发酵产物的提取与精制方法
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发酵产物的提取与精制
❖ 2、絮凝作用 ❖ 絮凝是指使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子
量聚电解质），在悬浮粒子之间产生架桥作用而使 胶粒形成粗大的絮凝团的过程。
❖ 常用的絮凝剂 ❖ 聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺、聚胺衍生物、氯化钙、
磷酸氢二钠
❖ 絮凝技术预处理发酵液的优点不仅在于过滤 速度的提高，还在于能有效地去除杂蛋白质 和固体杂质，如菌体、细胞和细胞碎片等， 提高了滤液质量
（一）凝聚和絮凝技术
❖ 凝聚和絮凝能有效改变细胞、菌体和蛋白质 等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使 它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。
❖ 常用于细小菌体或细胞（分泌胞外产物）、 细胞的（分泌胞内产物）碎片以及蛋白质等 胶体粒子的去除。
❖ 但是应当注意，凝聚和絮凝是两种方法，两 个概念，其具体处理过程也是有差别的。
菌种对过滤速度影响
❖ 真菌的菌丝比较粗大，如青霉菌的菌丝直径可 达10μm，发酵液容易过滤，不需特殊处理。 其滤渣呈紧密饼状物，很容易从滤布上刮下来， 故可采用鼓式真空过滤机过滤。
❖ 放线菌发酵液菌丝细而分枝，交织成网络状。 如链霉素发酵液菌丝仅0.5~1.0μm左右，还含 有很多多糖类物质，粘性强，过滤较困难，一 般需经预处理，以凝固蛋白质等胶体。
✓该法不适于大规模操作，因为放大后，要输入
很高的能量来提供必要的冷却，这是困难的。
• 撞击破碎法
✓一种改进的高压方法是将浓缩的菌体悬
浮液冷却至-25˚C至-30 ˚C形成冰晶体， 利用500 MPa以上的高压冲击，冷冻细 胞从高压阀小孔中挤出。细胞破碎是由 于冰晶体的磨损，包埋在冰中的微生物 的变形所引起的。
一般工艺过程
❖ 一般说来，下游加工过程可分为4个 阶段：培养液(发酵液)的预处理和固 液分离；初步纯化(提取)；高度纯化 (精制)；成品加工。
木糖醇工艺
木糖醇工艺简介木糖醇是一种天然的甜味剂，具有低热值、不引起血糖反应、抗龋齿等特点，因此被广泛应用于食品、药品和化妆品等领域。
木糖醇的生产工艺主要包括废弃物利用、微生物发酵和化学合成等方法。
本文将对木糖醇的工艺流程、废弃物利用、微生物发酵和化学合成等方面进行全面、详细、完整和深入地探讨。
木糖醇工艺流程木糖醇的生产工艺主要包括以下几个步骤：原料准备木糖醇的原料可以来自于废弃物、植物纤维和化石燃料等。
废弃物利用是一种可持续发展的方式，可以将废弃物转化为有价值的木糖醇。
植物纤维中的木质素和纤维素可以通过预处理和水解等方法转化为木糖醇。
化石燃料中的木质素也可以通过化学合成的方式制备木糖醇。
水解反应水解是将木质素和纤维素等多糖类物质转化为木糖醇的关键步骤。
水解反应可以通过酸、碱或酶的作用来实现。
酸催化水解是一种常用的方法，可以在较短的时间内高效地将多糖类物质水解为木糖醇。
发酵反应微生物发酵是生产木糖醇的另一种常用方法。
发酵可以利用微生物的代谢活性将废弃物中的糖类转化为木糖醇。
常见的发酵微生物包括酵母菌和乳酸菌等。
发酵反应需要控制温度、pH值和营养物质等条件，以提高木糖醇的产量和纯度。
精制和提纯精制和提纯是木糖醇生产的最后一步。
通过蒸馏、结晶、吸附和过滤等方法可以去除杂质，提高木糖醇的纯度。
精制过程还可以回收和利用废水和废气等资源，实现资源循环利用。
废弃物利用废弃物利用是木糖醇生产的一种可持续发展方式。
废弃物中的木质素和纤维素等多糖类物质可以通过水解和发酵等方法转化为木糖醇。
