第十二章发酵产物的提取与精制概论(6)
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第十二章微生物发酵技术
3.发酵后处理
(1)过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温
(2)提炼用溶媒萃取法。将发酵滤液酸化至pH 2，加1/3体积的 醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离，得一次BA提取液。 然后以1.3 % ～ 1.9 %NaHCO3在pH 6.8 ～ 7.1条件下将青 霉素从BA中提取到缓冲液中。再调pH至2.0，将青霉素从 缓冲液再次转入到BA中，方法同上，二次BA提取液。
第一节 微生物发酵概论
一、微生物发酵的概念及发展史
❖ 1857年巴斯德提出著名发酵理论：“一 切发酵过程都是微生物作用的结果。” ❖ 1929年Flemming爵士发现了青霉素，增加一大类新产品-抗生素。 ❖ 20世纪40年代，以获取细菌的次生代谢产物-抗生素为主要特征的抗生素工业成为微
生物发酵工业技术的支柱产业。 ❖ 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的 生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵 过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、 产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严 格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
第十二章 微生物发酵技术
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
(1)过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温
(2)提炼用溶媒萃取法。将发酵滤液酸化至pH 2，加1/3体积的 醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离，得一次BA提取液。 然后以1.3 % ～ 1.9 %NaHCO3在pH 6.8 ～ 7.1条件下将青 霉素从BA中提取到缓冲液中。再调pH至2.0，将青霉素从 缓冲液再次转入到BA中，方法同上，二次BA提取液。
第一节 微生物发酵概论
一、微生物发酵的概念及发展史
❖ 1857年巴斯德提出著名发酵理论：“一 切发酵过程都是微生物作用的结果。” ❖ 1929年Flemming爵士发现了青霉素，增加一大类新产品-抗生素。 ❖ 20世纪40年代，以获取细菌的次生代谢产物-抗生素为主要特征的抗生素工业成为微
生物发酵工业技术的支柱产业。 ❖ 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的 生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵 过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、 产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严 格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
第十二章 微生物发酵技术
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
第12章柠檬酸发酵生产.ppt
(7)发酵副产物少，有利于产品提取，所得产 品质量高。
操作方法：在种子培养基中添加硫酸铵0.3%～ 0.5％拌匀，待种子培养基冷至约35℃接入黑 曲霉麸曲，于35℃下通风培养20～30h。
然后用无菌压缩空气将培养的菌丝体（保持在 35℃左右）输入发酵罐中。发酵在35℃左右进 行，通风搅拌培养4天。当酸度不再上升，残糖 降到2g/L以下时，立即将发酵醪泵送到储罐中， 并及时提取柠檬酸。
(2)设备占地面积小，生产规模大。 (3)发酵速率高,采用预培养菌丝球接种时只需 50-70h即发酵完毕。
(4)产酸率高，产柠檬酸几乎接近理论产率， 菌体生成量少，原材料消耗低。
(5)发酵设备密闭，杂菌污染的可能性小，管 理方便。
(6)完全机械化操作，并可以实现自动控制， 劳动强度低，劳动生产率高。
1.从果实中提取； 2.化学合成； 3.发酵法或酶转化法。
1893年前，主要从柑橘、菠萝和柠檬等提取 1893年后发现微生物（青霉）可产生柠檬酸 1951年美国Miles公司首先深层发酵生产柠檬
酸 我国20世纪40年代初开始浅盘发酵生产柠檬
酸 我国60年代深层发酵
有机酸发酵可分为两大类：
一类是与糖酵解和三羧酸循环有关的有机酸， 包括柠檬酸、乳酸、a-酮戊二酸、琥珀酸、 延胡索酸、草酰乙酸、苹果酸等；
1. 同型乳酸发酵
同型乳酸发酵基本上只能产生乳酸，其生 物合成机理如下：
葡萄糖 EMP途径 丙酮酸
乳酸
2. 异型乳酸发酵
异型乳酸发酵除生成乳酸外，还生成CO2和 乙酸(或乙醇)，其生物合成途径如图：
12.4 酸 奶
从形态分
