1、發酵工程綜述發酵工程的內容是隨著科學技術的發展而不斷擴大和充實的。現代的發酵工程不僅包括菌體生產和代謝產物的發酵生產，還包括微生物機能的利用。其主要內容包括生產菌種的選育，發酵條件的優化與控制，反應器的設計及產物的分離、提取與精制等。1 發酵類型目前已知具有生產價值的發酵類型有以下五種：1.1 微生物菌體發酵這是以獲得具有某種用途的菌體為目的的發酵。比較傳統的菌體發酵工業，有用于面包制作的酵母發酵及用于人類食品或動物飼料的微生物菌體蛋白發酵兩種類型。新的菌體發酵可用來生產一些藥用真菌，如香菇類、依賴蟲蛹而生存的冬蟲夏草菌、與天麻共生的密環菌、以及從多孔菌科的茯苓菌獲得的名貴中藥茯苓和擔子菌的靈

2、芝等。這些藥用真菌可以通過發酵培養的手段來產生與天然產品具有同等療效的產物。有的微生物菌體還可用作生物防治劑，可制成新型的微生物殺蟲劑，并用于農業生產中。因此菌體發酵工業還包括微生物殺蟲劑的發酵。1.2 微生物酶發酵酶普遍存在于動物、植物和微生物中。最初，人們都是從動、植物組織中提取酶，但目前工業應用的酶大多來自微生物發酵，因為微生物具有種類多、產酶品種多、生產容易和成本低等特點。微生物酶制劑有廣泛的用途，多用于食品工業和輕工業中，如微生物生產的淀粉酶和糖化酶用于生產葡萄糖，氨基酰化酶用于拆分D、L-氨基酸等。1.3微生物代謝產物發酵微生物代謝產物的種類很多，已知的有37個大類。在菌體對數生長

3、期所產生的產物，如氨基酸、核苷酸、蛋白質、核酸、糖類等，是菌體生長繁殖所必需的，這些產物叫做初級代謝產物。許多初級代謝產物在經濟上具有相當的重要性，分別形成了各種不同的發酵工業。在菌體生長靜止期，某些菌體能合成一些具有特定功能的產物，如抗生素、生物堿、細菌毒素、植物生長因子等。這些產物與菌體生長繁殖無明顯關系，叫做次級代謝產物。次級代謝產物多為低分子量化合物，但其化學結構類型多種多樣，據不完全統計多達47類。其中抗生素按其結構類型相似性，可分為14類。由于抗生素不僅具有廣泛的抗菌作用，而且還有抗病毒、抗癌和其他生理活性，因而得到了大力發展，已成為發酵工業的重要支柱。1.4微生物的轉化發酵微生物

4、轉化是利用微生物細胞的一種或多種酶，把一種化合物轉變成結構相關的更有經濟價值的產物。可進行的轉化反應包括：脫氫反應、氧化反應、脫水反應、縮合反應、脫羧反應、氨化反應、脫氨反應和異構化反應等。最古老的生物轉化，就是利用菌體將乙醇轉化成乙酸的醋酸發酵。生物轉化還可用于把異丙醇轉化成丙醇；甘油轉化成二羥基丙酮；葡萄糖轉化成葡萄糖酸，進而轉化成2酮基葡萄糖酸或5酮基葡萄糖酸；以及將山梨醇轉變成L山梨糖等。此外，微生物轉化發酵還包括甾類轉化。1.5 生物工程細胞的發酵這是指利用生物工程技術所獲得的細胞，如DNA重組的“工程菌”以及細胞融合所得的“雜交”細胞等進行培養的新型發酵，其產物多種多樣。用基因工程