废弃物利用不仅可以减少废弃物的排放，还可以提高木糖醇的生产效率和经济效益。
废弃物的选择废弃物的选择是废弃物利用的关键。
选择含有丰富木质素和纤维素的废弃物可以提高木糖醇的产量和纯度。
常见的废弃物包括秸秆、木屑、麦秸、稻壳等。
水解和发酵废弃物中的木质素和纤维素需要经过水解和发酵等步骤才能转化为木糖醇。
水解可以通过酸、碱或酶的作用来实现，发酵则需要选择适宜的微生物和培养条件。
发酵产物的提取与精制方法
2008-4-22
• 依次类推：可得经几次提取后，原溶液中残
留物质量Wn。
WnW0(KKVVS)n
• 如果知道某物质的分配系数和给定的提取率， 则可计算出能达到此条件的最适萃取次数。
2008-4-22
二、 常用溶媒萃取工艺 （1）单级提炼法 （2）多次提炼法
2008-4-22
（3）多极对流萃取 • 萃余相顺序通过各级，并与新鲜溶剂接触进行萃
取，传质推动力大，萃取效果好； • 各级所得萃取相分别排出，然后汇集在一起脱除
溶剂得萃取液，溶剂回收循环使用，溶剂回收设 备简单； • 因每级均加入新鲜溶剂，故溶剂耗用量大，回收 费用高，而且萃余液组分浓度低。
2008-4-22
一、下游加工技术的重要性 1.产品分离纯化是最终获得商业产品的环
节。 2.投资费用高（抗生素、乙醇、柠檬酸占
2008-4-22
（3）双电子层理论 • 一切能被含有电解质的溶液润湿的固体表面，
都可以吸附这种溶液中某一异性离子而形成 双电子层。 • 内层：固体离子运动时，内层也随之运动。 • 外层：外层离子，随着外面溶液浓度和pH的 变化而改变着。
2008-4-22
• [离子]降低时，双电层厚度加大；[离子]升 高时，双电子层厚度降低。溶液中离子价数 越高，吸引力就加强，双电层厚度就降低， 反之就增大。
K = CT/CB
2008-4-22
应用： • 对温度无影响 • 不损害生物活性 • 采用生物特异性的配基可以提高选择性
可用于澄清发酵液分离，也可用于处理细 胞悬浮液。
2008-4-22
（2）反微团（reversed micelles）萃取 • 机理：带电蛋白质与反微团极性头之间的
静电作用力是蛋白质从水相迁入有机相， 改变条件后又可以回到水相。 • 应用：阴离子表面活性剂OT（AOT）
• 依次类推：可得经几次提取后，原溶液中残
留物质量Wn。
WnW0(KKVVS)n
• 如果知道某物质的分配系数和给定的提取率， 则可计算出能达到此条件的最适萃取次数。
2008-4-22
二、 常用溶媒萃取工艺 （1）单级提炼法 （2）多次提炼法
2008-4-22
（3）多极对流萃取 • 萃余相顺序通过各级，并与新鲜溶剂接触进行萃
取，传质推动力大，萃取效果好； • 各级所得萃取相分别排出，然后汇集在一起脱除
溶剂得萃取液，溶剂回收循环使用，溶剂回收设 备简单； • 因每级均加入新鲜溶剂，故溶剂耗用量大，回收 费用高，而且萃余液组分浓度低。
2008-4-22
一、下游加工技术的重要性 1.产品分离纯化是最终获得商业产品的环
节。 2.投资费用高（抗生素、乙醇、柠檬酸占
2008-4-22
（3）双电子层理论 • 一切能被含有电解质的溶液润湿的固体表面，
都可以吸附这种溶液中某一异性离子而形成 双电子层。 • 内层：固体离子运动时，内层也随之运动。 • 外层：外层离子，随着外面溶液浓度和pH的 变化而改变着。
2008-4-22
• [离子]降低时，双电层厚度加大；[离子]升 高时，双电子层厚度降低。溶液中离子价数 越高，吸引力就加强，双电层厚度就降低， 反之就增大。
K = CT/CB
2008-4-22
应用： • 对温度无影响 • 不损害生物活性 • 采用生物特异性的配基可以提高选择性
可用于澄清发酵液分离，也可用于处理细 胞悬浮液。
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（2）反微团（reversed micelles）萃取 • 机理：带电蛋白质与反微团极性头之间的
