发酵液的预处理

1、生物制药工艺技术课程教学方案教师：宋健 授课专业生物技术及应用、生物制药技术上课地点多媒体教室授课时间第 周学习内容项目8、发酵产物的提取和精制 发酵液的预处理课时教学目标知识目标 掌握发酵液预处理的方法原理及其应用；技能目标 能使用盐析法、有机溶剂沉淀法对发酵液进行预处理；素质目标认真、细致规范操作、有安全意识、节约意识、环保意识。教学重点难点重点：发酵液预处理的方法原理；难点：预处理方法的选择；目标群体学生在前面学习了应用微生物基础，生物化学的具备了微生物生理特点及代谢的基础知识。教学环境教室、实训室教学方法1、理论讲授 2、实训课：讲授、演示与学生操作，教学做一体化 时间安排教学过程设计

2、 课型 理论课：多媒体辅助讲授组织教学 课前5分钟演讲或安全教育教授新课 任务二 发酵液的预处理一、发酵醪的一般特征 1、含水量高，一般可达9099% 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 5、液体黏度大，大多为非牛顿型流体 6、产物性质不稳定二、发酵醪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、发酵醪预处理的要求:（1）菌体的分离（2）固体悬浮物的去除（3）蛋白质的去除（4）重

3、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）改变发酵醪的性质（7）调节适宜pH值和温度三、预处理的方法：1、加热法： 降低悬浮液的黏度，除去某些杂蛋白，降低悬浮物的最终体积，破坏凝胶状结构、增加滤饼的空隙度，不适用热敏性的物质。2、调节悬浮液的pH 通过调节发酵醪pH到蛋白质的等电点使蛋白质沉淀，同时络合重金属离子； 常用的酸化剂有草酸、盐酸、硫酸和磷酸3、凝聚和絮凝 凝聚：在投加的化学物质（比如水解的凝聚剂，像铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚成1mm大小块状凝聚体的过程。 凝聚剂的作用：有些是对初始粒子表面电荷的简单中和，另一些是消除双电荷层（采用中性

4、盐例如NaCl等）而脱稳，还有些是通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合而产生凝聚。絮凝：使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。凝聚剂和絮凝剂的种类：（1）凝聚剂：主要是无机类电解质，大多为阳粒子无机盐类：硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、三氯化铁、 氯化铝、硫酸锌、硫酸镁、铝酸钠；金属氧化物类：氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化钙、石灰；聚合无机盐类：聚合铝、聚合铁（2）絮凝剂（按官能团分） 阴离子、阳离子、非离子 丙烯酰胺经不同的改性可成为上述三种类型之一 絮凝剂比凝聚剂贵 絮凝剂的最佳使用剂量：粒子表面积约有一半被

5、聚合物覆盖时所用的絮凝剂量。4、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5、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。 6、添加酶制剂： 比如：加酶将多糖转化为

6、单糖四、菌体的分离方法（1）离心分离 管式高速离心机、碟片式离心机（2）过滤 真空过滤机、板框过滤机、五、细胞破碎 细胞破碎的意义 微生物代谢产物大多数分泌到胞外，但有些目标产物存在细胞内部。目前重组DNA技术，表达的产品（如胰岛素、干扰素、白细胞介素等），都是胞内产物。首先必须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进一步提取。常用破碎方法 机械法：珠磨法、高压匀浆法、超声波破碎法、X-press法等 非机械法：酶溶法、化学渗透法、冻融法、干燥法等1、机械破碎法 特点：处理量大、破碎效率高、速度快； 原理：对物料的挤压和剪切作用； 主要方法：高压匀浆 珠磨 超声波破碎高压匀浆：（1）原理：细胞悬浮液

7、在高压作用下从阀座与阀之间的间隙高速喷出后撞击到碰撞环上，细胞在受到高速撞击后，急速释放到低压环境，在撞击力与剪切力的综合作用下破碎。（2）影响破碎率的因素： 细胞壁、 压力、温度、通过匀浆器的次数 不适合丝状真菌及包含体的基因工程菌珠 磨：工作原理：进入珠磨机的细胞悬浮液与极小的研磨剂，即微球（玻璃小珠、石英砂、氧化铝d1mm）一起快速搅拌，细胞与微球之间互相碰撞、剪切，使细胞破碎，释放内含物。特点：微球粒径与目标细胞的直径比应在30-100之间，适宜的微球粒径,可以使破碎效率最高；破碎过程产生热能，要注意热交换；适用范围：适用于绝大多数微生物细胞的破碎；珠磨法的破碎率一般控制在80%。 超

8、声波破碎：1、工作原理在超声波的作用下，液体发生空化作用，空穴的形成，增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎2、影响因素：声频、声能、处理时间、细胞浓度、菌种类型3、特点：1）适应于实验室规模的应用（操作简单、液量损失少，可加冰或加冷水，大规模操作时，声能传递和散热困难）2）易失活物质不宜用（超声波可促使产生一些化学自由基因使物失活）3）G-杆菌破碎效果好，酵母菌效果差2、非机械法（1）酶溶法：（2）化学法 利用化学试剂溶解细胞壁或抽提细胞中某些组分的方法 酸碱来调节溶液的pH 有机溶剂：甲苯 表面活性剂：都是两性化合物，分子中有一个亲水基团和一个疏水基团，在适当的pH值和离子强度下，他们聚集在一起形成微胶束，使膜的通透性改变或使之溶解（3）物理法 渗透压冲击法：将细胞放在高渗透压的介质中，达到平衡后，转入到低渗透压的缓冲液或纯水