5、菌生產的有胰島素、干擾素、青霉素酰化酶等，用雜交瘤細胞生產的用于治療和診斷的各種單克隆抗體等。2發酵技術的特點微生物種類繁多、繁殖速度快、代謝能力強，容易通過人工誘變獲得有益的突變株；微生物酶的種類很多，能催化各種生物化學反應；微生物能夠利用有機物、無機物等各種營養源；可以用簡易的設備來生產多種多樣的產品；不受氣候、季節等自然條件的限制等優點。所以源于酒、醬、醋等釀造技術的發酵技術發展非常迅速，并具有以下特點：發酵過程以生命體的自動調節方式進行，數十個反應過程能夠在發酵設備中一次完成；反應通常在常溫常壓下進行，條件溫和，能耗少，設備較簡單；原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物為主，可以是農副產品、

6、工業廢水或可再生資源(如植物秸稈、木屑等)，微生物本身能有選擇地攝取所需物質；容易生產復雜的高分子化合物，能高度選擇地在復雜化合物的特定部位進行氧化、還原、官能團引入或去除等反應；發酵過程中需要防止雜菌污染，大多情況下設備需要進行嚴格的沖洗、滅菌，空氣需要過濾等。3發酵技術的應用發酵過程的上述特點體現了發酵工程的種種優點。在目前能源、資源緊張，人口、糧食及污染問題日益嚴重的情況下，發酵工程作為現代生物技術的重要組成部分之一，得到越來越廣泛的應用：醫藥工業，用于生產抗生素、維生素等常用藥物和人胰島素、乙肝疫苗、干擾素、透明質酸等新藥；食品工業，用于微生物蛋白、氨基酸、新糖源、飲料、酒類和一些食品

7、添加劑(檸檬酸、乳酸、天然色素等)的生產；能源工業，通過微生物發酵，可將綠色植物的秸稈、木屑以及工農業生產中的纖維素、半纖維素、木質素等廢棄物轉化為液體或氣體燃料(酒精或沼氣)，還可利用微生物采油、產氫以及制成微生物電池；化學工業，用于生產可降解的生物塑料、化工原料(乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸等)和一些生物表面活性劑及生物凝集劑；冶金工業，微生物可用于黃金開采和銅、鈾等金屬的浸提；農業，用于生物固氮和生產生物殺蟲劑及微生物飼料，為農業和畜牧業的增產發揮了巨大作用；環境保護，可用微生物來凈化有毒的高分子化合物，降解海上浮油，清除有毒氣體和惡臭物質以及處理有機廢水、廢渣等等。4微生物發酵過程微生物發

8、酵過程即微生物反應過程，是指由微生物在生長繁殖過程中所引起的牛化反應的過程。根據微生物的種類不同(好氧、厭氧、兼性厭氧)，微生物發酵過程可以分為好氧性發酵過程和厭氧性發酵過程兩大類。(1)好氧性發酵 在發酵過程中需要不斷地通人一定量的無菌空氣，如利用黑曲霉進行的檸檬酸發酵，利用棒狀桿菌進行的谷氨酸發酵，利用黃單孢菌進行的多糖發酵等。(2)厭氧性發酵 在發酵時不需要供給空氣，如乳酸桿菌引起的乳酸發酵，梭狀芽孢桿菌引起的丙酮、丁醇發酵等。此外，酵母菌是兼性厭氧微生物，它在缺氧條件下進行厭氧性發酵積累酒精而在有氧即通氣條件下則進行好氧性發酵，大量繁殖菌體細胞，因此稱為兼性發酵。根據培養基狀態的不同(

9、固體或液體)，微生物發酵可分為固體發酵和液體發酵。如果按照發酵設備來分，又可分為敞口發酵、密閉發酵、淺盤發酵和深層發酵。其中深層發酵法是指在液體培養基內部(不僅僅在表面)進行的微生物培養過程。液體深層發酵是在青霉素等抗生素的生產中發展起來的技術。同其他發酵方法相比，它具有很多優點：液體懸浮狀態是很多微生物的最適生長環境；在液體中，菌體及營養物、產物(包括熱量)易于擴散，使發酵可在均質或擬均質條件下進行，便于控制，易于擴大生產規模；液體輸送方便，易于機械化操作；廠房面積小，生產效率高，易進行自動化控制，產品質量穩定；產品易于提取、精制等。因而液體深層發酵在發酵工業中被廣泛應用。4.1 發酵工業中