是否含活 活菌型 乳酸菌
杀菌型
乳酪蛋白在等电点发
凝固型 生凝集的乳凝状酸奶。
操作方法：在种子培养基中添加硫酸铵0.3%～ 0.5％拌匀，待种子培养基冷至约35℃接入黑 曲霉麸曲，于35℃下通风培养20～30h。
然后用无菌压缩空气将培养的菌丝体（保持在 35℃左右）输入发酵罐中。发酵在35℃左右进 行，通风搅拌培养4天。当酸度不再上升，残糖 降到2g/L以下时，立即将发酵醪泵送到储罐中， 并及时提取柠檬酸。
(2)设备占地面积小，生产规模大。 (3)发酵速率高,采用预培养菌丝球接种时只需 50-70h即发酵完毕。
(4)产酸率高，产柠檬酸几乎接近理论产率， 菌体生成量少，原材料消耗低。
(5)发酵设备密闭，杂菌污染的可能性小，管 理方便。
(6)完全机械化操作，并可以实现自动控制， 劳动强度低，劳动生产率高。
1.从果实中提取； 2.化学合成； 3.发酵法或酶转化法。
1893年前，主要从柑橘、菠萝和柠檬等提取 1893年后发现微生物（青霉）可产生柠檬酸 1951年美国Miles公司首先深层发酵生产柠檬
酸 我国20世纪40年代初开始浅盘发酵生产柠檬
酸 我国60年代深层发酵
有机酸发酵可分为两大类：
一类是与糖酵解和三羧酸循环有关的有机酸， 包括柠檬酸、乳酸、a-酮戊二酸、琥珀酸、 延胡索酸、草酰乙酸、苹果酸等；
1. 同型乳酸发酵
同型乳酸发酵基本上只能产生乳酸，其生 物合成机理如下：
葡萄糖 EMP途径 丙酮酸
乳酸
2. 异型乳酸发酵
异型乳酸发酵除生成乳酸外，还生成CO2和 乙酸(或乙醇)，其生物合成途径如图：
12.4 酸 奶
从形态分
是否含活 活菌型 乳酸菌
杀菌型
乳酪蛋白在等电点发
凝固型 生凝集的乳凝状酸奶。
第十二章 微生物与现代发酵工业详解
浓缩、无菌过滤、去热源
干燥、加稳定剂等
五. 发酵条件及过程控制 复杂的生物化学变化过程：动态过程 影响因素：培养基组成，pH、温度 、氧气 泡沫、杂菌污染、噬菌体感染等 通过观察和控制这些工艺条件 控制和完成发酵过程
1. pH变化及控制 影响微生物生长繁殖、代谢产物积累
4. 化学工业 化工原料如乙醇、丙酮、丁醇等 生物表面活性剂 生物絮凝剂
5. 冶金工业 用于黄金开采和铜、铀等金属的侵提
6. 农、牧业 生物固氮、生物杀虫剂和微生物饲料的生产
7. 环境保护 污染物降解与转化
四. 发酵方式（类型） 按微生物培养工艺 固体发酵 液体发酵
斜面菌种培养菌体或孢子悬液制备种子扩大培养
3. 微生物酶 4. 生物转化，如甾体转化等 5. 处理废物
三.发酵工业应用 现代生物技术的重要组成部分
1. 医药工业 抗生素、维生素、胰岛素、乙肝疫苗、干扰 素、透明质酸等
2. 食品工业 微生物蛋白、氨基酸、新糖原、饮料、酒 类、食品添加剂(柠檬酸、乳酸、天然色素等)
3. 能源工业 酒精发酵、沼气发酵等
酸化、加热、加絮凝剂等 2）固液分离常用过滤、离心等方法 3）胞内产物还需破碎细胞
实验室方法 工业生产方法：高压匀浆器和球磨机 用离心、两水相萃取等方法分离细胞碎片
2. 提取 活性物质浓度较低
1）吸附法 抗生素等小分子物质可用大网格聚合物、活 性炭、白土、氧化铝、树脂等吸附剂吸附
2）离子交换法 极性化合物可用此法
3. 通气搅拌：发酵工业的第二个转折点 青霉素，通气搅拌液体发酵技术 现代发酵工业最主要的生产方式 利用需氧菌进行大规模发酵生产
Байду номын сангаас
4. 代谢控制发酵技术： 发酵工业的第三个转折点 生化、微生物、遗传学的深入发展 1956年，缺陷型菌株进行氨基酸发酵 积累预期的氨基酸
发酵工程下游加工过程概论.pptx
2、高价无机离子的去除
钙离子的去除：
常用草酸 与钙离子生成草酸钙沉淀 镁离子草的酸去为除弱：酸，对发酵产物的破坏较小，草酸钙沉淀
还能促进蛋白质凝固，有利于提高滤液的过滤速度； 铁离子常草的用酸去三的除聚溶：磷解酸度钠较小与，镁需离大子用形量成时可，溶可性用络草合酸物钠取代；
草N酸a5价P3格O1较0 +高M，g生2+产=上M一gN般a3需P3回O1收0 + 2Na+ 常用黄血盐 与铁离子形成普鲁氏蓝沉淀 3K4Fe(CN)6 + 4Fe 3+ = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12K+
第十二章 发酵工程下游加工过程简介
一、发酵工程下游加工过程概论
1、发酵工程下游加工过程的特点 • 发酵液是复杂的多相系统
1）所需产物在培养液中浓度较低，且稳定性差 2）普遍存在下游工程代价高，回收率较低等问题
2、发酵工程下游加工过程的一般程序
发酵液的预处理和过滤
采用凝聚和絮凝技术加速固、 液分离；如产物在细胞内，还 要进行细胞破碎
胞外产物 胞内产物
——产品的收得率和质量控制。
发酵液 预处理 （加热、调pH、絮凝） 细胞分离 （过滤、离心分离、膜分离)
细胞破碎 （匀浆、研磨、酶解） 细胞碎片分离 （离心分离、双水相萃取、膜分离） 提取 初步纯化 （沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶） 精制 高度纯化 （重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）
