微生物工程12--发酵液的预处理和处理
一发酵液的预处理二凝聚和絮凝技术三发酵液的过滤
一.发酵液旳预处理： 二.凝聚和絮凝技术： 三.发酵液旳过滤：
一.生化分离工程旳工艺流程：
二.发酵液旳预处理技术：
目旳： 针对对象： 预处理措施： 高价离子旳清除： 杂蛋白质旳清除： 有色物质旳清除
三.凝聚和絮凝技术
凝聚技术 絮凝技术
凝聚技术
扩散双电层旳构造模型图 胶粒能保持分散状态旳原因 双电层特征旳表征和电动电位（ξ） 常用旳凝聚剂
常用絮凝剂旳种类：
1.聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）衍生物： 非离子型： 阴离子型：（含-COOH） 阳离子型：（含-NH2）
2.苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂 聚合铝盐 聚合铁盐
3.天然有机高分子絮凝剂 明胶 海藻酸钠 骨胶 甲壳素 甲酰胺 多聚糖类胶粘物
四.发酵液旳过滤：
常用旳凝聚剂
Al2(SO4)3.18H2O(明矾)，AlCl3.6H2O，FeCl3， ZnSO4，MgCO3
阳离子对负电荷旳胶粒凝聚能力顺序为： Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+因 常用絮凝剂旳种类
絮凝作用旳影响原因：
絮凝剂用量:絮凝效果呈钟形变化。 溶液旳pH：pH主要影响离子型絮凝剂中功能团 旳电离度，从而影响了分子链旳伸展状态，变化了 架桥能力。 搅拌速度和时间： 助滤剂：添加助滤剂能增长絮凝效果。
4.1 过滤方程式：
一般微生物旳发酵液多属非牛顿型液体，具可压缩性。 在恒压条件下，可压缩性滤饼旳比阻值rB视为常数，其过滤方 程为：
q2=2*Δp/(μ*rB*XB)*τ 据滤饼旳重量比阻rB可衡量不同发酵液过滤旳难易程度。 rB 越小越易过滤，单位面积滤液量q越大。
动物发酵工程—液体深层发酵
01
温度
02
pH
03
溶解氧
04
泡沫
05 营养物质的浓度
DNA重组含义
DNA重组与DNA杂交的区别
DNA杂交是在两条单链之间进行；DNA重组是在双链DNA片段 之间进行的。
自然界的DNA重组
例如：减数分裂；病毒侵染。
发酵设备
（一）机拌式发酵罐
01
通用式发酵罐
发酵设备
（一）机拌式Байду номын сангаас酵罐
02
自吸式发酵罐
一、深层发酵的操作方式
微生物分批生长的生长曲线 1.延滞期；2.加速生长期；3.指数生长期；
4.减速期；5.稳定期；6.衰亡期
一、深层发酵的操作方式
连续 发酵
01
连续发酵
所谓连续发酵，是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜
培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的
液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。稳定状态可以有
发酵设备
（二）通风搅拌式发酵罐
常用的有循环式通风发酵罐和高位塔式发酵罐
循环式通风发酵罐优点： ①发酵罐内没有搅拌装置，结构简单，清洗方便，加厂容易； ②由于取消了搅拌用的电机，而通风量与通用式发酵罐大致相等，所以动
力消耗有很大降低。
高位塔式发酵罐则将空气由罐底导入，经筛选板逐渐上升的同时带动发酵 液上升，又通过有液封作用的降液管下降形成循环。
动物生物技术
3. 液体深层发酵
第一章
液体深层发酵
一、深层发酵的操作方式
（一）分批发酵
营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气进入和尾气排 出，与外部没有物料交换。它除了控制温度、ph及通气以外，不进行任何其他控制 ，操作简单。但从细胞所处的环境来看，则有明显改变。
生物分离工程复习资料
第一章绪论生物工程学：亦称生物技术，是指通过技术手段，利用生物体或生物过程生产有经济价值产品的学科。
研究领域：基因工程、细胞工程、微生物工程、酶工程。
生物分离工程：指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程，因它处于整个生物产品生产过程的后端，又称为生物工程下游技术。