静电作用力是蛋白质从水相迁入有机相， 改变条件后又可以回到水相。 • 应用：阴离子表面活性剂OT（AOT）
谷氨酸发酵的工艺流程
谷氨酸发酵的工艺流程
《谷氨酸发酵的工艺流程》
谷氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药和化工等领域。
发酵工艺是生产谷氨酸的主要方法之一，下面将介绍谷氨酸发酵的工艺流程。
1. 选择菌株：选择适合发酵生产的菌株是谷氨酸发酵工艺的第一步。
通常采用属于放线菌属或棒状杆菌属的菌株进行发酵。
这些菌株具有较高的谷氨酸产量和较好的耐受性。
2. 发酵培养基的配制：发酵培养基是支撑谷氨酸发酵的重要基础。
一般包括碳源、氮源、无机盐、生长因子等组成成分。
常用的碳源包括葡萄糖、麦芽糖等，氮源包括氨基酸、尿素等。
3. 发酵条件控制：发酵过程中的温度、pH值、氧气供应等条件都会影响谷氨酸的产量。
通常采用恒温发酵，温度一般控制在28-32摄氏度。
同时控制好培养基的pH值，通常在6.5-7.5之间。
氧气供应也是非常重要的，通过控制搅拌速度和通气量来保证充足的氧气供应。
4. 发酵过程监测：在发酵过程中需要对微生物生长、培养基中各种成分的消耗和产物的生成进行持续监测。
通过检测微生物生长曲线和培养基中各成分的浓度变化来掌握发酵情况，及时调整发酵条件以提高产量。
5. 发酵产物的提取与精制：发酵结束后，需要对发酵产物进行
提取和精制。
通常采用离心、过滤等方法将微生物分离，然后通过酸碱调节、浓缩、结晶等工艺步骤来得到纯净的谷氨酸产物。
通过以上工艺流程，谷氨酸发酵生产可以实现高效、稳定的产量，并且能够得到高纯度的产物，满足市场需求。
9发酵产物的提取与纯化
名称
密度/（kg/m3） 适用
干 湿
240~280 7.5~10
吸水率
备注
硅藻 土 珍珠 岩
130~190
250%
110~150
240~260
7.5
常用于抗 生素等提 取
• （二）细胞分离及破碎 • 固液分离操作常用方过程才能进一步进行产物 的提取分离，细胞分离往往是生物分离 的辅助步骤。 • 细胞破碎手段主要有机械法、酶法、物 理法和化学法等四大类。
• （二）萃取分离技术
• 溶剂萃取 • 双水相萃取 • 超临界萃取
• 1、溶剂萃取
• 利用欲提取的组分在溶剂中与原料液中 溶解度的差异来实现分离目的。
• 单级萃取 • 多级萃取
• 2、双水相萃取
• 用于蛋白质和核酸等生物大分子提取 • 常用的双水相有：PEG－葡聚糖和PEG －无机盐（磷酸盐、硫酸盐）。 • 双水相不仅可用于澄清发酵液处理，而 且还可以从含有菌体的原发酵液或细胞 匀浆中直接提取蛋白质。
• 3、使用助滤剂 • 发酵液中的胶体微粒被吸附到助滤剂微 粒上，而后者是不可压缩的，因而使压 缩性高的微生物菌体形成的滤饼可压缩 性大大降低，故可大大提高过滤速率。 • 常用助滤剂有硅藻土、珍珠岩等，对于 单细胞蛋白生产以及产物不能含硅的场 合，可使用淀粉作助滤剂。
常用助滤剂物化特性及助滤性能
• 3、盐析沉淀
利用各种生物分子在浓盐溶液中溶解度 的差异，通过向溶液中引入一定数量的 中性盐，使目的物或杂蛋白以沉淀析出， 达到纯化的目的。 • 优点：经济，不需特殊设备，操作简单， 安全，较少引起变性。通常蛋白质的分 离采用此法。
• 对于蛋白质的盐析沉淀，盐类选择原则为：
• （1）阴离子的沉淀效果顺序为： 柠檬酸根离子>PO33->SO42->CH3COO->Cl->NO3• （2）阳离子的沉淀效应顺序为NH4+>K+>Na+ • （3）加入固态盐类，以减少溶液的稀释。 • （4）加入盐的浓度应根据蛋白质大概浓度采用实 验或经验公式确定。
密度/（kg/m3） 适用
干 湿
240~280 7.5~10
吸水率
备注
硅藻 土 珍珠 岩
130~190
250%
110~150
