第三章 细胞生物学研究方法yooc(三月).me
167页1、第11章发酵产物的提取与精制 发酵产物的提取与精制属于发酵工程的下游加工技术 下游加工亦称发酵后处理 是指从发酵液或酶反应中分离纯化目的产物并加工成成品的过程 在多数情况下是从稀的发酵液中回收目的产物 整个过程有多项单元操作组成 其中有许多是经典的化工单元操作 9 1下游加工过程概述 一 下游加工过程的重要性 1 获得商业产品的关键环节 2 促进发酵工程上游加工技术或工艺的改进 3 拥有市场竞争力的重要保证 二 下游加工工程的一般流程 1 粗分离阶段 1 发酵液的预处理和固 液分离 2 产物的初分离 2 纯化精制阶段 3 产物的高度纯化 4 成品加工 预处理 破碎细胞 碎片分离 细胞分离 精制 成品加工 F发酵液 提取 加热沉降均化离心分离沉淀层析无菌过滤调pH离心分离研磨萃取吸附离子交换浓缩絮凝过滤溶胞超滤萃取亲和超滤膜分离双水相萃取超滤憎水冷冻干燥吸附喷雾干燥电泳结晶 发酵液 胞外产物 操作步骤减至最少 并尽可能提高各步骤的收率 一 发酵液的一般特征1 含水量高 一般可达90 99 处理体积大 2 产品浓度低 3 悬浮物颗粒小 密度与液体相差不大 4 固体粒子可压缩性大 一压缩就变
2、形 5 液体黏度大 大多为非牛顿型流体 易吸附在滤布上 6 产物性质不稳定 不耐热 等会酸碱敏感 易被氧化 易被微生物污染及酶分解 9 2发酵液的预处理与固 液分离 二 发酵液预处理的目的和要求1 预处理的目的 1 改变发酵液的物理性质 促进悬浮液中分离固形物的速度 提高固液分离器的效率 2 尽可能使产物转入便于后处理的某一相中 多数是液体 3 去除发酵液中部分杂质 以利于后续各步操作 2 发酵液预处理的要求 1 菌体的分离 2 固体悬浮物的去除 3 蛋白质的去除 4 重金属离子的去除 5 色素 热原质 毒性物质等有机杂质的去除 6 改变发酵液的性质 7 调节适宜pH值和温度 三 发酵液预处理的方法 1 降低液体的黏度2 絮凝法3 重力法4 等电点法5 加入助滤剂6 缴入反应剂 1降低液体黏度 1 加水稀释法采用加水稀释法虽然能降低液体黏度 但是会增加发酵液的体积 因此加大后续过程的处理量 而且稀释后过滤速率提高的百分比必须大于加水比才算真正有效 即若加水一倍 则稀释后液体的黏度必须下降50 以上 才能有效提高过滤效率 2 加热法 升高温度可以降低悬浮液的黏度 除去某些杂蛋白 降低悬浮
3、物的最终体积 破坏凝胶状结构 增加滤饼的空隙度 提高过滤效率 不适用热敏性的物质 而且要防止加热导致细胞溶解 胞内物质外溢 3 添加酶制剂 比如 加酶将多糖转化为单糖 凝聚是在高价无机盐作用下 由于双电层排斥电位的降低 而使胶体体系不稳定的现象 絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下 基于架桥作用 使胶粒形成粗大的絮凝团的过程 是一种以物理的集合为主的过程 凝聚和絮凝的概念 扩散双电层的结构模型图胶粒能保持分散状态的原因 2 凝聚和絮凝法 凝聚技术 扩散双电层的结构模型图 凝聚原理 电解质将胶体粒子表面上的电荷中和 减少存在于胶体粒子间的静电斥力 使范德华力占优势 这样胶体就会凝聚成较大 较密实的粒子 胶粒能保持分散状态的原因主要是带有相同电荷和扩散双电层的结构 一旦由于布朗运动使粒子间距离缩小到它们的扩散层部分重叠时 即产生使两个粒子分开 从而阻止了粒子的聚集 电位越大 电排斥作用就越强 胶粒的分散程度也越大 此外 由于胶粒表面的水化作用 形成了包围于粒子周围的水化层 也能阻碍胶粒间的直接聚集 但是 水化膜主要是伴随胶粒带电而引起的 一旦 电位降低或消除 水化层也会随之减弱或消失 常用的凝
4、聚剂Al2 SO4 3 18H2O AlCl3 6H2O FeCl3 ZnSO4 MgCl2阳离子对负电荷的胶粒凝聚能力次序为 Al3 Fe3 H Ca2 Mg2 K Na Li 常用的凝聚方法 在稀溶液中加入电解质以促进凝聚 试剂包括酸 碱 简单电解质和合成的高分子电解质 絮凝原理 在某些高分子絮凝剂存在下 基于架桥作用 使胶粒形成粗大的絮凝团使之更容易过滤 絮凝剂通过静电引力 范德华引力或氢键的作用 强烈地吸附在胶粒的表面 当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上 产生桥架连接时 就形成了较大的絮团 这就是絮凝作用 絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物 其相对分子质量可高达数万至一千万以上 长链状结构 其链节上含有许多活性官能团 包括带电荷的阴离子 如 COOH 或阳离子 如 NH2 基团以及不带电荷的非离子型基团 常用的絮凝剂 明胶 甲基纤维素 多聚丙烯酸 聚胺衍生物 氯化钙 磷酸氢二钠 3 重力法 在工业上用的较多的主要是离心和过滤 过滤常用板框真空吸滤或电动筛等 离心和过滤能否顺利进行取决于很多因素 一般温度高 压力大 发酵液粘度小 滤布选用适当 助溶剂适宜 搅拌
5、都可以提高过滤速度 4 等电点法 蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中 胶体粒子的稳定性和其所带电荷有关 蛋白质在某一pH下 净电荷为零 溶解度最小 称为等电点 因此可利用此特性分离或去除良性物质 因为羧基的电离度比氨基大 故蛋白质的酸性性质通常强于碱性 因而很多蛋白质的等电点都在酸性范围内 pH4 0 5 5 5 添加助滤剂 一般为惰性助滤剂 是一种颗粒均匀 质地坚硬 不可压缩的粒状物质作用 助滤剂表面具有吸附胶体的能力 并且由此助滤剂颗粒形成的滤饼具有格子型结构 不可压缩 滤孔不会被全部堵塞 可以保持良好的渗透性使用方法 1 在滤布上预涂 作为过滤介质使用 2 按一定比例混入待滤的悬浮液中常用的助滤剂 硅藻土 膨胀珍珠岩 石棉 纤维素 未活化的碳 炉渣 重质碳酸钙 6 添加反应剂 添加可溶解的盐类 生成不溶解的沉淀 生成的沉淀能防止菌丝体粘结 使菌丝具有块状结构 沉淀本身可作为助滤剂 还能使胶状物和悬浮物凝固 四 发酵液的相对纯化 1 高价无机离子的去除 Ca2 Mg2 Fe2 等 2 可溶性杂蛋白的去除 高价无机离子的存在 会影响树脂对生化物质的交换容量 杂蛋白质的存在 不仅在采用
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