研究内容：研究目标产品及基质的性质；分离、纯化技术的选择。
直接产物：由发酵直接生产，分离过程由发酵罐流出物开始；间接产物：由发酵过程得到的细胞或酶，再经转化和修饰得到产品。
分离：指利用混合物中各组分在物理性质或化学性质上的差异，通过适当的装置和方法，使各组分分配至不同的空间区域或者在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。
生物分离纯化过程：指利用产物与杂质理化性质的不同，从发酵液中提取、分离、纯化产物的过程。
生物分离工程流程：1、发酵液的预处理：离心和过滤是最基本的单元操作，凝聚和絮凝可加速固液两相的分离。
2、产物的提取：主要是去除与目标产物性质有很大差异的杂质，使目标产物的纯度和浓度有较大程度的提高。
吸附，萃取，沉淀。
3、产物的精制：用于去除与目标产物有类似化学功能和物理性质的杂质。
首选色谱分离技术，涉及色谱技术有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱等。
4、成品的加工处理：产品的加工方式是由产物的最终用途和要求所决定的，浓缩、结晶和干燥。
生物分离纯化工艺过程的选择依据：1生产成本要低；2工艺步骤要少；3操作程序要合理；4适应产品的技术规格；5生产要有规模；6产品具有稳定性；7环保和安全要求；8生产方式。
生物分离过程的特点：一、体系特殊：1、原料液的特点：原料液体系复杂；存在与目标分子结构相近的分子及异构体；产物浓度很低；产物活性易降低或失活。
2、对产物的要求：目标物具有活性；产物高纯度；副作用小。
二、工艺流程特殊：1、工艺设计：操作条件特殊；多种高选择技术结合使用；优化设计分离过程和各个单元操作；要求设计工艺流程具有一定的适用范围。
分离工程思考题(1)
（—）⏹1 生物工程下游技术的主要内容、根本任务和主要目标？⏹2 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？⏹3 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？⏹4 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？⏹5 分离纯化的得率与纯化倍数如何计算？⏹6 现化生物分离技术研究方向有哪些特点？（二）1.为什么要进行发酵液预处理？处理的目标及内容分别是什么？①.发酵液多为黏度大的悬浮液；②.目标产物在发酵液中的浓度常较低；③.成分复杂，固体粒子可压缩性大，悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大。
因此，不易通过过滤或离心进行细胞分离。
对发酵液进行适当的预处理，以便于固液分离，使后续的分离纯化工序顺利进行。
发酵液的预处理过程包括：①发酵液杂质的去除，包括除去杂蛋白、无机盐离子以及色素、热原、毒性物质等有机物质；②改善发酵液的处理性能，主要通过降低发酵液的黏调节适宜的PH值和温度、絮凝和凝聚。
2.发酵液金属离子的去除方法分别有哪些？（1）钙离子的去除⏹加入草酸，生成草酸钙，沉淀去除。
⏹草酸与镁离子结合生成草酸镁，去除Mg2+⏹草酸酸化发酵液，改变其胶体状态，有助于目标产物转入液相。
⏹在用量大时，可用其可溶性盐。
⏹反应生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固，提高滤液质量。
（2）镁离子的去除⏹可加入三聚磷酸钠，形成络合物。
⏹还可用磷酸盐处理，大大降低钙和镁离子。
（3）铁离子的去除⏹一般用黄血盐去除，形成普鲁士蓝沉淀。
3.杂蛋白去除的方法和机理分别是什么？去除方法主要有：盐析法、等电点沉淀法、加热法、有机溶剂沉淀法、吸附法等盐析：在蛋白质溶液中加入一定量的中性盐（如硫酸铵、硫酸钠、氯化钠等）使蛋白质溶解度降低并沉淀析出的现象称为盐析（salting out）。
这是由于这些盐类离子与水的亲和性大，又是强电解质，可与蛋白质争夺水分子，破坏蛋白质颗粒表面的水膜。
另外，大量中和蛋白质颗粒上的电荷，使蛋白质成为既不含水膜又不带电荷的颗粒而聚集沉淀。
《生化分离工程》思考题及答案