10、的常用微生物微生物資源非常豐富，廣布于土壤、水和空氣中，尤以土壤中為多。有的微生物從自然界中分離出來就能夠被利用，有的需要對分離到的野生菌株進行人工誘變，得到突變株才能被利用。當前發酵工業所用菌種的總趨勢是從野生菌轉向變異菌，從自然選育轉向代謝控制育種，從誘發基因突變轉向基因重組的定向育種。發酵工業生產上常用的微生物主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌，由于發酵工程本身的發展以及遺傳工程的介入，藻類、病毒等也正在逐步地成為發酵工業中采用的微生物。4.2 培養基4.2.1 培養基的種類培養基是人們提供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產物需要的多種營養物質的混合物。培養基的成分和配比，對微生物的生長、

11、發育、代謝及產物積累，甚至對發酵工業的生產工藝都有很大的影響。依據其在生產中的用途，可將培養基分成孢子培養基、種子培養基和發酵培養基等。4.2.2 發酵培養基的組成發酵培養基的組成和配比由于菌種不同、設備和工藝不同以及原料來源和質量不同而有所差別。因此，需要根據不同要求考慮所用培養基的成分與配比。但是綜合所用培養基的營養成分，不外乎是碳源(包括用作消泡劑的油類)、氮源、無機鹽類(包括微量元素)、生長因子等幾類。4.2.3 菌種在進行發酵生產之前，必須從自然界分離得到能產生所需產物的菌種，并經分離、純化及選育后或是經基因工程改造后“工程菌”，才能供給發酵使用。為了能保持和獲得穩定的高產菌株，還需

12、要定期進行菌種純化和育種，篩選出高產量和高質量的優良菌株。4.2.4 種子擴大培養將保存在砂土管、冷凍干燥管或冰箱中處于休眠狀態的生產菌種接人試管斜面培養基上活化后，再經過茄子瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養，獲得一定數量和質量的純種，這個全過程稱為種子擴大培養，這些純種培養物稱為種子。發酵產物的產量與成品的質量，與菌種性能以及孢子和種子的制備情況密切相關。先將儲存的菌種進行生長繁殖，以獲得良好的孢子，再用所得的孢子制備足夠量的菌絲體，供發酵罐發酵使用。種子制備有不同的方式，有的從搖瓶培養開始，將所得搖瓶種子液接人到種子罐進行逐級擴大培養，稱為菌絲進罐培養；有的將孢子直接接人種子罐進行擴大培養，稱

13、為孢子進罐培養。采用哪種方式和多少培養級數，取決于菌種的性質、生產規模的大小和生產工藝的特點。種子制備一般使用種子罐，擴大培養級數通常為二級。對于不產孢子的菌種，經試管培養直接得到菌體，再經搖瓶培養后即可作為種子罐種子。4.2.5發酵發酵是在無菌狀態下對微生物進行純種培養，本階段微生物合成大量的產物是整個發酵工程的中心環節。因此，所用的培養基和培養設備都必須經過滅菌，通人的空氣或中途的補料都是無菌的，轉移種子也要采用無菌接種技術。通常利用飽和蒸汽對培養基進行滅菌，滅菌條件是在120(約01 MPa表壓)維持2030 min。空氣除菌則采用介質過濾的方法，可用定期滅菌的干燥介質來阻截流過的空氣中

14、所含的微生物，從而制得無菌空氣。發酵罐內部的代謝變化(菌絲形態、菌濃度、糖含量、氮含量、pH、溶氧濃度和產物濃度等)是比較復雜的，特別是次級代謝產物發酵就更為復雜，受許多因素控制。4.2.6下游處理發酵結束后，要對發酵液或微生物細胞進行分離和提取精制，將發酵產物制成符合要求的成品。5液體深層發酵5.1發酵的操作方式根據操作方式的不同，液體深層發酵主要有分批發酵、連續發酵和補料分批發酵三種類型。5.2分批發酵營養物和菌種一次加入進行培養，直到結束放罐，中間除了空氣進入和尾氣排出，與外部沒有物料交換。傳統的生物產品發酵多用此過程，它除了控制溫度和pH及通氣以外，不進行任何其他控制，操作簡單。但從細

