10发酵产物的下游加工概论.ppt

10.110.1概述概述10.210.2下游加工的特点下游加工的特点10.310.3下游加工过程的一般流程和单元操作下游加工过程的一般流程和单元操作10.4 10.4 生物技术下游技术发展动态生物技术下游技术发展动态10.10.发酵产物的下游加工概论发酵产物的下游加工概论10.110.1概述概述一、下游技术的发展历程一、下游技术的发展历程1 1、古代酿造业、古代酿造业2 2、第一代生物技术时期、第一代生物技术时期 主要是近代分离技术，如过滤、蒸馏、主要是近代分离技术，如过滤、蒸馏、精溜等。精溜等。3 3、第二代生物技术时期、第二代生物技术时期 产品的多样性决定了分离产品的多样性，产品的多样性决定了分离产品的多样性，沉淀、萃取、吸附等技术开始广泛的应用。沉淀、萃取、吸附等技术开始广泛的应用。4 4、第三代生物技术时期第三代生物技术时期研究热点主要是活性多糖、活性蛋白、活性研究热点主要是活性多糖、活性蛋白、活性质脂、特殊复合物，广泛应用层析技术。质脂、特殊复合物，广泛应用层析技术。10.210.2下游加工的特点下游加工的特点一、发酵液和发酵产物的的一般特性一、发酵液和发酵产物的的一般特性1 1、含水量高，有些达到含水量高，有些达到90-99%90-99%。2 2、发酵液中产物浓度低。抗生素、发酵液中产物浓度低。抗生素2525g/L g/L，氨氨基酸基酸100 100 g/L g/L，酶，酶20 20 g/L g/L，蛋白质，蛋白质10 10 g/L g/L。3 3、固形物主要是菌体和蛋白质胶体物、固形物主要是菌体和蛋白质胶体物,粘度粘度大，不利于过滤。大，不利于过滤。4 4、产物稳定性较低。、产物稳定性较低。5 5、杂质多，包括培养基中的各种成分；、杂质多，包括培养基中的各种成分；6 6、有少量难分离的结构相似的副产物；、有少量难分离的结构相似的副产物；7 7、含有有害的有机杂质，、含有有害的有机杂质，如色素、细菌内毒素等。如色素、细菌内毒素等。8 8、对最终产品的质量要求高。、对最终产品的质量要求高。例如青霉素引起过敏的物质含量在例如青霉素引起过敏的物质含量在1.5101.510-6-6，对于蛋白质药物一般要求杂蛋白浓度小于对于蛋白质药物一般要求杂蛋白浓度小于2 2，重，重组胰岛素要求小于组胰岛素要求小于0.010.01。因此，产物的浓度及提取成本是和产品价格成正因此，产物的浓度及提取成本是和产品价格成正比。比。二、下游加工过程遵循的原则二、下游加工过程遵循的原则1.1.时间尽量短；时间尽量短；2.2.温度低；温度低；3.3.pHpH适中，控制在适合产物的范围内。适中，控制在适合产物的范围内。4.4.严格清洗消毒生产环境和设备严格清洗消毒生产环境和设备。10.310.3下游加工过程的一般流程和单元操作下游加工过程的一般流程和单元操作一、一般流程一、一般流程1 1、下游加工考虑的因素、下游加工考虑的因素1 1）是胞内产物还是胞外产物）是胞内产物还是胞外产物2 2）原料中产物和主要杂质浓度）原料中产物和主要杂质浓度3 3）产物和主要杂质的物理化学性质及差异）产物和主要杂质的物理化学性质及差异4 4）产品用途和质量标准）产品用途和质量标准5 5）产品的市场价格）产品的市场价格6 6）废液的处理方法）废液的处理方法2 2、生产工艺、生产工艺下游技术大致可分为下游技术大致可分为4 4个阶段：个阶段：预处理和固液分离、初步分离（提取）、预处理和固液分离、初步分离（提取）、高度纯化（精制）、成品加工。高度纯化（精制）、成品加工。3 3、工艺过程中的控制、工艺过程中的控制1 1）首先要控制产品的收率和质量。）首先要控制产品的收率和质量。2 2）尽量减少分离提取的步骤，减少损失，提）尽量减少分离提取的步骤，减少损失，提高总收率。高总收率。例如例如:有有6 6步，每步收率为步，每步收率为90%90%，总收率只有，总收率只有53.1%53.1%，每步收率为，每步收率为95%95%，总收率只有，总收率只有73.5%73.5%。3 3）在条件允许的情况下，尽可能重复提取）在条件允许的情况下，尽可能重复提取。例如谷氨酸一步等电点结晶收率为例如谷氨酸一步等电点结晶收率为75%75%，结晶母液经过离子交换提取，二步收率结晶母液经过离子交换提取，二步收率为为65%65%，则总收率，则总收率 75%+75%+（1-75%)65%=91.2%1-75%)65%=91.2%4 4）采用步骤的次序要相对合理）采用步骤的次序要相对合理。10.4 10.4 生物技术下游技术发展动态生物技术下游技术发展动态 成本、质量、环境保护将是生物下游技术成本、质量、环境保护将是生物下游技术永久的发展方向和推动力。永久的发展方向和推动力。一、传统技术的提高和完善一、传统技术的提高和完善 蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子交蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子交换等传统技术的提高和完善。换等传统技术的提高和完善。二、新技术的研究和开发二、新技术的研究和开发1 1、新型分离介质的研究和开发、新型分离介质的研究和开发 膜、树脂和凝胶是目前主要的新型分离膜、树脂和凝胶是目前主要的新型分离介质介质。2 2、新型分离技术的开发新型分离技术的开发 各种分离纯化技术互相结合、交叉、渗各种分离纯化技术互相结合、交叉、渗透形成新的分离技术。膜蒸馏及渗透蒸透形成新的分离技术。膜蒸馏及渗透蒸发，离子交换色谱等。发，离子交换色谱等。3 3、发酵和下游工程的结合、发酵和下游工程的结合。