《生物工艺学第十章 发酵产品的提取精制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物工艺学第十章 发酵产品的提取精制（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十章 发酵产品的 分离、精制和鉴别第十章 发酵产品的 分离、精制和鉴别第十章第十章第十章第十章 发酵产品的发酵产品的发酵产品的发酵产品的 分离、精制和鉴别分离、精制和鉴别分离、精制和鉴别分离、精制和鉴别第一节第一节 概述概述 第二节第二节 醪液预处理醪液预处理 第三节第三节 醪液过滤醪液过滤 第四节第四节 产物提取产物提取 第五节第五节 产物的精制产物的精制 第六节第六节 产物的鉴别和结构测定产物的鉴别和结构测定第一节 概述第一节 概述?发酵产品分离精制的重要性：发酵产品分离精制的重要性： ?发酵液中目标产物浓度极低；发酵液中目标产物浓度极低； ?反应液中的杂质往往与目标产物有相似的结构反应
2、液中的杂质往往与目标产物有相似的结构 ?一些具有生物活性的产品易受环境因素如温度一些具有生物活性的产品易受环境因素如温度,酸 碱度酸 碱度,金属离子和微生物等影响，甚至失活金属离子和微生物等影响，甚至失活?对最终产品的质量往往要求极高；对最终产品的质量往往要求极高； ?所以下游过程是一项十分艰巨和耗资巨大的工 作，往往要占发酵产品成本的一半以上。所以下游过程是一项十分艰巨和耗资巨大的工 作，往往要占发酵产品成本的一半以上。?下游加工过程的特点：下游加工过程的特点： ?发酵液是复杂的多相系统，含细胞、代谢产物和未用 完的培养基等。分散在发酵液中的固体和胶状物质， 有可压缩性，粘度大，密度又和液体
3、接近，属非牛顿 流体。发酵液是复杂的多相系统，含细胞、代谢产物和未用 完的培养基等。分散在发酵液中的固体和胶状物质， 有可压缩性，粘度大，密度又和液体接近，属非牛顿 流体。 ?抗生素在发酵液中浓度低，通常不稳定，热、极端抗生素在发酵液中浓度低，通常不稳定，热、极端 pH、有机溶剂都会引起其失活或分解。、有机溶剂都会引起其失活或分解。?各批发酵液有波动，故要求下游加工有一定的弹性；各批发酵液有波动，故要求下游加工有一定的弹性；?下游加工应遵循的原则：下游加工应遵循的原则： ?时间短；时间短； ?温度低；温度低； ?pH适中（在生物物质的稳定性范围内）；适中（在生物物质的稳定性范围内）；?勤清洗消
4、毒。勤清洗消毒。?对下游提取的一些要求：对下游提取的一些要求： ?用于研究阶段前期的提取方法强调微量、快速；用于研究阶段前期的提取方法强调微量、快速； ?用于工业生产的提取工艺强调简便、合理、成本 低、效率高、产品质量好。用于工业生产的提取工艺强调简便、合理、成本 低、效率高、产品质量好。?预实验，试验产物于酸性及碱性预实验，试验产物于酸性及碱性pH条件下可否 转入与水不相混溶的有机溶剂；条件下可否 转入与水不相混溶的有机溶剂；?在吸附剂上的吸附剂洗脱性能；在吸附剂上的吸附剂洗脱性能；?确定可提取的物质的酸碱性（可从电泳判断酸碱 性）；确定可提取的物质的酸碱性（可从电泳判断酸碱 性）；?判断不
5、稳定物质在不同判断不稳定物质在不同pH条件下对温度的稳定 性；条件下对温度的稳定 性；?由于水溶度低的物质多含于菌体中，因此也要检 查菌体的丙酮及甲醇提取物的生物活性；由于水溶度低的物质多含于菌体中，因此也要检 查菌体的丙酮及甲醇提取物的生物活性；?主要包括以下单元操作：主要包括以下单元操作： ?醪液的预处理；醪液的预处理； ?固液分离（醪液过滤、离心分离等）；固液分离（醪液过滤、离心分离等）； ?初步纯化（提取）：溶剂萃取、离子交换、吸 附、沉淀、超滤；初步纯化（提取）：溶剂萃取、离子交换、吸 附、沉淀、超滤； ?高度纯化（精制）：色层分离，沉淀，超滤， 结晶；高度纯化（精制）：色层分离，沉