240~260
7.5
常用于抗 生素等提 取
• （二）细胞分离及破碎 • 固液分离操作常用方过程才能进一步进行产物 的提取分离，细胞分离往往是生物分离 的辅助步骤。 • 细胞破碎手段主要有机械法、酶法、物 理法和化学法等四大类。
• （二）萃取分离技术
• 溶剂萃取 • 双水相萃取 • 超临界萃取
• 1、溶剂萃取
• 利用欲提取的组分在溶剂中与原料液中 溶解度的差异来实现分离目的。
• 单级萃取 • 多级萃取
• 2、双水相萃取
• 用于蛋白质和核酸等生物大分子提取 • 常用的双水相有：PEG－葡聚糖和PEG －无机盐（磷酸盐、硫酸盐）。 • 双水相不仅可用于澄清发酵液处理，而 且还可以从含有菌体的原发酵液或细胞 匀浆中直接提取蛋白质。
• 3、使用助滤剂 • 发酵液中的胶体微粒被吸附到助滤剂微 粒上，而后者是不可压缩的，因而使压 缩性高的微生物菌体形成的滤饼可压缩 性大大降低，故可大大提高过滤速率。 • 常用助滤剂有硅藻土、珍珠岩等，对于 单细胞蛋白生产以及产物不能含硅的场 合，可使用淀粉作助滤剂。
常用助滤剂物化特性及助滤性能
• 3、盐析沉淀
利用各种生物分子在浓盐溶液中溶解度 的差异，通过向溶液中引入一定数量的 中性盐，使目的物或杂蛋白以沉淀析出， 达到纯化的目的。 • 优点：经济，不需特殊设备，操作简单， 安全，较少引起变性。通常蛋白质的分 离采用此法。
• 对于蛋白质的盐析沉淀，盐类选择原则为：
• （1）阴离子的沉淀效果顺序为： 柠檬酸根离子>PO33->SO42->CH3COO->Cl->NO3• （2）阳离子的沉淀效应顺序为NH4+>K+>Na+ • （3）加入固态盐类，以减少溶液的稀释。 • （4）加入盐的浓度应根据蛋白质大概浓度采用实 验或经验公式确定。
微生物技术应用：第四章 微生物发酵产物的分离与纯化
三、分离纯化方法的综合运用与工艺优化
应作好工序间的衔接工作，从加工产物质量、 产物收率与纯度的平衡、时间与经济性等角度出 发，对影响工艺流程整体纯化效果的加工条件进 行优化：
1 收率与纯度之间的平衡 2 经济性考虑 3 工艺放大 4 纯化过程中对产品的检测
1 收率与纯度之间的平衡
发酵产品有效成分分离纯化过程中，产品的 纯度与产率之间是一对矛盾的关系。比如，微生 物发酵产物为药品时，其有效成分的纯度是衡量 其质量优劣的重要指标，特别是非肠道药物，其 纯度的高低直接关乎用药的安全性。纯化产品产 率的提高往往伴随着纯度的下降，反之对产品纯 度要求的提高意味着纯化成本的提高和产物收率 的降低。
微生物发酵产物的分离纯化
第二节 分离纯化技术
一、细胞破碎技术 二、沉淀分离纯化技术 三、离心分离纯化技术 四、膜分离纯化技术 五、层析分离纯化技术 六、萃取技术 七、冷冻干燥技术
第二节 分离纯化技术
一、细胞破碎技术
（一）发酵液的预处理和固液分离 目的：分离菌体和其他悬浮颗粒(细胞碎片、核 酸和蛋白质的沉淀物)；除去部分可溶性杂质和 改变滤液性质，以利于提取和精制的顺利进行。 方法：高价无机离子的去除方法，杂蛋白质的去 除，发酵液的凝聚和絮凝。
一、建立分离纯化工艺的根据
1.微生物发酵产物的特点
➢另一个特点是欲提取的生物物质通常很不 稳定，遇热、极端pH、有机溶剂会引起失 活或分解。
➢发酵或培养都是分批操作、生物变异性大， 各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一 定的弹性。
一、建立分离纯化工艺的根据
2.原理
（1）物理性质 ① 力学性质：重力、离心力、筛分； ② 热力学性质：状态变化、相平衡； ③ 传质性质：粘度、扩散、热扩散； ④ 电磁性质：电泳、电渗析、磁化；
发酵产物的提取和精制工作
葡聚糖、甘露聚糖和蛋白质等。
• ③其他真菌细胞壁主要由多糖组成，如几 丁质或纤维素强度比细菌和酵母菌高。
（2）常用的细胞破碎方法