《生化分离工程》思量题及答案第一章绪论1、何为生化分离技术？其主要研究那些内容？生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。
2、生化分离的普通步骤包括哪些环节及技术？普通说来，生化分离过程主要包括 4 个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调 PH、凝结和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。
3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？特点： 1、目的产物在初始物料(发酵液)中的含量低； 2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代谢物(几百上千种)、培养基成份、无机盐等； 3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH 值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感； 4、对最终产品的质量要求高重要性：生物技术产品普通存在于一个复杂的多相体系中。
惟有经过分离和纯化等下游加工过程，才干制得符合使用要求的产品。
因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。
在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的 50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部份占总成本的 40~80％；精细、药用产品的比例更高达 70~90％。
显然开辟新的分离和纯化工艺是提高经济效益或者减少投资的重要途径。
5、为何生物技术领域中往往浮现“丰产不丰收”的现象？第二章预处理、过滤和细胞破碎1、发酵液预处理的目的是什么？主要有那几种方法？目的：改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉降的速率；出去大部份可溶性杂质，并尽可能使产物转入便于以后处理的相中(多数是液相)，以便于固液分离及后提取工序的顺利进行。
：①加热法。
升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常用于粘度随温度变化较大的流体。
控制适当温度和受热时间，能使蛋白质凝结形成较大颗粒，进一步改善发酵液的过滤特性。
食品生物技术概论廖威第四章发酵工程及其在食品工业
。
本世纪50年代以后，乍得把螺旋藻制成食品其商品 名为“Dihe”；
1964年，比利时植物学家Jean Lenoard从食用螺旋 藻和出售的“Dihe”中，分离出螺旋藻，在实验室进 行培养试验， 1967年3月首次发表了实验结果，为螺 旋藻的人工养殖开创了先例
螺旋藻的形态
螺旋藻的形态、分类及生态
螺旋藻有两种类型： 钝顶螺旋藻：主要特征是藻丝末端细胞钝圆，
藻丝宽约6~8µm，螺旋直径为28~36µ m ，螺距 约为43-57µm；
极大螺旋藻：其特征为藻丝末端细胞略粗，藻 丝约为3.4~15µm，螺旋直径约为40-67µm，螺距 为33~76µm。
螺旋藻的生态 螺旋藻可以在土壤、沼泽、淡水、盐水、
矿物质
lOOg螺旋藻干粉中含钾高达1 500-2000mg，含 镁200 ~ 300mg，含铁50-100mg，而钠的含量甚 微。钾能促进人体内钠的排泄，可预防高血压； 镁具有保护人体循环器官、预防心脏病等功能； 铁具有造血功能。另外，螺旋藻还含有微量元 素硒、锌、锰等
螺旋藻的营养类型
1、光合自养型：
1、烷烃类和石油化工产品 如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。 2、各种有机废料和一些糖类物质 有机废料：如食品厂、酿造厂、造纸厂等废弃物 以及农作物秸杆等。 糖类物质：如糖蜜、淀粉类物质等。
(2) SCP的发酵生产工艺
一般SCP生产的概略流程图
(3) SCP的分离和纯化
