第一章：預處理凝聚與絮凝生物技術及應用專業教學資源庫生物活性物質來源動物植物微生物組織、器官、細胞及代謝產物存在方式：胞內和胞外第一節生物材料的預處理1生物活性物質存在方式與特點生物活性物質存在部位與它的生物活性密切相關生物活性物質來源、存在狀態“胞內”、“胞外”、前體生物材料中的化學組成十分復雜生物活性物質在生物材料中含量較低，雜質含量高，而且生理活性愈高的成分，含量往往愈低如胰島素在胰臟中的含量為0.02%，膽汁中膽紅素含量為0.05~0.08%生物活性物質的存在方式與其生物功能密切相關，一般情況下，可以根據活性物質的生物功能推斷其存在部位和分布方式可被材料中酶、微生物破壞，還可能受酸、堿、鹽、重金屬離子、機械攪拌、溫度、甚至空氣和光線作用改變活性2后續工藝要求3目的物穩定性經過預處理和固－液分離后，一般要求得到濾液澄清、pH適中、有一定濃度的目的生物活性物質如后續采用離子交換方法處理，則對濾液中無機離子、灰分含量、澄清度方面要求較高；如采用溶劑萃取，則要求蛋白質含量較低，以減輕乳化現象；如采用結晶方法，則還需要經過脫色處理絞肉機將事先切成小塊的組織絞碎形成組織糜許多蛋白和酶可以從顆粒較粗的組織糜中提取出來一般情況下：先用粗孔徑的絞，再用細孔徑的絞，有時可能還需要多次進行用絞肉機，一般細胞并不破碎，一些胞內產物不能有效地提取，須通過特殊的勻漿才行實驗室常用玻璃勻漿器和組織搗碎器，工業上可用高壓勻漿器（一）預處理的目的2去除發酵液（培養液）中部分雜質以利于后續各步操作1改變發酵液（培養液）的物理性質，以利于固-液分離主要方法有：加熱、凝聚與絮凝、使用助濾劑

培養液中主要含有2類物質：可溶性膠狀物質

無機鹽類可溶性膠狀物質：核酸、雜蛋白、不溶性多糖，這些雜質不僅使培養液粘度增加，液固分離速度受影響，而且還會影響后續的分離純化操作無機鹽類：不僅影響成品質量，而且在采用離子交換法提取時，由于樹脂大量吸附無機離子而減少對目的物的交換加熱是最簡單和經濟的預處理方法，即把發酵液（培養液）加熱到所需溫度并保溫適當時間。加熱能使雜蛋白變性凝固，從而降低發酵液（培養液）的粘度，使固液分離變得容易。但加熱的方法只適合對熱穩定的生物活性物質

（二）細胞及蛋白質的處理1變性沉淀蛋白變性的其它方法：大幅度改變pH，加有機溶劑（丙酮、乙醇等）、重金屬鹽（如Ag＋、Cu2＋、Pb2＋等）和表面活性劑天然蛋白質分子受到某些物理的或化學的因素影響時生物活性喪失、溶解度降低、不對稱性增高以及其他的一些物理化學常數發生變化，這個過程就稱為變性作用2凝聚和絮凝凝聚和絮凝預處理對象細小菌體或細胞（分泌胞外產物）、細胞的碎片以及蛋白質等膠體粒子的去除培養中的細胞、菌體或蛋白質等膠體顆粒的表面一般都帶有電荷，帶電原因很多，主要是吸附溶液中的離子或自身基團的電離膠粒能保持分散狀態的原因是帶有相同電荷，一旦布朗運動使離子間距離縮小到它們的擴散層而部分重疊時，即產生排斥作用，使兩個離子分開，從而阻止了粒子的聚集膠體能穩定存在的另一個原因是其表面的水化作用，即形成了離子周圍的水化層，阻礙膠粒間的直接聚集處理過程將一定的化學藥劑預先投加到培養液，改變細胞、菌體和蛋白質等膠體粒子的分散狀態，破壞其穩定性，使它們聚集成可分離的絮凝體，再進行分離凝聚劑主要是一些無機類電解質，由于大部分被處理的物質帶負電荷（如細胞或菌體一般帶負電荷），因此工業上常用的凝聚劑大多為陽離子型，分為無機鹽類、金屬氧化物類凝聚凝聚是指在某些電解質作用下，破壞細胞、菌體和蛋白質等膠體粒子的分散狀態，使膠體粒子聚集的過程常用的無機鹽類凝聚劑Al2（SO4）3·18H2O（明礬）AlCl3·6H2OFeCl3ZnSO4MgCO3常用的金屬氧化物類凝聚劑Al(OH)3Fe3O4Ca(OH)2石灰等膠體是物質以一定分散程度而存在的一種狀態。即將一物質分成許多小粒子，然后分散在一種介質中即可得到一種分散體系。在這種分散體系中，粒子叫分散質(或分散相)，介質叫分散劑(或分散介質)當分散質的直徑在0.1μm～1nm之間，這個體系就叫膠體。膠體按分散質和分散劑聚態的不同可分為許多種