• 细胞破碎的方法很多，根据外加作用力的 方式可分为机械法和非机械法两大类。
• 前者有珠磨法、高压匀浆法、超声波法、 X-press法；
• 后者有酶解法、化学法、物理法、干燥法 等。
• 滤饼过滤中，过滤介质为滤布。悬浮液通过 滤布时，固体颗粒被滤布阻挡而逐渐形成滤 饼。滤饼至一定厚度时即起过滤作用。
（1）影响发酵液过滤的因素
• 发酵液属非牛顿性液体，粘度大，过滤速 度慢。
• 过滤速度与菌体细胞体积、发酵条件、未 利用完的培养基浓度、消沫剂、发酵周期 等有关。
（2）改善发酵液过滤性能的方法
• ④助滤剂法：助滤剂如硅藻土吸附细菌细胞 改变滤饼结构，降低过滤阻力，加快过滤速 度。
• ⑤反应剂法：
3．细胞破碎与分离
• 微生物的代谢产物如果是胞内物质（如有 些酶制剂、干扰素、胰岛素等），那么首 先要收集菌体，进行细胞破碎。
• （1）微生物细胞壁的组成与结构： • ①细菌细胞壁： • ②酵母菌细胞壁比G+菌稍厚，主要成分是
• （3）含有色素、热源物质、毒性物质等有 机杂质。
• （4）发酵产物稳定性低，对热、酸、碱、 有机溶剂、酶、机械力等敏感，不适宜条件 下易失活或分解。
2．提取和精制
• 提取和精制是为了从发酵液中获得高纯度 的、符合质量标淮要求的发酵成品。
• 发酵产物存在形式不同，用途各异，产品 质量要求不同，分离纯化步骤有所不同。
• ②变性法：加热变性、酸碱变性、有机溶 剂变性等。
• ③吸附法：吸附剂和沉淀剂的吸附作用。
• （3）色素及其他物质的去除
• ③其他真菌细胞壁主要由多糖组成，如几 丁质或纤维素强度比细菌和酵母菌高。
（2）常用的细胞破碎方法
• 细胞破碎的方法很多，根据外加作用力的 方式可分为机械法和非机械法两大类。
• 前者有珠磨法、高压匀浆法、超声波法、 X-press法；
• 后者有酶解法、化学法、物理法、干燥法 等。
• 滤饼过滤中，过滤介质为滤布。悬浮液通过 滤布时，固体颗粒被滤布阻挡而逐渐形成滤 饼。滤饼至一定厚度时即起过滤作用。
（1）影响发酵液过滤的因素
• 发酵液属非牛顿性液体，粘度大，过滤速 度慢。
• 过滤速度与菌体细胞体积、发酵条件、未 利用完的培养基浓度、消沫剂、发酵周期 等有关。
（2）改善发酵液过滤性能的方法
• ④助滤剂法：助滤剂如硅藻土吸附细菌细胞 改变滤饼结构，降低过滤阻力，加快过滤速 度。
• ⑤反应剂法：
3．细胞破碎与分离
• 微生物的代谢产物如果是胞内物质（如有 些酶制剂、干扰素、胰岛素等），那么首 先要收集菌体，进行细胞破碎。
• （1）微生物细胞壁的组成与结构： • ①细菌细胞壁： • ②酵母菌细胞壁比G+菌稍厚，主要成分是
• （3）含有色素、热源物质、毒性物质等有 机杂质。
• （4）发酵产物稳定性低，对热、酸、碱、 有机溶剂、酶、机械力等敏感，不适宜条件 下易失活或分解。
2．提取和精制
• 提取和精制是为了从发酵液中获得高纯度 的、符合质量标淮要求的发酵成品。
• 发酵产物存在形式不同，用途各异，产品 质量要求不同，分离纯化步骤有所不同。
• ②变性法：加热变性、酸碱变性、有机溶 剂变性等。
• ③吸附法：吸附剂和沉淀剂的吸附作用。
• （3）色素及其他物质的去除
发酵产物分离纯化
2、溶剂萃取法
利用不同物质在不同的溶剂中具有不同的溶 解度的原理来进行不同物质的分离纯化。
一般采用有机溶剂萃取法
适用于抗生素等小分子物质的分离纯化
3、双水相萃取法
双水相系统是指某些高聚物之间或高聚物 与无机盐之间在水中以适当的浓度溶解会 形成互不相溶的两水相或多水相系统。通 过溶质在相间的分配系数的差异而进行萃 取的方法即为双水相萃取。
（1）盐析法
中性盐的加入，破坏了蛋白质、酶的胶体 性质，中和微粒上的电荷，促使蛋白质等 的沉淀，多用于提取各种蛋白质和酶。
中性盐一般为硫酸铵。
（2）有机溶剂沉淀法
与水互溶的有机溶剂（乙醇、丙酮等） 能使蛋白质在水中的溶解度显著降低。
多用于生物小分子、多糖、核酸和蛋白 质等产品的提取。