6、淀，超滤， 结晶； ?成品加工：浓缩、无菌过滤、干燥；成品加工：浓缩、无菌过滤、干燥；第二节 醪液预处理（第二节 醪液预处理（1）?发酵终点时，发酵液所含物质？发酵终点时，发酵液所含物质？?目的：目的： ?除去杂质（蛋白质杂质，高价离子）；除去杂质（蛋白质杂质，高价离子）； ?改变醪液性质：将在发酵液改变醪液性质：将在发酵液pH下水解度差的药物 完全转入水相，以利于进一步提取（一般通过调 节下水解度差的药物 完全转入水相，以利于进一步提取（一般通过调 节pH使药物变成盐类，转入水中）。使药物变成盐类，转入水中）。?发酵液的预处理：发酵液的预处理： ?蛋白质的去除；蛋白质的去除； ?高价离子的去
7、除。高价离子的去除。醪液预处理（醪液预处理（2）蛋白质的去除蛋白质的去除?调节调节pH去除蛋白质：去除蛋白质： ?调醪液调醪液pH值至蛋白质的等电点：由于许多蛋白质 的等电点都在酸性范围内，故多用酸调，当抗生 素稳定性好时，多用较强的无机酸调，但多数情 况下用较为缓和的有机酸。值至蛋白质的等电点：由于许多蛋白质 的等电点都在酸性范围内，故多用酸调，当抗生 素稳定性好时，多用较强的无机酸调，但多数情 况下用较为缓和的有机酸。?加热使蛋白质变性：加热使蛋白质变性： ?加热还可使发酵液黏度降低，从而加快过滤速度。 加热法的前提？加热还可使发酵液黏度降低，从而加快过滤速度。 加热法的前提？?加入蛋白质
8、沉淀剂和絮凝剂：加入蛋白质沉淀剂和絮凝剂： ?沉淀剂：如硫酸锌、硫酸铝、氯化铝等；沉淀剂：如硫酸锌、硫酸铝、氯化铝等； ?絮凝剂：阳离子絮凝剂效果较好（多数胶体带负 电）絮凝剂：阳离子絮凝剂效果较好（多数胶体带负 电）醪液预处理（醪液预处理（3）高价离子的去除高价离子的去除?去除高价离子的原因：高价离子极大影响离子 交换剂对抗生素的吸附容量。去除高价离子的原因：高价离子极大影响离子 交换剂对抗生素的吸附容量。?去除去除Ca2的方法：加草酸（钠）（去钙，草酸钙促蛋白质凝固）的方法：加草酸（钠）（去钙，草酸 钙促蛋白质凝固）?去除去除Mg2：加三聚磷酸钠磷酸盐可降：加三聚磷酸钠磷酸盐可降Ca2，
9、Mg2。?去除去除Fe3， Fe2：加黄血盐，形成普鲁士兰沉淀。：加黄血盐，形成普鲁士兰沉 淀。?加硫酸锌：与除铁时加的过量的黄血盐螯合， 凝固蛋白质，与黄血盐形成的复盐对蛋白质有 吸附作用。加硫酸锌：与除铁时加的过量的黄血盐螯合， 凝固蛋白质，与黄血盐形成的复盐对蛋白质有 吸附作用。第三节 醪液过滤第三节 醪液过滤?醪液过滤是抗生素生产中的薄弱环节。醪液过滤是抗生素生产中的薄弱环节。?过滤的必要性：过滤的必要性： ?除去菌体；除去菌体； ?在用溶剂法提取时，滤液不清可使乳化程度增 加；在用溶剂法提取时，滤液不清可使乳化程度增 加； ?离子交换法中，未过滤可导致柱床堵塞；离子交换法中，未过滤可
10、导致柱床堵塞；?影响过滤速度的因素影响过滤速度的因素；?改善过滤性能的方法；改善过滤性能的方法；?过滤的设备。过滤的设备。影响过滤速度的因素影响过滤速度的因素?菌种；菌种；?发酵培养基；发酵培养基；?发酵终结时间；发酵终结时间； ?菌体自溶前放罐的原因？菌体自溶前放罐的原因？改善过滤性能的方法改善过滤性能的方法?酸化；加热；加重金属盐；加絮凝剂；酸化；加热；加重金属盐；加絮凝剂；?加助滤剂：加助滤剂： ?助滤剂是一种具有孔状结构的微粒，它可使形成的 滤饼松散，加快过滤速度，已形成的滤饼还可作为 后续操作的介质。助滤剂是一种具有孔状结构的微粒，它可使形成的 滤饼松散，加快过滤速度，已形成的滤饼还
11、可作为 后续操作的介质。 ?常用助滤剂：硅藻土或二氧化硅。常用助滤剂：硅藻土或二氧化硅。 ?助滤剂的要求：不或少吸附抗生素。助滤剂的要求：不或少吸附抗生素。 ?加助滤剂的方式：加入醪液，在滤布上预铺。加助滤剂的方式：加入醪液，在滤布上预铺。过滤的设备过滤的设备?鼓式真空过滤器：鼓式真空过滤器： ?压力差较小，一般只用于菌体粗大较易过滤的发 酵液。压力差较小，一般只用于菌体粗大较易过滤的发 酵液。?板框压滤机：板框压滤机： ?应用广泛，但不能连续操作，故劳动强度较大应用广泛，但不能连续操作，故劳动强度较大 ?过滤速度视菌种及发酵液情况而定，但一般在过滤速度视菌种及发酵液情况而定，但一般在 205
