生物工程下游技术复习幻灯片
91页1、生物工程下游技术复习,第一章 生物工程下游技术概述,*什么是生物工程下游技术? 也称为下游工程或下游加工过程,是对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料,经提取分离、加工并精制目的成分,最终使其成为产品的技术。,下游技术产品的特性? 1.有些产品,在待处理物料中浓度很低,比杂质含 量还低,分离、纯化较困难。 2.小分子产品因分子结构简单,性质相对稳定,分 离技术可选范围较大。 3.产品性质限制下游技术的可选范围。 4.产品共存物有可能引起产物的破坏和降解,导致 发酵液的变质,给下游操作带来不必要的困难。,下游技术的一般工艺过程? (1)产物的预处理和固液分离 过滤 、离心、加热、调PH、絮凝, (2)提取(初步分离) 目的是除去与产物性质差异较大的杂质,得到目标产物含量较高提取物的过程。沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶。 (3)精制(高度纯化) 目的是去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。通常采用对产物有高度选择性的技术,如色谱分离技术。 (4)成品制作 浓缩、干燥、无菌过滤、成型。成品形式与产品的最终用途有关。,*具体
2、的产品分离提取需考虑的问题? (1)是胞内产物还是胞外产物; (2)原料中产物和主要杂质浓度; (3)产物和主要杂质的理化学特性及差异; (4)产品用途和质量标准; (5)产品的市场价格; (6)废液的处理方法等。,第二章 发酵液的预处理,1 、名词解释 *凝聚:是指在电解质作用下,由于胶粒之间双电层排斥作用降低,电位下降,而使胶体体系不稳定的现象。 *絮凝:则是在某些高分子絮凝剂存在下,基于桥架作用,使胶粒形成较大絮凝团的过程。 凝聚值(表示电解质的凝聚能力):使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度(mmol/L)。 凝聚原理:加入电解质异电离子作用下,原双电层电位降低胶体稳定性下降相互碰撞而凝聚。,絮凝机理:絮凝剂(能溶于水的高分子聚合物,长链结构) 链节上含有许多活性官能团,阴离子(-COOH)或阳离子(-NH3+)、不带电的非离子型基团通过静电引力、范德华力、氢键等吸附在胶粒表面 当许多链节分别吸附在不同胶 粒表面上产生桥架联接较大絮团 *滤饼:当悬浮液通过过滤布时,固体颗粒被滤布所阻拦而逐渐形成滤饼(或称滤渣),当滤饼至一定厚度时即起过滤作用。,微生物发酵液的特性? 发酵产物浓度
3、较低,大多为1%-10%,悬浮液中大部分是水; 悬浮物颗粒小,相对密度与液相相差不大; 固体粒子可压缩性大(细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料); 液相粘度大; 性质不稳定,随时间变化,如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。,*改变发酵液过滤特性的主要方法有哪些? 其简要机理如何? 改善发酵液过滤特性的物理化学方法有:调酸(等电点)、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂及添加助滤剂等。 降低液体粘度 根据流体力学原理,滤液通过滤饼的速率与液体的粘度成反比,可见降低液体粘度可有效提高过滤速率。,调整pH pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质,从而改善其过滤特性。 凝聚与絮凝 是目前工业上最常用的预处理方法之一。 凝聚是指在电解质作用下,由于胶粒之间双电层排斥作用降低,电位下降,而使胶体体系不稳定的现象。 絮凝则是在某些高分子絮凝剂存在下,基于桥架作用,使胶粒形成较大絮凝团的过程。, 加入助滤剂 悬浮液中大量的细微胶粒被吸附在助滤剂表面,从而改变滤饼结构,过滤阻力下降了。 加入反应剂 加入某些不影响目的产物的反应剂,可消除发酵液中某些杂质
4、对过滤的影响,从而提高过滤速率。,*除去发酵液中杂蛋白的常用方法有哪些? (1)沉淀法:蛋白质是两性电解质。 在酸性溶液中,能与一些阴离子如三氯乙酸盐、水杨酸盐等形成沉淀; 在碱性溶液中,能与一些阳离子如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。 (2)变性法:蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。,加热。不仅使蛋白质变性,同时降低液体粘度,提高过滤速率。 调PH; 加有机溶剂如酒精、丙酮等。 (3)吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸 附杂蛋白而除去。,*发酵液预处理的目的是什么?主要有那几 种方法? 预处理的目的: 分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒(细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物), 除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质,以利于后继各步操作。 调酸(等电点)、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂及添加助滤剂等。,区别澄清过滤和滤饼过滤? 澄清过滤: 所用的过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等,填充于过滤器内即构成过滤层;也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料等组成的成型颗粒滤层。 当悬浮液通过时,固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒
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