15、胞所處的環境來看，則有明顯改變，發酵初期營養物過多，可能抑制微生物的生長，而發酵的中后期又可能因為營養物減少而降低培養效率；從細胞的增殖來說，初期細胞濃度低，增長慢，后期細胞濃度雖高，但營養物濃度過低也生長不快，總的生產能力不是很高。迄今為止，分批發酵仍是常用的發酵方法，廣泛用于多種發酵過程。5.3連續發酵所謂連續發酵，是指以一定的速度向發酵罐內添加新鮮培養基，同時以相同的速度流出培養液，從而使發酵罐內的液量維持恒定，微生物在穩定狀態下生長。穩定狀態可以有效地延長分批培養中的對數期。在穩定的狀態下，微生物所處的環境條件，如營養物濃度、產物濃度、pH等都能保持相對恒定，微生物細胞的濃度及其比生長

16、速率也可維持不變，甚至還可以根據需要來調節生長速度。與分批發酵相比，連續發酵有著較多優點，但目前主要用于研究工作中，如發酵動力學參數的測定，過程條件的優化試驗等。而在工業生產中的應用還不多，目前主要用于面包酵母和飼料酵母的生產，以及有機廢水的活性污泥處理等。另外，酒精連續發酵生產技術在前蘇聯也已獲得成功的應用。而新近發展的一種培養方法則是把固定化細胞技術和連續培養方法結合起來，用于生產丙酮、丁醇、正丁醇、異丙醇等重要工業溶劑。5.4 補料分批發酵補料分批發酵又稱半連續發酵，是介于分批發酵和連續發酵之間的一種發酵技術，是指在微生物分批發酵中，以某種方式向培養系統補加一定物料的培養技術。通過向培養

17、系統中補充物料，可以使培養液中的營養物濃度較長時間地保持在一定范圍內，既保證微生物的生長需要，又不造成不利影響，從而達到提高產率的目的。補料在發酵過程中的應用，是發酵技術上一個劃時代的進步。補料技術本身也由少次多量、少量多次，逐步改為流加，近年又實現了流加補料的微機控制。但是，發酵過程中的補料量或補料率，目前在生產中還只是憑經驗確定，或者根據一、兩個一次檢測的靜態參數(如基質殘留量、pH、溶解氧濃度等)設定控制點，帶有一定的盲目性，很難同步地滿足微生物生長和產物合成的需要，也不可能完全避免基質的調控反應。因而現在的研究重點在于如何實現補料的優化控制。補料分批發酵可以分為兩種類型：單一補料分批發

18、酵和反復補料分批發酵。補料分批發酵作為分批發酵向連續發酵的過渡，兼有兩者之優點，而且克服了兩者之缺點。同傳統的分批發酵相比，補料分批發酵的優越性是明顯的。首先，它可以解除營養物基質的抑制、產物反饋抑制和葡萄糖分解阻遏效應。其次，對于好氧發酵，它可以避免在分批發酵中因一次性投入糖過多造成細胞大量生長，耗氧過多，以至通風攪拌設備不能匹配的狀況。第三，它還可以在某些情況下減少菌體生成量，提高有用產物的轉化率。在真菌培養中，菌絲的減少可以降低發酵液的黏度，便于物料輸送及后處理。與連續發酵相比，它不會產生菌種老化和變異問題，其適用范圍也比連續發酵廣。目前，運用補料分批發酵技術進行生產和研究的范圍十分廣泛