有机溶剂在这个过程的主要作用：
易于进行连续化操作。 相分离过程温和 ,生化分子如酶不易受到破
坏。 选择性高、收率高。 操作条件温和。
4、吸附法
吸附作用：固体表面的分子或原子具有不 饱和的剩余力，即存在表面力，所以它们 能够吸附外界物质，使这些外界物质在吸 附剂表面形成多分子层或单分子层，而降 低固体表面能，使自身达到稳定状态。一 般将物质从流体相浓缩到固体表面的过程 成为吸附作用。
降低溶液的介电常数，因为分子间的静电 引力和溶剂的介电常数成反比，加入有机 溶剂，蛋白质分子间的引力增加，溶解度 降低。
有机溶剂的另一作用是部分地引起蛋白质 脱水而沉淀。
（3）等电点沉淀法
调节溶液pH至等电点处，可使两性电解质 所带净电荷为零，相邻分子之间由于没有静 电斥力而趋于沉淀。
适用于氨基酸、蛋白质和其他两性物质的沉 淀分离。
③ 生物破碎法
加酶促进法 利用生物酶消化溶解细胞壁和细胞膜的方法。
微生物发酵工艺流程
微生物发酵工艺流程主要包括以下步骤：
1.菌种选择与培养：根据生产需要，选择适合的微生物菌种，并进行培养，以获得大量活菌体。
2.种子扩大培养：将选择的菌种进行扩大培养，以获得足够数量的菌体。
3.发酵原料准备：根据生产需要，准备适量的发酵原料，如葡萄糖、淀粉、蛋白质等。
4.灭菌处理：对发酵原料进行灭菌处理，以消除杂菌和有害微生物。
5.接种与发酵：将培养好的菌种按照一定比例接入灭菌后的原料中，在适宜的发酵条件下进行发酵。
6.产物提取与精制：发酵结束后，通过适当的提取和精制方法，将目标产物从发酵液中提取出来并进行精制。
7.产品质量检测与质量控制：对提取的产物进行质量检测和质量控制，以确保产品质量符合相关标准和客户要求。
8.废水处理：对发酵过程中产生的废水进行处理，以消除有害物质和异味。
以上是微生物发酵工艺流程的一般步骤，具体的工艺流程可能会因不同的微生物、不同的原料和不同的产品而有所差异。
在实际生产中，需要根据具体情况进行选择和调整。
产物的提取与精制
引入新技术
关注并引入先进的提取和精制技术，如超临界流体萃取、分子蒸馏 等，以提高产物的纯度和收率。
提取与精制的未来发展趋势
绿色环保
随着环保意识的提高，开发环保 友好型的提取和精制方法将成为 未来的重要趋势，如利用生物质 资源进行提取和精制。
智能化与自动化
利用现代信息技术和自动化技术， 实现提取与精制的智能化和自动 化，提高生产效率和产品质量。
壳聚糖
03
蟹壳、虾壳等动物壳经过脱乙酰化处理后得到壳聚糖，可用于
生产壳聚糖保健品和生物材料。
矿物产物的提取与精制案例
铁矿石
铁矿石经过破碎、磨碎、选矿和冶炼等工艺，提取出铁元 素，再经过精制得到各种规格的铁矿石和钢材。
稀土元素
稀土元素在自然界中通常以混合物形式存在，经过提取、 分离和纯化等工艺，得到高纯度的稀土元素，可用于生产 稀土永磁材料、荧光材料等高科技产品。
精制
对粗制品进行进一步的处理，如 结晶、蒸馏、离子交换等，得到 高纯度的目标产物。
原料准备
选择合适的原料，进行预处理， 如破碎、研磨、溶解等。
产物纯度检测与质量评估
对最终产物进行纯度检测和质量 评估，确保达到预期的纯度和质 量要求。
03
提取与精制的关联
提取与精制的相互影响
提取过程对精制的影响
提取过程中可能会引入杂质或使产物 发生化学变化，影响后续精制的效率 和产品质量。
利用混合物中各组分的沸点不同，通过加热使各组分蒸发，再冷凝收 集的方法。
电解法
利用电解原理，将电解质溶液中的金属离子或带电微粒在电极上放电， 从而提取出金属或其它物质。
精制原理
溶解度差异
利用不同物质在不同溶剂中的溶解度差异，选择 合适的溶剂进行分离。
关注并引入先进的提取和精制技术，如超临界流体萃取、分子蒸馏 等，以提高产物的纯度和收率。
提取与精制的未来发展趋势
绿色环保
随着环保意识的提高，开发环保 友好型的提取和精制方法将成为 未来的重要趋势，如利用生物质 资源进行提取和精制。
