發(fā)酵液的預(yù)處理

1、生物制藥工藝技術(shù)課程教學(xué)方案教師：宋健 授課專業(yè)生物技術(shù)及應(yīng)用、生物制藥技術(shù)上課地點(diǎn)多媒體教室授課時(shí)間第 周學(xué)習(xí)內(nèi)容項(xiàng)目8、發(fā)酵產(chǎn)物的提取和精制 發(fā)酵液的預(yù)處理課時(shí)教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo) 掌握發(fā)酵液預(yù)處理的方法原理及其應(yīng)用；技能目標(biāo) 能使用鹽析法、有機(jī)溶劑沉淀法對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理；素質(zhì)目標(biāo)認(rèn)真、細(xì)致規(guī)范操作、有安全意識、節(jié)約意識、環(huán)保意識。教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)：發(fā)酵液預(yù)處理的方法原理；難點(diǎn)：預(yù)處理方法的選擇；目標(biāo)群體學(xué)生在前面學(xué)習(xí)了應(yīng)用微生物基礎(chǔ)，生物化學(xué)的具備了微生物生理特點(diǎn)及代謝的基礎(chǔ)知識。教學(xué)環(huán)境教室、實(shí)訓(xùn)室教學(xué)方法1、理論講授 2、實(shí)訓(xùn)課：講授、演示與學(xué)生操作，教學(xué)做一體化 時(shí)間安排教學(xué)過程設(shè)計(jì)

2、 課型 理論課：多媒體輔助講授組織教學(xué) 課前5分鐘演講或安全教育教授新課 任務(wù)二 發(fā)酵液的預(yù)處理一、發(fā)酵醪的一般特征 1、含水量高，一般可達(dá)9099% 2、產(chǎn)品濃度低 3、懸浮物顆粒小，密度與液體相差不大 4、固體粒子可壓縮性大 5、液體黏度大，大多為非牛頓型流體 6、產(chǎn)物性質(zhì)不穩(wěn)定二、發(fā)酵醪預(yù)處理的目的和要求1、預(yù)處理的目的：（1）改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，促進(jìn)懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離器的效率（2）盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的某一相中（多數(shù)是液體）（3）去除發(fā)酵液中部分雜質(zhì)，以利于后續(xù)各步操作。2、發(fā)酵醪預(yù)處理的要求:（1）菌體的分離（2）固體懸浮物的去除（3）蛋白質(zhì)的去除（4）重

3、金屬離子的去除（5）色素、熱原質(zhì)、毒性物質(zhì)等有機(jī)雜質(zhì)的去除（6）改變發(fā)酵醪的性質(zhì)（7）調(diào)節(jié)適宜pH值和溫度三、預(yù)處理的方法：1、加熱法： 降低懸浮液的黏度，除去某些雜蛋白，降低懸浮物的最終體積，破壞凝膠狀結(jié)構(gòu)、增加濾餅的空隙度，不適用熱敏性的物質(zhì)。2、調(diào)節(jié)懸浮液的pH 通過調(diào)節(jié)發(fā)酵醪pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)使蛋白質(zhì)沉淀，同時(shí)絡(luò)合重金屬離子； 常用的酸化劑有草酸、鹽酸、硫酸和磷酸3、凝聚和絮凝 凝聚：在投加的化學(xué)物質(zhì)（比如水解的凝聚劑，像鋁、鐵的鹽類或石灰等）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚成1mm大小塊狀凝聚體的過程。 凝聚劑的作用：有些是對初始粒子表面電荷的簡單中和，另一些是消除雙電荷層（采用中性

4、鹽例如NaCl等）而脫穩(wěn)，還有些是通過氫鍵或其他復(fù)雜的形式與粒子相結(jié)合而產(chǎn)生凝聚。絮凝：使用絮凝劑（通常是天然或合成的大分子量聚電解質(zhì)）將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小絮凝團(tuán)的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。凝聚劑和絮凝劑的種類：（1）凝聚劑：主要是無機(jī)類電解質(zhì)，大多為陽粒子無機(jī)鹽類：硫酸鋁、明礬、硫酸鐵、硫酸亞鐵、三氯化鐵、 氯化鋁、硫酸鋅、硫酸鎂、鋁酸鈉；金屬氧化物類：氫氧化鋁、氫氧化鐵、氫氧化鈣、石灰；聚合無機(jī)鹽類：聚合鋁、聚合鐵（2）絮凝劑（按官能團(tuán)分） 陰離子、陽離子、非離子 丙烯酰胺經(jīng)不同的改性可成為上述三種類型之一 絮凝劑比凝聚劑貴 絮凝劑的最佳使用劑量：粒子表面積約有一半被