SCP的发酵产品为菌体本身，分离工艺较 简单，过滤得到的菌体再用冷水洗涤，再过滤 得到酵母浓缩物，以30℃的热风干燥，并制成 块状或粒状。
(2)温度：螺旋藻的最适生长温度为35 ~ 37℃。 (3)氮源：螺旋藻除能利用无机氮外，还能利 用尿素。 (4)光照：当营养和温度正常的情况下，光照 就成为影响螺旋藻生长的一个重要因素。
发酵工程实验实验指导书
发酵工程实验指导书（2014版）宁波大学海洋学院2014.09发酵工程实验指导书目录实验一乳酸菌的分离与初步筛选实验实验二乳酸菌的初步鉴定实验实验三乳酸菌菌种保藏实验实验四乳酸菌的培养与发酵实验实验五乳酸菌发酵产物的分析与测定实验六发酵罐操作训练发酵工程实验指导书（2014版）３实验一 乳酸菌的分离与初步筛选实验一、 实验目的及要求1、 掌握从环境样品中分离所需微生物的一般操作2、 掌握平板划线分离菌种的原理和操作方法3、 掌握利用透明圈法获得单菌落菌株的原理。
二、 实验原理自然样品中存在混杂的微生物，通过选择性培养基及样品稀释使形成细胞分散液，再通过固体培养基在合适的培养条件下培养形成单菌落，由此得到分离的纯培养菌株。
乳酸菌最基本的代谢特性是发酵产酸，待分离样品在合适的培养基和培养条件下，乳酸菌在特定设计的培养基中由于生长产酸产生溶钙形象，从而在培养基中产生透明圈，透明圈直径大小可反映菌落生长产酸量的大小，而不是乳酸菌或不产生酸积累的细菌不能产生透明圈。
三、 实验器材1、 待用分离样品（腌菜，各种泡菜，酸奶，植物汁液，等）；2、 培养基：MRS 培养基或改良乳酸菌分离培养基；无菌水；3、 器皿与设备：培养皿、移液管、试管、三角瓶、接种环、涂布棒、超净工作台、天平、采样瓶，培养箱，等。
四、 方法和步骤 1、 分离样品的采集 采样须知：结合乳酸菌菌种特性（文献资料查阅），获取乳酸菌在自然界或相关产品等的分布规律，设计样品采集范围。
采集样品经适当保存或立即处理。
2、 菌种的分离称取样品5g 或5ml →加到45ml 无菌水的三角瓶中（30℃恒温处理20分为佳）→充分震荡后（含玻璃珠）使其自然沉淀→用1ml 移液管吸取上清菌悬液1ml 至9ml 无菌水试管中→依次进行10倍稀释至10-4~10-5→用移液管吸取1mL 菌悬液至含碳酸钙的MRS 培养基平板中，涂布均匀→30℃恒温培养2~3天→观察菌落，分别挑取生长良好的含透明圈的可疑乳酸菌单菌落，分别移接至普通乳酸菌培养基的斜面试管，菌种编号，30℃恒温培养1~2天，长菌后在4℃冰箱保存待用。
《发酵工程》理论课教学大纲(供四年制本科生物工程专业使用)
《发酵工程》理论教学大纲(供四年制本科生物工程专业使用)I 前言发酵工程是生物学各专业本科生的专业课。
通过学习在工、农、医等方面的应用及发酵工艺的控制、发酵产物的提取、生产设备的结构，了解该学科的发展前沿、热点和问题，使学生牢固掌握发酵工程的基本理论和基础知识，为学生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。
本大纲适用于四年制本科生物工程专业使用。
现将大纲使用中有关问题说明如下：一为了使教师和学生更好地掌握教材，大纲每一章节均由教学目的、教学要求和教学内容三部分组成。
教学目的注明教学目标，教学要求分掌握、熟悉和了解三个级别，教学内容与教学要求级别对应，并统一标示（核心内容即知识点以下划实线，重点内容以下划虚线，一般内容不标示）便于学生重点学习。
二教师在保证大纲核心内容的前提下，可根据不同教学手段，讲授重点内容和介绍一般内容。
三总教学参考学时数：40学时，其中理论课36学时，实验课（参观）4学时。
理论与实验学时之比为9:1。
四教材：《微生物工程》，科学出版社出版，曹军卫主编，第二版，2007年3月。
Ⅱ正文第1章微生物工程概论一教学目的学习微生物工程的发展简史及其应用，发酵的一般过程。
二教学要求（一）了解微生物工程的发展简史。
（二）熟悉微生物工程的应用。
（三）掌握发酵的一般过程三教学内容（一）微生物工程的发展简史。
（二）微生物工程的应用（三）发酵的一般过程第2章生产菌种的来源一教学目的学习生产菌种的来源、分离方法。
二教学要求（一）掌握生产菌种的分离方法。
（二）掌握抗生素产生菌的分离。
（三）掌握氨基酸产生菌的分离。
三教学内容（一）生物物质产生菌的筛选过程。