12、0L(m2h)。?自动出渣的离心机：自动出渣的离心机： ?生产能力大，但价格较贵。生产能力大，但价格较贵。第四节 产物提取第四节 产物提取?生物大分子分离纯化的主要原理；生物大分子分离纯化的主要原理；?产物提取的方法：产物提取的方法： ?溶剂萃取法（溶剂萃取法（solvent-extraction process）; ?离子交换法（离子交换法（ion exchange process）；）；?吸附法；吸附法； ?固相萃取法。固相萃取法。生物大分子分离纯化 的主要原理（生物大分子分离纯化 的主要原理（1）（1）根据分子形状和大小不同进行分离： 如差速离心与超离心、膜分离（透析，电 渗析），超滤，
13、凝胶过滤法。（）根据分子形状和大小不同进行分离： 如差速离心与超离心、膜分离（透析，电 渗析），超滤，凝胶过滤法。（2）根据分子电离性质的差异性进行分离：如离子交换法，电泳法，等电聚焦法。）根据分子电离性质的差异性进行分离：如离子交换法，电泳法，等电聚焦法。生物大分子分离纯化 的主要原理（生物大分子分离纯化 的主要原理（2） （3）根据分子极性大小及溶解度不同进行分 离： 如溶剂提取法，逆流分配法，分配层析 法，盐析法，等电点沉淀法，有机溶剂分级 沉淀法。 （）根据分子极性大小及溶解度不同进行分 离： 如溶剂提取法，逆流分配法，分配层析 法，盐析法，等电点沉淀法，有机溶剂分级 沉淀法。 （4）
14、根据物质吸附性质的不同进行分离：如选择性吸附法与吸附层析法。 （）根据物质吸附性质的不同进行分离：如选择性吸附法与吸附层析法。 （5）根据配体特异性进行分离：如亲和层析法。）根据配体特异性进行分离：如亲和层析法。分离纯化早期使用方法的选择分离纯化早期使用方法的选择?分离纯化的早期，由于提取液中的成分复杂， 目的物浓度较稀，与目的物理化性质相似的杂 质多，所以分离纯化的早期，由于提取液中的成分复杂， 目的物浓度较稀，与目的物理化性质相似的杂 质多，所以不宜选择分辨能力较高的纯化方 法。不宜选择分辨能力较高的纯化方 法。?早期分离纯化用萃取，沉淀，吸附等一些分辨 力低的方法较为有利，这些方法负荷能
15、力大， 分离量多兼有分离提纯和浓缩的作用，为进一 步分离纯化创造良好的基础。早期分离纯化用萃取，沉淀，吸附等一些分辨 力低的方法较为有利，这些方法负荷能力大， 分离量多兼有分离提纯和浓缩的作用，为进一 步分离纯化创造良好的基础。产物提取的方法产物提取的方法?溶剂萃取法（溶剂萃取法（solvent-extraction process）;?离子交换法离子交换法（ion exchange process）；?吸附法；吸附法；?固相萃取法；固相萃取法；溶剂萃取法溶剂萃取法?基本原理；基本原理；?一般步骤一般步骤?萃取溶剂的选择萃取溶剂的选择?水相条件的影响水相条件的影响?操作方式操作方式?乳化和去乳
16、化乳化和去乳化?应用应用溶剂萃取法（溶剂萃取法（1）基本原理基本原理?原理：利用微生物药物在不同原理：利用微生物药物在不同pH条件下以不同的 化学状态（游离酸、游离碱或盐）存在时，在水 及水互不相容的溶剂中溶解度不同的特性，使其 从发酵液的滤液转移到有机溶剂中去，以达到浓 缩和提纯的目的（即用一种溶剂将产物从另种溶 剂中提取出来）。条件下以不同的 化学状态（游离酸、游离碱或盐）存在时，在水 及水互不相容的溶剂中溶解度不同的特性，使其 从发酵液的滤液转移到有机溶剂中去，以达到浓 缩和提纯的目的（即用一种溶剂将产物从另种溶 剂中提取出来）。?理论基础：此法主要基于分配定律： 在一定条件（一定的溶剂、pH、温度等）下， C1/C2理论基础：此法主要基于分配定律： 在一定条件（一定的溶剂、pH、温度等）下， C1/C2化合物在萃取相的浓度化合物在萃取相的浓度化合物在萃余相 的浓度化合物在萃余相 的浓度K（分配系数） 注：分配定律只有在稀溶液时才完全符合。K（分配系数） 注：分配定律只有在稀溶液时才完全符合。溶