在發酵液中加入具有相反電性的電解質：①中和膠粒電性，降低雙電層排斥力②離子的水化作用，破壞膠粒的水化層影響凝聚作用的主要因素無機鹽的種類、化合價以及無機鹽的用量等陽離子對帶負電荷的膠粒凝聚能力的次序為：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+

無機鹽促進膠粒顆粒凝聚的原因：

絮凝影響絮凝效果的因素絮凝劑的分子量絮凝劑用量溶液pH攪拌速度時間等絮凝劑具有長鏈線狀的結構，易溶于水，其分子量可高達數萬至一千萬以上，在長的鏈上含有相當多的活性功能團當往膠體懸液中加入絮凝劑時，膠粒可強烈地吸附在絮凝劑表面的活性功能團上，而且一個高分子聚合物的許多鏈節分別吸附在不同的顆粒的表面上，產生架橋聯接，形成粗大的絮凝團沉淀出來，有助于過濾，這一過程稱為絮凝作用絮凝是指使用絮凝劑（通常是天然或合成的大分子量電解質），在懸浮粒子之間產生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程影響絮凝劑絮凝效果的因素絮凝劑分子量：分子量越大，鏈越長，吸附架橋效果就越明顯；但是分子量過大，絮凝劑在水中的溶解度降低絮凝劑濃度：濃度較低時，增加用量有助于架橋，提高絮凝效果；但是濃度過高反而引起吸附飽和，在膠粒表面上形成覆蓋層而失去與其他膠粒架橋的作用，降低了絮凝效果溶液的pH：pH的變化會影響離子型絮凝劑功能團的電離度，提高電離度可使鏈分子上同種電荷間的電排斥作用增加，鏈從卷曲狀態變為伸展狀態，發揮最佳架橋能力攪拌速度：剛加入絮凝劑時，攪拌速度快能使絮凝劑迅速分散，發揮絮凝作用，但當絮凝團形成后，高的剪切力會打碎絮凝團常用的絮凝劑殼聚糖、海藻酸鈉、明膠和酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物及聚丙烯酸類等3去除雜蛋白質的其它方法

等電點沉淀

蛋白質在等電點時溶解度最小，能沉淀而除去各種沉淀劑沉淀某些化學試劑能與蛋白質結合形成復合物沉淀在酸性溶液中加有機酸如三氯乙酸、水楊酸、苦味酸、鞣酸、過氯酸等形成沉淀；在堿性溶液中，能與一些陽離子如Ag+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Fe3+形成沉淀吸附在發酵液中，加入一些反應劑，它們互相反應生成的沉淀物對蛋白質具吸附作用而使其凝固加入吸附劑如活性碳，可以去除熱原（三）不溶性多糖的去除黏多糖的去除黏多糖可以和一些陽離子表面活性劑如十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）和十六烷基氯化吡啶（CPC）等形成季銨鹽絡合物而沉淀，因而可以通過向培養液中引入這些物質使多糖沉淀去除當發酵液中含有較多不溶性多糖時，粘度增大，液固分離困難，可用酶將它轉化為單糖以提高過濾速度

例如在蛋白酶發酵液加α－淀粉酶，將培養基中多余的淀粉水解稱單糖，就能降低發酵液粘度，提高濾速四）高價金屬離子的去除對提取和成品質量影響較大的無機雜質主要是Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等高價金屬離子，尤其在后期采用離子