（二）菌种的分离。
第3章微生物的代谢调节与代谢工程一教学目的通过本章的学习，学习初级代谢与次级代谢的概念、特点及二者的关系；微生物代谢的类型及关系；微生物代谢自我调节的方法及代谢调控方法；代谢工程的定义及方法。
二教学要求（一）了解微生物的代谢类型及关系。
（二）掌握初级代谢与次级代谢的概念、特点及二者的关系。
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微生物工程12--发酵液的预处理和处理
∙发酵液预处理的目的：改变发酵液的物理性质，加快悬浮液中固形物沉•降的速度；尽可能使产物转入便于以后处理的相中（多数是•液
相）；能够除去部分杂质。
∙
∙高价无机离子的去除方法Ca2＋
∙：草酸Mg2＋：Na5P3O10三聚磷酸钠Fe3＋：黄血盐
∙可溶性杂蛋白的去除方法
∙
∙ 1.等电点：蛋白质不带电荷，蛋白质凝聚。
这种方法一般和其他方法共用，如调节p H的同时，加入有机酸盐或重金属盐等使蛋白质沉淀。
∙
∙ 2.变性：1）加热，加热还能使液体粘度降低，加快过滤速度。
2）大幅度改变p H：在抗生素生产中，常将发酵液p H调至偏酸性范围(p
H2—3)或较碱性范围(p H8—9）使蛋白质凝固，一般以酸性下除去的
蛋白质较多。
3）加精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等：加有机溶
剂使蛋白质变性的方法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。
∙ 3.利用吸附作用除去蛋白质。
如在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸二氢钠，形成庞大的凝胶，将蛋白质、菌体和其他不溶性粒子
吸附并包裹在其中而沉淀。
∙
∙色素及其他物质的去除色素物质的来源：微生物生长代谢过程分泌的；
培养基的成分等。
常用的方法：离子交换剂、离子交换纤维、活性炭
等吸附法。
∙
∙2，改善过滤性能的方法
∙等电点
∙•蛋白质变性
∙•吸附
∙•凝聚和絮凝
∙•加入助滤剂
∙•直接在发酵液中形成填充
∙-凝固剂
∙•酶解作用
∙过滤助剂
∙•助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。
∙•过滤助剂可解决两个问题–滤饼的可压缩性问题–小粒子如菌丝碎片和细菌细胞，会渗入到转鼓真空过滤预覆盖层内部。
使得预覆盖层的部分孔被堵塞，影响了渗透性。
加入助滤剂
可以解决这一问题•常用的过滤助剂硅藻土、珍珠岩、磨碎的
木浆、淀粉
∙填充-凝固剂•改善过滤性能较好的方法是加入一些反应剂，它们能相互作用，或和某些溶解性盐类发生反应生成不溶解的沉淀(Ca SO4，Al PO4等)。
生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，
沉淀本身既可作为助滤剂，并且还能使胶状物和悬浮物凝固，如新生霉素发酵液中加入氯化钙和磷酸钠，生成的磷酸钙可作为填充-凝固剂。
一方面作为助滤剂，另一方面还可使某些蛋白质凝固。
正确选择反应剂和反应条件，能使过滤速度提高3~10倍。
∙酶解作用•如发酵液中有不溶解的多糖存在则最好用酶将它转化为单糖，以提高过滤速度。
例如万古霉素用淀粉作培养基，加入淀粉酶后，能使过滤速度加快。
∙固-液分离设备的选择
∙•不同性状的发酵液应选择不同的固-液分离设备。
常用于发酵液的分离设备有：
∙⎫板框压滤机
∙⎫鼓式真空过滤机
∙⎫离心沉降分离机微生物细胞的破碎
∙•微生物的代谢产物有的分泌到细胞或组织之外，例如细菌产生的碱性蛋白酶，霉菌产生的糖化酶等，称为胞外产物。
∙•还有许多是存在于细胞内，例如青霉素酰化酶，碱性磷酸酯酶等，称为胞内产物。
∙•对于胞外产物只需直接将发酵液预处理及过滤，获得澄清的滤液，作为进一步纯化的出发原液，
∙•对于胞内产物，则需首先收集菌体进行细胞破碎，使代谢产物转入液相中，然后，再进行细胞碎片的分离。
∙
∙影响破碎的因素：
∙ 1.压力、温度和通过匀浆器阀的次数。
∙ 2.微生物的种类和培养条件
∙ 3.高压匀浆器阀门的设计也有影响。
如阀座呈刀口状比平面阀座破碎率高。