19、，包括單細胞蛋白、氨基酸、生長激素、抗生素、維生素、酶制劑、有機溶劑、有機酸、核苷酸、高聚物等，幾乎遍及整個發酵行業。它不僅被廣泛用于液體發酵中，在固體發酵及混合培養中也有應用。隨著研究工作的深入及微機在發酵過程自動控制中的應用，補料分批發酵技術將日益發揮出其巨大的優勢。6發酵工藝控制發酵過程中，為了能對生產過程進行必要的控制，需要對有關工藝參數進行定期取樣測定或進行連續測量。反映發酵過程變化的參數可以分為兩類。一類是可以直接采用特定的傳感器檢測的參數，它們包括反映物理環境和化學環境變化的參數，如溫度、壓力、攪拌功率、轉速、泡沫、發酵液黏度、濁度、pH、離子濃度、溶解氧、基質濃度等，稱為直接參

20、數。另一類是至今尚難于用傳感器來檢測的參數，包括細胞生長速率、產物合成速率和呼吸商等。這些參數需要在一些直接參數的基礎上，借助于電腦計算和特定的數學模型才能得到，因此被稱為間接參數。上述參數中，對發酵過程影響較大的有溫度、pH、溶解氧濃度等。6.1溫度溫度對發酵過程的影響是多方面的，它會影響各種酶反應的速率，改變菌體代謝產物的合成方向，影響微生物的代謝調控機制。除這些直接影響外，溫度還對發酵液的理化性質產生影響，如發酵液的黏度、基質和氧在發酵液中的溶解度和傳遞速率、某些基質的分解和吸收速率等，進而影響發酵的動力學特性和產物的生物合成。最適發酵溫度是既適合菌體的生長，又適合代謝產物合成的溫度，它

21、隨菌種、培養基成分、培養條件和菌體生長階段不同而改變。理論上，整個發酵過程中不應只選一個培養溫度，而應根據發酵的不同階段，選擇不同的培養溫度。但實際生產中，由于發酵液的體積很大，升降溫度都比較困難，所以在整個發酵過程中，往往采用一個比較適合的培養溫度，使得到的產物產量最高，或者在可能的條件下進行適當的調整。發酵溫度可通過溫度計或自動記錄儀表進行檢測，通過向發酵罐的夾套或蛇形管中通人冷水、熱水或蒸汽進行調節。工業生產上，所用的大發酵罐在發酵過程中一般不需要加熱，因為發酵中會釋放大量的發酵熱，在這種情況下通常還需要加以冷卻，利用自動控制或手動調整的閥門，將冷卻水通人夾套或蛇形管中，通過熱交換來降溫

22、，保持恒溫發酵。6.2 pHpH對微生物的生長繁殖和產物合成的影響有以下幾個方面：影響酶的活性，當pH抑制菌體中某些酶的活性時，會阻礙菌體的新陳代謝；影響微生物細胞膜所帶電荷的狀態，改變細胞膜的通透性，影響微生物對營養物質的吸收及代謝產物的排泄；影響培養基中某些組分和中間代謝產物的解離，從而影響微生物對這些物質的利用；PH不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產物的質量和比例發生改變。另外，pH還會影響某些霉菌的形態。發酵過程中，pH的變化取決于所用的菌種、培養基的成分和培養條件。培養基中的營養物質的代謝，是引起pH變化的重要原因，發酵液的pH變化乃是菌體產酸和產堿的代謝反應的綜合結果。每一

23、類微生物都有其最適的和能耐受的pH范圍，大多數細菌生長的最適pH為6375，霉菌和酵母菌為36，放線菌為 78。而且微生物生長階段和產物合成階段的最適pH往往不一樣，需要根據實驗結果來確定。為了確保發酵的順利進行，必須使其各個階段經常處于最適pH范圍之內，這就需要在發酵過程中不斷地調節和控制pH。首先需要考慮和試驗發酵培養基的基礎配方，使它們有個適當的配比，使發酵過程中的pH變化在合適的范圍內。如果達不到要求，還可在發酵過程中補加酸或堿。過去是直接加入酸(如 H2SO4)或堿(如NalOH)來控制，現在常用的是以生理酸性物質如(NH4)2SO4和生理堿性物質如氨水來控制，它們不僅可以調節pH，