智能化与自动化
利用现代信息技术和自动化技术， 实现提取与精制的智能化和自动 化，提高生产效率和产品质量。
壳聚糖
03
蟹壳、虾壳等动物壳经过脱乙酰化处理后得到壳聚糖，可用于
生产壳聚糖保健品和生物材料。
矿物产物的提取与精制案例
铁矿石
铁矿石经过破碎、磨碎、选矿和冶炼等工艺，提取出铁元 素，再经过精制得到各种规格的铁矿石和钢材。
稀土元素
稀土元素在自然界中通常以混合物形式存在，经过提取、 分离和纯化等工艺，得到高纯度的稀土元素，可用于生产 稀土永磁材料、荧光材料等高科技产品。
精制
对粗制品进行进一步的处理，如 结晶、蒸馏、离子交换等，得到 高纯度的目标产物。
原料准备
选择合适的原料，进行预处理， 如破碎、研磨、溶解等。
产物纯度检测与质量评估
对最终产物进行纯度检测和质量 评估，确保达到预期的纯度和质 量要求。
03
提取与精制的关联
提取与精制的相互影响
提取过程对精制的影响
提取过程中可能会引入杂质或使产物 发生化学变化，影响后续精制的效率 和产品质量。
利用混合物中各组分的沸点不同，通过加热使各组分蒸发，再冷凝收 集的方法。
电解法
利用电解原理，将电解质溶液中的金属离子或带电微粒在电极上放电， 从而提取出金属或其它物质。
精制原理
溶解度差异
利用不同物质在不同溶剂中的溶解度差异，选择 合适的溶剂进行分离。
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阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）
（2）pH值
红霉素在pH9.8时，在乙酸戊酯与水相间的分配系数等于44.7， 而在pH5.5时，红霉素在水相与乙酸戊酯间的分配系数等于14.4。
（3）温度
（4）盐析 （5）带溶剂
带溶剂是指这样一种物质，能和被萃取物质形成复合物而易溶于溶
媒中，形成的复合物在一定条件下又容易分解
第十章 发酵产物的提取的两相之间分配系数的不同而 使溶质的得到纯化或浓缩的方法
根据参与溶质分配的两相不同分类： 液固萃取、溶媒萃取、双水相萃取、反胶团萃取、超临
界萃取
一、溶媒萃取法
1、溶媒萃取的基本原理 利用该物质在两种互不相溶的溶剂中溶解度的不同，使 之从一种溶剂转入另一种溶剂，从而使杂质去除
相的分离并节省了能源开支。
5、双水相萃取技术的特点
(1) 系统含水量多达75 %～90 % ,两相界面张力极低(10 7～10 – 4
N· m - 1) ,有助于保持生物活性和强化相际间的质
量传递
(2) 分相时间短(特别是聚合物/ 盐系统) ,自然分相时间一般 只有5～15min。
(3) 双水相分配技术易于连续化操作。
只要两聚合物水溶液的憎水程度有差异，混合时就可发生
相分离，且憎水程度相差越大，相分离的倾向也就大。
3、常用的双水相体系
高聚物/高聚物体系：聚乙二醇(简称PEG) / 葡聚糖(简称
Dextran) 和PEG/ Dextran
高聚物/无机盐体系：硫酸盐体系。常见的高聚物/ 无机 盐体系为: PEG/ 硫酸盐或磷酸盐体系。
萃取效率是以分配定律为基础的
Nernst 分配定律（1891）：在一定温度下，当某一溶
质在两种互不相溶的溶剂中分配达到平衡时，则该溶质
在两相中的浓度之比为一常数，称为分配系数。
C 对萃取操作来讲：萃取相和萃余相中溶质的浓度之
B
K CA
比就是分配系数；用K表示。 在达到平衡时，设溶质在萃取相中浓度为CA ；在萃 余相中为CB 。则：
(4) 目标产物的分配系数一般大于3 ,大多数情况下,目标产
物有较高的收率。
(5) 大量杂质能够与所有固体物质一起去掉,与其它常用固 液分离方法相比,双水相分配技术可省去1～2 个分离步骤, 使整个分离过程更经济。
(6) 设备投资费用少,操作简单,不存在有机溶剂残留问题。
6、双水相萃取的工艺流程
