少其在隨

24、后的分離純化過程中的損失。此外，發酵液損失。此外，發酵液PH值的改變會影響發酵液中某些成分的電離程度，從而值的改變會影響發酵液中某些成分的電離程度，從而降低發酵液的粘度。在調節降低發酵液的粘度。在調節PH值時要注意選擇比較溫和的酸和堿，以防止局值時要注意選擇比較溫和的酸和堿，以防止局部過酸或過堿。草酸是一種較常用的部過酸或過堿。草酸是一種較常用的PH值調節劑。值調節劑。 加入絮凝劑加入絮凝劑 通常情況下，細菌的表面都帶有負電荷，可以在發酵液中加入帶正電荷通常情況下，細菌的表面都帶有負電荷，可以在發酵液中加入帶正電荷 的絮凝劑，從而使菌體細胞與絮凝劑結合形成絮狀沉淀，降低發酵液的上粘的絮凝劑，從

25、而使菌體細胞與絮凝劑結合形成絮狀沉淀，降低發酵液的上粘度，利于菌體的收獲。度，利于菌體的收獲。 2、固液分離方法、固液分離方法3、碟式離心機結構及工作原理、碟式離心機結構及工作原理進料進料輕液出口輕液出口菌體及固體雜質菌體及固體雜質 當發酵醪由轉鼓中心進料入高速當發酵醪由轉鼓中心進料入高速旋轉的轉鼓內，由于固、液比重不同，旋轉的轉鼓內，由于固、液比重不同，在碟片空間內由于離心力的作用下，在碟片空間內由于離心力的作用下，把發酵醪分成固相和液相兩部分。比把發酵醪分成固相和液相兩部分。比重較輕的清液有規則地沿著碟片的上重較輕的清液有規則地沿著碟片的上表面向碟片軸心方向移動，由環形輕表面向碟片軸心方向

26、移動，由環形輕液出口處排出，而比重較大的菌體及液出口處排出，而比重較大的菌體及濃縮物，則有規則地沿著上一個碟片濃縮物，則有規則地沿著上一個碟片的底表面滑移到碟片邊緣，經轉鼓壁的底表面滑移到碟片邊緣，經轉鼓壁上的噴嘴噴出收集于菌體收集器內，上的噴嘴噴出收集于菌體收集器內，從而達到分離菌體的目的。從而達到分離菌體的目的。 此機的轉速可高達此機的轉速可高達6000-10000r/min左右。我國廣州重型機械左右。我國廣州重型機械廠生產的廠生產的DP-400型酵母高速離心分離型酵母高速離心分離機轉速為機轉速為6500r/min，可適用于發酵工，可適用于發酵工業的菌體分離。業的菌體分離。干燥處理干燥處理

27、機械法機械法非機械法非機械法固體剪切作用固體剪切作用流體剪切作用流體剪切作用破碎方法破碎方法溶胞處理溶胞處理珠磨法珠磨法壓榨法壓榨法超聲法超聲法化學法化學法物理法物理法高壓勻漿高壓勻漿酶溶法酶溶法三、細胞的破碎三、細胞的破碎 細胞破碎細胞破碎就是通過采用不同手段破壞細胞外圍使細胞內含物釋放出來，轉入液相中，以便于進行產物的分離純化。細胞破碎的方法有很多，按照是否存在在外加作用力可分為機械法和非機械法兩大類。如圖13-2為細胞破碎方法的分類。 表表13-2列出了主要的細胞破碎方法的原理，使用的設備、特點和存在的缺點。列出了主要的細胞破碎方法的原理，使用的設備、特點和存在的缺點。表13-2細胞破碎

28、方法序序號號方方 法法原原 理理設備設備特特 點點缺缺 點點1壓力破碎法利用壓力釋放時的液固剪切進行破碎壓力破碎機操作簡便，可連續操作，適用于不同的細胞加壓放熱，需要冷卻，否則生物活性物質會失活；破碎率較低，壓力不穩定，需要進行反復破碎2珠磨破碎法利用固體的剪切進行破碎細胞珠磨破碎機操作簡便、穩定，可連續批式操作，破碎率可以控制，容易放大，適用于工業放大珠磨時會放熱，需要高效冷卻，不同細胞的破碎條件差異大3超聲波破碎法利用超聲波形成空穴產生壓力沖擊使進行破碎超聲破碎機操作簡便，可連續或批式操作超聲波處理會產熱，需要冷卻，破碎率較低，需反復進行破碎，應用面較窄4滲透壓法利用滲透壓的突變，造成細胞

29、內壓力差而引起細胞的破碎適用于位于胞內質的產物釋放，細胞的破碎率低，但產物的釋放較好，純度較高 操作比較復雜，條件要求嚴格，只適用于少量櫚的處理，費用高5有機溶劑或表面活性劑法利用有機溶劑或表面活性劑改變細胞壁或膜的通透性，使胞內產物得以釋放方法簡單，細胞內含物釋放少，產物較純，可大規模應用 適用性有限，只適合于對有機溶劑或表面活性劑穩定的產物6堿或酶處理法經堿或酶的處理使細胞壁或膜破壞，使產物釋放出來方法簡單，可大規模應用適用性有限，只適合于對堿或酶穩定的產物問題問題細胞破碎的方法的具體有哪些？四、生物物質的分離純化方法四、生物物質的分離純化方法 發酵產物的提取和精制過程發酵產物的提取和精制