24、還可以補充氮源。此外，用補料的方式來調節pH也比較有效。最成功的例子就是青霉素發酵的補料工藝，利用控制葡萄糖的補加速率來控制pH，其青霉素產量比用恒定的加糖速率和加酸或堿來控制PH的產量高25。目前已試制成功適合于發酵過程監測pH的電極，能連續測定并記錄pH的變化，將信號輸入pH控制器來指令加糖、加酸或加堿，使發酵液的pH控制在預定的數值。6.3溶解氧濃度對于好氧發酵，溶解氧濃度是最重要的參數之一。好氧性微生物在進行深層培養時，需要適量的溶解氧以維持其呼吸代謝和某些產物的合成，氧的不足會造成代謝異常，產量降低。現在可采用復膜氧電極來檢測發酵液中的溶解氧濃度。要維持一定的溶氧水平，需從供氧和需氧

25、兩方面著手。在供氧方面，主要是設左提高氧傳遞的推動力和氧傳遞系數，可以通過調節攪拌轉速或通氣速率來控制司時要有適當的工藝條件來控制需氧量，使菌體的生長和產物形成對氧的需求量不超過設備的供氧能力。已知發酵液的需氧量，受菌體濃度、基質的種類和濃度以受培養條件等因素的影響，其中以菌濃的影響最為明顯。發酵液的攝氧率隨菌濃曾大而增大，但氧的傳遞速率隨菌濃的對數關系減少。因此可以控制合適的菌體在度，使得產物的比生產速率維持在最大值，又不會導致需氧大于供氧。這可以通過控制基質的濃度來實現，如控制補糖速率。除控制補料速度外，在工業上，還可采用調節溫度(降低培養溫度可提高溶氧濃度)、液化培養基、中間補水、添加表

26、面活性劑等工藝措施，來改善溶氧水平。發酵過程中各參數的控制很重要，目前發酵工藝控制的方向是轉向自動化控制，因而希望能開發出更多更有效的傳感器用于過程參數的檢測。此外，對于發酵終點的判斷也同樣重要。生產不能只單純追求高生產力，而不顧及產品的成本，必須把二者結合起來。合理的放罐時間是通過實驗來確定的，就是根據不同的發酵時間所得的產物產量計算出發酵罐的生產力和產品成本，采用生產力高而成本又低的時間，作為放罐時間。確定放罐的指標有：發酵產物的產量，發酵液的過濾速度，發酵液中氨基氮的含量，菌絲的形態，發酵液的PH、外觀和黏度等。發酵終點的確定，需要綜合考慮這些因素。7發酵設備進行微生物深層培養的設備統稱

27、發酵罐。一個優良的發酵裝置應具有嚴密的結構，良好的液體混和性能，較高的傳質、傳熱速率，同時還應具有配套而又可靠的檢測及控制儀表。由于微生物有好氧與厭氧之分，所以其培養裝置也相應地分為好氧發酵設備與厭氧發酵設備。7.1 好氧發酵設備對于好氧微生物，發酵罐通常采用通氣和攪拌來增加氧的溶解，以滿足其代謝需要。根據攪拌方式的不同，好氧發酵設備又可分為機械攪拌式發酵罐和通風攪拌式發酵罐。 7.1.1機械攪拌式發酵罐機械攪拌式發酵罐是發酵工廠常用的類型之一。它是利用機械攪拌器的作用，使空氣和發酵液充分混合，促進氧的溶解，以保證供給微生物生長繁殖和代謝所需的溶解氧。比較典型的是通用式發酵罐和自吸式發酵罐。7