蛋加加白热入质不某是仅些两能吸使性蛋附物白剂质变或，性沉在，淀还酸可剂性降吸溶低附液液杂中体蛋黏，度白能，而与提将一高其些过除滤阴速去离率子；物质 如如其三四他氯环方乙素法酸生：盐产、中水，杨采酸用盐黄、血钨盐酸和盐硫、酸苦锌味的酸协盐同、作鞣用酸生盐成和亚 铁过A大g氰氯+幅、化酸度C钾盐调u的节2等+p、胶形HZ，状成n加沉沉2酒+淀、淀精来F；、e吸丙在3+酮附、碱等蛋P性有b白溶2机+；等液溶剂中形或，成表能沉面与淀活一性剂些阳离子如 在变枯性草法芽存孢在杆一菌定发的酵局中限，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者 生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并 的 包产裹如物加在失热其活法中，只而且适需除用消于去耗对大热量较酸稳碱定，的而目有的机产溶物剂；法极通端常pH只也适会用导于致所某处些理目的
第十二章微生物发酵ppt
2.作为工业微生物发酵使用的菌种，通常有以下特点：(1)具有 稳定的遗传学特性。(2)微生物生长和产物的合成对于基质没 有严格的要求。 (3)生长条件易于满足。(4)具有较高的各种 酶活力。（5）对于包含体，要求在细胞破碎是不易破碎，而 在目的产物的分离提出时，则易破碎。
第十二章微生物发酵ppt
•四、微生物发酵的基本特征
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的
生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵
过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、
产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严
格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
第十二章微生物发酵ppt
• 五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随
着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建
工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般微
生物所不能生产的产品。
第十二章微生物发酵ppt
•二、菌种培养基的配制
培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响， 所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才 能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即 整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至 得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些 杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基 和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
第十二章微生物发酵ppt
•四、微生物发酵的基本特征
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的
生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵
过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、
产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严
格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
第十二章微生物发酵ppt
• 五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随
着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建
工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般微
生物所不能生产的产品。
第十二章微生物发酵ppt
•二、菌种培养基的配制
培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响， 所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才 能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即 整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至 得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些 杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基 和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