的选择依赖于萃取过程的目的和方向，在PEG/DEX系统
中，蛋白质的分配系数随着DEX相对分子量的增加而增加。 若想在上相获得较高的蛋白质收率，对于PEG聚合物，应 降低它的平均分子量，相反，若想在下相获得较高的蛋白 质收率，则平均分子量应增加。
（2） pH 值的影响
改变两相的电位差
如体系pH 值与蛋白质的等电点相差越大，则蛋白质在 两相中分配越不均匀。
pH 值的变化也会导致组成体系的物质电性发生变化，也 会使被分离物质的电荷发生改变，从而影响分配的进行。
（3）离子环境对蛋白质在两相体系分配的影响
在双水相聚合物系统中，加入电解质时，其阴阳离 子在两相间会有不同的分配。同时，由于电中性的约束, 存在一穿过相界面的电势差(Donnan 电势) ,它是影响荷电
大分子如蛋白质和核酸等分配的主要因素。同样，对于粒
子迁移也有相似的影响，粒子因迁移而在界面上积累。故 只要设法改变界面电势，就能控制蛋白质等电荷大分子转 入某一相。
（4）温度的影响
分配系数对温度的变化不敏感
成相聚合物对蛋白质有稳定化作用,所以室温操作活性
收率依然很高,而且室温时粘度较冷却时(4 ℃) 低,有助于
K
CA
CB
2、常用溶媒萃取的工艺 （1）单级提炼法
溶剂 提取液
混合器
分离器
残余液 发酵液
（2）多次提炼法
溶剂
提取液
溶剂
提取液
溶剂
提取液
混合器
分离器
混合器
分离器
混合器
分离器
发酵液 残余液 残余液 残余液
（3）、多级对流萃取
溶剂 最后提取液 提取液 A 90% 第 一 混 合 器 分 离 器 A 70% 提取液 第 二 混 合 器 第 三 混 合 器
A 50%
分 离 器
分 离 器
发酵液 一级
残余液 二级
残余液 三级
最后残余液
3、影响溶媒萃取的主要因素
(1)乳化与去乳剂 乳化：液体分散在另一不相溶的液体中的分散体系 乳浊液的形式：水包油、油包水 常用的去乳化的方法：过滤和离心、加热、稀释法、加电 解质、吸附法、顶替法、转型法
常用去乳剂：阳离子表面活性剂（溴代十五烷基吡啶）
4、双水相相平衡关系
5、影响物质分配平衡的因素
（1）聚合物及其分子量的影响
不同聚合物的水相系统显示出不同的疏水性，水溶液中
聚合物的疏水性按下列次序递增:
葡萄糖硫酸盐< 甲基葡萄糖< 葡萄糖< 羟丙基葡聚糖< 甲基纤维素< 聚乙烯醇< 聚乙二醇< 聚丙三醇
同一聚合物的疏水性随分子量增加而增加，其大小
国内自20世纪80 年代起也开展了双水相萃取技术研究。
2、双水相的形成
将两种不同的水溶性聚合物（或盐溶液）的水溶液混合 时，当聚合物浓度达到一定值，体系会自然的分成互不相 溶的两相，这就是双水相体系
形成原因：由于高聚物之间的不相溶性，即高聚物分 子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，从 而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。一般认为
例如：链霉素在中性下能与二异辛基磷酸酯结合，从而在水相萃
取到三氯乙烷中，然后在酸性下再萃取到水相
二、双水相萃取
1、发展历史
始于20 世纪60年代,从1956 年瑞典伦德大学Albertsson
发现双水相体系
1979 年德国GBF 的Kula 等人将双水相萃取分离技术应 用于生物产品分离
双水相萃取技术的工艺流程主要由三部分构成:目的产 物的萃取; PEG的循环; 无机盐的循环。
7、双水相的应用举例
分离和提纯各种蛋白质(酶） 用PEG/ -(NH4) 2SO4 双水相体系,经一次萃取从α- 淀粉 酶发酵液中分离提取α - 淀粉酶和蛋白酶, 萃取最适宜条件 为PEG1000 ( 15 %) -(NH4) 2SO4 (20 %) ,pH = 8 ,α- 淀粉 酶收率为90 % ,分配系数为19. 6 ,蛋白酶的分离系数高达 15. 1。比活率为原发酵液的1. 5 倍,蛋白酶在水相中的收