28、.1.2通風攪拌式發酵罐在通風攪拌式發酵罐中，通風的目的不僅是供給微生物所需要的氧，同時還利用通人發酵罐的空氣，代替攪拌器使發酵液均勻混合。常用的有循環式通風發酵罐和高位塔式發酵罐。7.2厭氧發酵設備厭氧發酵也稱靜止培養，因其不需供氧，所以設備和工藝都較好氧發酵簡單。嚴格的厭氧液體深層發酵的主要特色是排除發酵罐中的氧。罐內的發酵液應盡量裝滿，以便減少上層相的影響，有時還需充人無氧氣體。發酵罐的排氣口要安裝水封裝置，培養基應預先還原。此外，厭氧發酵需使用大劑量接種(一般接種量為總操作體積的10-20)，使菌體迅速生長，減少其對外部氧滲人的敏感性。酒精、丙酮、丁醇、乳酸和啤酒等都是采用液體厭氧發酵

29、工藝生產的。具有代表性的厭氧發酵設備如酒精發酵罐和用于啤酒生產的錐底立式發酵罐。8下游加工過程從發酵液中分離、精制有關產品的過程稱為發酵生產的下游加工過程。發酵液是含有細胞、代謝產物和剩余培養基等多組分的多相系統，黏度通常很大，從中分離固體物質很困難；發酵產品在發酵液中濃度很低，且常常與代謝產物、營養物質等大量雜質共存于細胞內或細胞外，形成復雜的混合物；欲提取的產品通常很不穩定，遇熱、極端pH、有機溶劑會分解或失活；另外，由于發酵是分批操作，生物變異性大，各批發酵液不盡相同，這就要求下游加工有一定彈性，特別是對染菌的批號也要能夠處理。發酵的最后產品純度要求較高，上述種種原因使得下游加工過程成為

30、許多發酵生產中最重要、成本費用最高的環節，如抗生素、乙醇、檸檬酸等的分離和精制占整個工廠投資的60左右，而且還有繼續增加的趨勢。發酵生產中因缺乏合適的、經濟的下游處理方法而不能投入生產的例子是很多的。因此下游加工技術愈來愈引起人們的重視。下游加工過程由許多化工單元操作組成，通常可分為發酵液預處理和固液分離、提取、精制以及成品加工四個階段。發酵液性質，以利于固液分離，常用酸化、加熱、加絮凝劑等方法。固液分離則常用到過濾、離心等方法。如果欲提取的產物存在于細胞內，還需先對細胞進行破碎，細胞破碎方法有機械、生物和化學法，大規模生產中常用高壓勻漿器和球磨機。細胞碎片的分離通常用離心、兩水相萃取等方法。

31、8.1提取經上述步驟處理后，活性物質存在于濾液或離心上清液中，液體的體積很大，濃度很低。接下來要進行提取，提取的目的主要是濃縮，也有一些純化作用。常用的方法有吸附法、離子交換法、沉淀法、萃取法、超濾法8.2精制經提取過程初步純化后，液體的體積大大縮小，但純度提高不多，需要進一步精制。初步純化中的某些操作，如沉淀、超濾等也可應用于精制。大分子(蛋白質)精制依賴于層析分離，層析分離是利用物質在固定相和移動相間分配情況不同，進而在層析柱中的運動速度不同，而達到分離的目的。根據分配機制的不同，分為凝膠層析、離子交換層析、聚焦層析、疏水層析、親和層析等幾種類型。層析分離中的主要困難之一是層析介質的機械強度差，研究生產優質層析介質是下游加工的重要任務之一。小分子物質的精制則可利用結晶操作。9成品加工經提取和精制后，根據產品應用要求，有時還需要濃縮、無菌過濾和去熱原、干燥、加穩定劑等加工步驟。濃縮可采用升膜或降膜式的薄膜蒸發或者采用膜過濾的方法，對熱敏性物質可用離心薄膜蒸發進行濃縮，對大分子溶液可用超濾膜過濾、小分子溶液可用反滲透膜過濾進行濃縮。用截斷相對分子質量10000的超濾膜可除去相對分子質量在1000以內的產品中的熱原，同時也達到了過濾除菌的目的。如果最后要求的是結晶性產品，則上述濃縮、無菌過濾等步驟應放于結晶之前，而干燥則通常是固體產品加工的最后一道工序。干燥方法根據物料性質、物料狀