发酵产物的提取与精制方法共114页PPT
发酵产物的提取与精制方法
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
Hale Waihona Puke 谢谢！36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
Hale Waihona Puke 谢谢！36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
发酵产物的提取与精制方法114页PPT
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
114
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
发酵产物的提取与精制 方法
6、纪律是自由的第一条件。——黑格 尔 7、纪律是集体的面貌，集体的声音， 集体的 动作， 集体的 表情， 集体的 信念。 ——马 卡连柯
8、我们现在必须完全保持党的纪律， 否则一 切都会 陷入污 泥中。 ——马 克思 9、学校没有纪律便如磨坊没有水。— —夸美 纽斯
10、一个人应该：活泼而守纪律，天 真而不 幼稚， 勇敢而 鲁莽， 倔强而 有原则 ，热情 而不冲 动，乐 观而不 盲目。 ——马 克思
发酵产物的提取精制PPT课件
2．各种分离纯化方法的使用程序
生化物质的分离都是在液相中进行，故分离 方法主要根据物质的分配系数、分子量大小、离子电 荷性质及数量和外加环境条件的差别等因素为基础。
例如：纯化某一两性物质时，前一步已利用 该物质的阴离子性质，使用了阴离子交换层析法，下 一步提纯时再应用其阳离子性质作层析或电泳分离便 会取得较好分离效果。
缺点：
间歇操作，不能绝对密封 劳动强度大，随着滤饼堆厚，过滤速度下降
板框过滤机
型号：BAS、BMS、BMY、BAY
BAY40—635/25 B——板框 A——暗流 Y——油压 40——过滤面积m2 635——框内尺寸 25——板框厚度mm
板框过滤机
影响过滤的因素：
2．各种分离纯化方法的使用程序
如有些杂质在各种条件下带电荷性质可能与目 的物相似，其分子形状与大小与目的物相差较大，而 另一些杂质的分子形状与大小可能与目的物相似，但 在某条件下与目的物的电荷性质不同，在这种情况下， 先用分子筛，用离心或膜过滤法除去分子量相差较大 的杂质，然后在一定pH值和离子强度范围下，使目的 物变成有利的离子状态，便能有效地进行层析分离。
难过滤的菌体，可加溶菌酶 在保持产品特性稳定的范围内，pH尽量调节至
等电点
（二）细胞破碎及分离—获得胞内产物
细胞破碎方法
机械法：高速组织捣碎机、匀浆器 化学法：有机溶剂、表面活性剂改变或破坏细胞膜结构 生物法：烈性噬菌体、酶法 物理法：压力差、超声波、温度差
工业上：常用匀浆器、球磨机处理细胞碎片
提高过滤效率的方法
添加电解质、絮凝剂、硅藻土等助滤剂 开始过滤时，压力差不能太大，以免压紧、压
实颗粒，阻塞滤孔，稳定后均匀加料，保持滤 饼疏松。 降低滤液黏度，对热不敏感的高黏度物质，可 用加热等方法降低黏度 适当提高滤饼两侧的压力差，但是有限度
发酵产物的提取和精制
图5-3 泵循环式切向流过滤
3.2离心分离
离心分离：在离心产生的重力场作用下使悬浮颗粒沉降下 来的操作过程。 3.2.1 离心力场的基本特性 分离因数（Fr）和沉降速度（vg）是离心力场的基本特性。 离心机的分离因数：离心机在运行过程中产生的离心加速 度和重力加速度的比值。
Fr =rω2/g
3.2.2 离心机的选择
需要根据发酵液的特性来选择离心机。
0.01 μm
0.1 μm
10 μm
100 μm
1 mm
10 mm
胶体
微粒
细粒
中等颗粒 过滤离心机 卧螺沉降离心机
大颗粒
超滤+微滤 离心机
碟式或管式离心机
图 5-4 根据固体颗粒的大小选择离心机
内容
1.概述 2.原料与预处理 3.固液分离 4.细胞破碎 5.初步纯化 6.精细纯化 7.成品加工
按照作用方式的不同划分，常用的细胞 破碎方法可以分为两类：机械类包括高 速珠磨破碎法、高压匀浆破碎法、超声 波破碎法等，非机械类包括化学渗透法 ，酶溶破碎法等。
4.1.1高速珠磨法
原理：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂（通常是直径 <1 mm的无铅玻璃珠）在搅拌浆的作用下充分混合、珠 子之间以及珠子和细胞之间的相互剪切、碰撞促进细胞 壁破裂，释放出内含物。在珠液分离器的协助下，珠子 被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。破 碎中产生的热量由夹套中的冷却液带走。 主要缺点：温度升高较多，对热敏感的成分易失活，细 胞碎片较小，清除碎片困难，给后续操作增加难度。
最常用的检测细胞破碎效果的方法是通过显微镜直接 观察，从中计算出细胞破碎率。 ①用革兰氏染色剂进行染色 破壁的酵母呈粉红色，而未破壁的酵母呈蓝紫色，分 别计数，并采用相同的稀释度用血球计数板进行镜检 计数，计算破壁率。破壁率的计算公式如下式所示。
第十二章 发酵产物分离原理与技术第一节+沉淀法
②盐离子电荷的中和作用，使蛋白质溶解度下降；
③盐离子引起原本在蛋白质分子周围有序排列的水
徐 清 萍
分子的极化，使水活度降低。
19