5、聚合物覆蓋時(shí)所用的絮凝劑量。4、添加助濾劑： 一般為惰性助濾劑：是一種顆粒均勻、質(zhì)地堅(jiān)硬、不可壓縮的粒狀物質(zhì) 作用：助濾劑表面具有吸附膠體的能力，并且由此助濾劑顆粒形成的濾餅具有格子型結(jié)構(gòu)，不可壓縮，濾孔不會被全部堵塞，可以保持良好的滲透性 使用方法（1）：在濾布上預(yù)涂，作為過濾介質(zhì)使用 （2）：按一定比例混入待濾的懸浮液中 常用的助濾劑：硅藻土、膨脹珍珠巖、石棉、纖維素、未活化的碳、爐渣、重質(zhì)碳酸鈣5、添加反應(yīng)劑： 添加可溶解的鹽類，生成不溶解的沉淀； 生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具有塊狀結(jié)構(gòu)； 沉淀本身可作為助濾劑，還能使膠狀物和懸浮物凝固。 6、添加酶制劑： 比如：加酶將多糖轉(zhuǎn)化為

6、單糖四、菌體的分離方法（1）離心分離 管式高速離心機(jī)、碟片式離心機(jī)（2）過濾 真空過濾機(jī)、板框過濾機(jī)、五、細(xì)胞破碎 細(xì)胞破碎的意義 微生物代謝產(chǎn)物大多數(shù)分泌到胞外，但有些目標(biāo)產(chǎn)物存在細(xì)胞內(nèi)部。目前重組DNA技術(shù)，表達(dá)的產(chǎn)品（如胰島素、干擾素、白細(xì)胞介素等），都是胞內(nèi)產(chǎn)物。首先必須將細(xì)胞破碎，使產(chǎn)物得以釋放，才能進(jìn)一步提取。常用破碎方法 機(jī)械法：珠磨法、高壓勻漿法、超聲波破碎法、X-press法等 非機(jī)械法：酶溶法、化學(xué)滲透法、凍融法、干燥法等1、機(jī)械破碎法 特點(diǎn)：處理量大、破碎效率高、速度快； 原理：對物料的擠壓和剪切作用； 主要方法：高壓勻漿 珠磨 超聲波破碎高壓勻漿：（1）原理：細(xì)胞懸浮液

7、在高壓作用下從閥座與閥之間的間隙高速噴出后撞擊到碰撞環(huán)上，細(xì)胞在受到高速撞擊后，急速釋放到低壓環(huán)境，在撞擊力與剪切力的綜合作用下破碎。（2）影響破碎率的因素： 細(xì)胞壁、 壓力、溫度、通過勻漿器的次數(shù) 不適合絲狀真菌及包含體的基因工程菌珠 磨：工作原理：進(jìn)入珠磨機(jī)的細(xì)胞懸浮液與極小的研磨劑，即微球（玻璃小珠、石英砂、氧化鋁d1mm）一起快速攪拌，細(xì)胞與微球之間互相碰撞、剪切，使細(xì)胞破碎，釋放內(nèi)含物。特點(diǎn)：微球粒徑與目標(biāo)細(xì)胞的直徑比應(yīng)在30-100之間，適宜的微球粒徑,可以使破碎效率最高；破碎過程產(chǎn)生熱能，要注意熱交換；適用范圍：適用于絕大多數(shù)微生物細(xì)胞的破碎；珠磨法的破碎率一般控制在80%。 超

8、聲波破碎：1、工作原理在超聲波的作用下，液體發(fā)生空化作用，空穴的形成，增大和閉合產(chǎn)生極大的沖擊波和剪切力，使細(xì)胞破碎2、影響因素：聲頻、聲能、處理時(shí)間、細(xì)胞濃度、菌種類型3、特點(diǎn)：1）適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的應(yīng)用（操作簡單、液量損失少，可加冰或加冷水，大規(guī)模操作時(shí)，聲能傳遞和散熱困難）2）易失活物質(zhì)不宜用（超聲波可促使產(chǎn)生一些化學(xué)自由基因使物失活）3）G-桿菌破碎效果好，酵母菌效果差2、非機(jī)械法（1）酶溶法：（2）化學(xué)法 利用化學(xué)試劑溶解細(xì)胞壁或抽提細(xì)胞中某些組分的方法 酸堿來調(diào)節(jié)溶液的pH 有機(jī)溶劑：甲苯 表面活性劑：都是兩性化合物，分子中有一個(gè)親水基團(tuán)和一個(gè)疏水基團(tuán)，在適當(dāng)?shù)膒H值和離子強(qiáng)度下，他們聚集在一起形成微膠束，使膜的通透性改變或使之溶解（3）物理法 滲透壓沖擊法：將細(xì)胞放在高滲透壓的介質(zhì)中，達(dá)到平衡后，轉(zhuǎn)入到低滲透壓的緩沖液或純水