30、過程也就是也就是濃縮濃縮和和純化純化過程，一般包括：過程，一般包括：發酵液的預發酵液的預處理處理；提取提取；精制精制三個步驟。在提取前還必須使菌體、懸浮固形物、固體發酵液開，三個步驟。在提取前還必須使菌體、懸浮固形物、固體發酵液開，即進行過濾或離心分離，并加入一些物質或采取一些措施，以改變發酵液的性質，即進行過濾或離心分離，并加入一些物質或采取一些措施，以改變發酵液的性質，便于以后的提取，這過程稱為便于以后的提取，這過程稱為發酵液的預處理發酵液的預處理。由于發酵液體積大，發酵液中的發。由于發酵液體積大，發酵液中的發酵產物濃度低，一步操作遠不能滿足要求，而常要好幾步操作。其中第一步操作從酵產物濃

31、度低，一步操作遠不能滿足要求，而常要好幾步操作。其中第一步操作從發酵液中分離提取發酵產物最為重要，稱為發酵液中分離提取發酵產物最為重要，稱為提取提取。而以后幾步操作所處理的體積小。而以后幾步操作所處理的體積小了，操作要容易些，主要將發酵產物部分除去雜質、濃縮、提純及精煉，這過程統了，操作要容易些，主要將發酵產物部分除去雜質、濃縮、提純及精煉，這過程統稱稱精制精制。 用于生物物質分離、純化的方法除了用于生物物質分離、純化的方法除了傳統的傳統的沉淀法、吸附法、離子交換、萃取沉淀法、吸附法、離子交換、萃取法等之外，還有法等之外，還有超濾、反滲透、電滲析、凝膠電泳、離子交換層析、新和層析、疏超濾、反滲

32、透、電滲析、凝膠電泳、離子交換層析、新和層析、疏水層析、等電聚焦、雙水相萃取、超臨界萃取、反膠團萃取、凝膠層析水層析、等電聚焦、雙水相萃取、超臨界萃取、反膠團萃取、凝膠層析等。表等。表13-3、表表13-4、表、表13-5分別列出了一些生物分離純化技術及其它們的特點、經濟性。分別列出了一些生物分離純化技術及其它們的特點、經濟性。 表13-3主要的生物分離純化技術一覽表分離純化技分離純化技術術開發現開發現狀狀典型產物典型產物產物回收率產物回收率選擇性選擇性產物產出形式產物產出形式蒸餾蒸餾工業化揮發性物質高回收所有的揮發性物質，選擇性低產物濃溶液濃縮濃縮 加熱法加熱法 超濾法超濾法工業化非揮發性物

33、質分子量大于50000的物質取決于產物的穩定性高無選擇性去除所有低分子量化合物去除揮發性組分的濃縮發酵液濃縮且部分純化的發酵液萃取萃取 溶劑溶劑 （傳統）（傳統） 溶劑溶劑（離子對）（離子對） 雙水相分配雙水相分配雙水相雙水相+液液膜膜工業化半工業化小規模工廠生產溶劑可溶性物質溶劑可溶的，且必須有適當的抗衡離子的物質大分子量物質潛力大，產物范圍廣中高中潛力 大去除所有不能溶于溶劑的化事物較好選擇性中等選擇性潛力很大產物與溶劑的混合溶液產物與平衡離子溶劑的混合溶液溶解在聚乙二醇中的產物溶液溶劑和產物溶液的乳人液沉淀、過濾沉淀、過濾或離心或離心工業化產物的不溶性衍生物高選擇性較高產物不溶衍生物的濃

34、漿吸附吸附工業化大分子量及不穩定物質中選擇性高，甚至是專一性以溶液存在于洗脫液中問題問題請列舉出生物物質分離純化的方法（至少5個）？五、生物分離工藝介紹五、生物分離工藝介紹 生物產品的商品化，除了必須有生物產品的商品化，除了必須有良好、高效良好、高效的生物分離純化的生物分離純化的方法外，還必須對這些方法進行合理的安排，以得到可用于大的方法外，還必須對這些方法進行合理的安排，以得到可用于大規模生產的、具有良好的經濟的性的規模生產的、具有良好的經濟的性的生物分離工藝生物分離工藝。為了獲得優。為了獲得優化的生物分離工藝，保證生產目的的實現，設計具體工藝前一般化的生物分離工藝，保證生產目的的實現，設計

35、具體工藝前一般需要考慮以睛的總體概念：需要考慮以睛的總體概念：P246 純度和質量純度和質量 成本成本 利用微生物、工程菌進行發酵或動植物細胞培養、酶反應等利用微生物、工程菌進行發酵或動植物細胞培養、酶反應等進行生物產品的上游過程中的各種因素均對分離純化的方法和分進行生物產品的上游過程中的各種因素均對分離純化的方法和分離工藝有直接的影響。離工藝有直接的影響。P246共共7點點 生化產品的大規模生產對分離純化技術和生物分離工藝有以生化產品的大規模生產對分離純化技術和生物分離工藝有以下一些要求：下一些要求：P247生物分離工藝設計的方法主要有：生物分離工藝設計的方法主要有：P247248方法啟發式方法啟