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盐析原理
发 酵 工 程 蛋白质的溶解度与盐浓度间的关系可用Cohn方 程式表示： logS/S0 = －Ks· I logS=β-KsI S — 离子强度为I时的蛋白溶解度 (g/L); S0 — 纯溶剂（即I = 0）时蛋白的溶解度； Ks — 盐析常数，与温度和pH无关； I — 离子强度 当温度一定时，S0对于某一溶质是一常数，即 logS0 = 是溶质的特征常数，对于蛋白质而言，其大小 主要取决于不同蛋白质的性质，它也与溶液的温度 和pH值有关，但与盐的种类无关。
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发 酵 工 程
徐 清 萍
沉淀法的分类： 一． 等电点沉淀法 二． 盐析法 三． 有机溶剂沉淀法 四． 非离子型聚合物沉淀法 五． 聚电解质沉淀法 六． 生成盐复合物沉淀法 七． 热变性及酸碱变性沉淀法
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发 酵 工 程
等电点法
等电点（pI, isoelectric point） : 蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电 荷为零时溶液的pH，此时蛋白质或两性电 解质在电场中的迁移率为零。符号为pI。
徐 清 萍
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发 酵 工 程
盐溶
徐 清 萍
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发 酵 工 程
盐析
徐 清 萍
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盐析的机理
发 酵 工 程
①盐离子与蛋白质分子争夺水分子，降低了用于溶
解蛋白质的有效水量，减弱了蛋白质的水合程度， 破坏了蛋白表面的水化膜，导致蛋白质溶解度下降；
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物 些目标产物存在于细胞内部。目前重组
的 提
DNA技术表达的产品（如肤岛素、干扰素、
取 白细胞介素等），都是胞内产物。首先必
与 精 制
须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进 一步提取。
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 章
（一）细胞壁的组成与结构
发 酵
细胞破碎 用物理、化学、酶或机械的方
产 法来破坏细胞壁或细胞膜。细胞壁的破碎
制 温度；细胞的变化(因处理时间的不同面引起
概 论
的)也同样影响着对破碎的敏感度。
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 章
破碎方法
发 酵 产
细胞的破碎按照是否外加作用力可分为机 械法与非机械法两大类；机械法中高压匀
物 浆器和珠磨机在工业上得到应用，超声波
的 提
法和非机械法大多处在实验室应用阶段。
取
与
发 酵
（1）特点
产
物 ①自动化程度高、操作连续、处理量大；
的 提 取
②适合于固体含量较大（＞10%）的悬浮液 的分离；
与 ③一般不适合于菌体较小和粘度较大的细菌
精 制 概
发酵液的过滤。（可以离心） ④所得固相的干度较差。
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十 （2）工作过程 二 章
发 酵 产 物 的 提 取 与 精 制 概 论
第
十 三、菌体分离方法
二
章 （一）菌体和发酵醪的分离方法
发 酵
离心 过滤
产 物
（二）离心分离
的 提
离心分离可分为以下三种形式：
取 ①离心沉降
与 精 制
②离心过滤 ③离心分离和超离心
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十 二
1.碟式离心机
章
发
酵
产
物 的 提
V
Vf
0.5～1.2mm
取
Vs
与
精
制
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
物 的
最为关键。
提 取
细胞壁的化学组成是非常复杂的，它不仅
与 取决于所研究的微生物类型，还取决于细
精 胞的年龄和生长生理学。
制
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十
微生物细胞壁的结构与组成
二
章
发 酵 产 物 的 提 取 与 精 制 概 论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十 二 章
发 酵 产 物 的 提 取 与 精 制 概 论
取 与
③悬浮液中悬浮固体的浓度
精 制
④热处理
概 论
⑤提高压力差ΔP
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十 二
章 3.过滤设备
发
酵 过滤设备的种类很多，按推动力可分为： 产 重力式、真空式、离心式
物 的 提 取 与 精 制 概 论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十
二 真空转鼓过滤机（大规模生物工业生产，常 章 用的过滤设备之一）
第
轻
十 2.管式离心机
二 章
重
发
酵
产
物 的
重轻
提
取
与
精
制
概
论
轻 重
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十 （三）、过滤
二
章 1.过滤过程
发
酵
P2
产 物
发酵醪
滤饼
的
提
取 与
介质
精 致
滤出液
P1
制
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十
2.影响过滤速度的因素
二 章 发
dv PS
dt rm rc
酵
产 物
式中：S是过滤面积；rm是介质阻力系数；
产 的性质，包括物理性质、化学性质、稳
物 的
定性等；
提
取 三、一般程序：
与
精 发酵醪→预处理→提取→精制→成品
制
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 第二节 发酵醪的预处理
章
发 一、发酵醪的一般特征
酵
产 ①水分多90～99％；②产物浓度低；③大
物 的
多较黏稠；④含有各种其他杂质（色素、
提 无机盐、培养基成分、其他代谢产物等）
第 十 二 章
发 酵 产 物 的 提 取 与 精 制 概 论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十 二
工作原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形
章 阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞
发 破裂。
酵
产 工作过程：高压室的压力高达几十个兆帕，
物 阀杆被压缩一点，细胞悬浮液自高压室针形
的 提
阀高速喷出（速度几百米/秒），冲向撞击
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十 二
（二）常用的细胞破碎方法
章 在许多细胞破碎的方法中，如何进行选择，
发 酵 产
取决于破碎的目的和待破碎生物体的类型。 如：目的是不损伤细胞器或分子，可以选择
物 软处理方法；
的
提 另一方面，不同的细胞对破碎有不同的敏感
取 与 精
度，这取决于细胞的大小、形态、龄期、品 系、生长条件、细胞壁结构，悬浮液的pH值、
取
与
精
制
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二
章 二、发酵醪预处理的要求
发
酵 其目的在于分离菌体及其他杂质，有时还
产 物 的
需改变发酵醪的性质，如四环素发酵时， 四环素大部分沉积于菌体内，与Ca2+、
提 Mg2+等结合，需先用草酸将其置换到发酵
取 与
液中，然后才能提取。
精
制
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
取 环后，改变方向从出口流出。细胞经历了：
与 精 制
剪切、碰撞、高压→常压的变化，从而造成 细胞破碎。
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
精
制
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 章
（1）高压匀浆法
发 在液体剪切破碎装置中，高压匀浆机是最常
酵 用的一种。它有一个高压位移泵和一个可调
产 物
节放料速度的针形阀，通过阀门时会产生高
的 剪切应力。将菌体悬浮液加压后，通过阀芯
提 取
与阀座之间的通道向环撞击，然后排出。
与
精
制
概
论Leabharlann 第四篇 发酵产物的提取与精制
第四篇 发酵产物的提取与精制
第 十 板框压滤（叶滤） 二 章
发 酵 产 物 的 提 取 与 精 制 概 论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十 二
四、不过滤提取
章
发 酵 产 物 的 提 取 与 精 制 概 论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 章
五、细胞破碎
发 意义：
酵 产
微生物代谢产物大多数分泌到胞外，但有
的 rc是滤饼的阻力系数；μ是发酵醪的粘度；
提
取 与
从以上式子可以看出，过滤速度主要取决
精 于发酵醪的性质，即粘度和杂质含量（μ、
制 概
rc）。
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十 3.提高过滤设备过滤能力的途径
二
章 ①降低滤饼阻力
发 酵
a.添加电解质、絮凝剂、凝固剂；
产 b.助滤剂
物
的 提
②降低滤液粘度：μ
第四篇 发酵产物的提取与精制
第十二章 发酵产物的提取与精制概论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十
二 章
第一节 发酵产物提取与精制概述
发 一、发酵产物分类
酵
产 菌体：包括菌体和以菌体为原料的加工
物 的
品；酶；代谢产物；
提
取
与
精
制
概
论
第四篇 发酵产物的提取与精制
第
十 二
二、提炼步骤和方法
章
发 酵
方法和步骤的选择是根据被提取物的性 质来决定的，因此应首先研究被提取物