【正文】 性質(zhì) 。 ? (2)提?。悍蛛x出目的物及其性質(zhì)相似物。 – ①可大致確定它是屬于哪一類型； – ②可了解它是一種成分還是幾種成分的混合物。 如：分離菌體胞內(nèi)酶與代謝產(chǎn)物的方法明顯不同； – ，但結(jié)構(gòu)不同，提取精制方法不同。 2020422 幾種產(chǎn)品在發(fā)酵液中的濃度 ? 產(chǎn)品 典型濃度（ g/L） ? 抗生素 25 ? 氨基酸 100 ? 酒精 100 ? 有機酸 100 ? 酶 20 ? 蛋白質(zhì) 10 2020422 二、下游加工技術(shù)的特點 ? 1. 發(fā)酵液的復雜性造成分離上的困難性。2020422 宜賓學院生命科學與食品工程系 第九章 發(fā)酵產(chǎn)物的提取及精制概論 發(fā)酵產(chǎn)物的提取及精制概述 發(fā)酵醪的預處理 2020422 一、下游加工技術(shù)的重要性 ? 節(jié)。 ? 2. 欲提取的產(chǎn)物通常濃度低且很不穩(wěn)定。 – 、水溶性等不同，方法不同。 ? (2)穩(wěn)定性研究。 ? (3)精制：除去相似物，精煉目的。 2020422 三．提取精制過程中要注意的問題： ? 防變性和降解； ? 防輔基流失； ? 防醪中所需產(chǎn)物被分解或揮發(fā)； 2020422 2 發(fā)酵醪的預處理 一、發(fā)酵醪的一般特征 ? (1)水量大； ? (2)產(chǎn)物濃度低； ? (3)懸浮物以膠體狀物 (菌體，蛋白 )為主； 不利： – a 不利于過濾。 ? (6)含其它有機雜質(zhì)。 2020422 ? (3)蛋白質(zhì)的去除： ? 等電、變性凝固等 ? (4)重金屬離子的除去： ? (5)其它有機雜質(zhì)的去除： ? (6)改變醪的性質(zhì)： ? (7)調(diào)節(jié)適當溫度： 2020422 三．菌體的分離： ? (一 )菌體與發(fā)酵醪的分離方法 ? ,采用高速離心。 2020422 2020422 2）管式高速離心機工作原理： ? 下部進料，經(jīng)檔板分散于轉(zhuǎn)筒底部，受離心力作用而上旋，輕液位于筒的中央螺旋向上移動，菌體則靠近筒壁，經(jīng)分離盤時，輕液沿輕液孔進入集液槽。 ? 分離型： 難分離的乳濁液 (液液二相分離、液液固三相分離 )。 2020422 2）提高過濾設備處理能力的途徑： ? （ 1）擴大設備尺寸，增加過濾面積。 Fe2＋ +金霉素 +草酸 → 草酸鐵＋金霉素 。 ? 利用絮凝劑（分子活性基團多，多點結(jié)合、長鏈線性結(jié)構(gòu)、高電荷密度）特點而使膠體粒子沉淀。 ? b．助濾劑種類、用量要恰當，是取得良好過濾效果的關(guān)鍵。 – C 電場、磁場過濾。 (5)連孔型泡沫塑料與泡沫金屬 – 三維空間網(wǎng)狀，空隙占 97%。 2020422 ? 酶法：破壞細胞膜系統(tǒng)： 特點 —— 迅速破壞細胞壁 條件溫和 具有選擇性，不破壞細胞內(nèi)的其它物質(zhì) 酶的消耗限制了在大規(guī)模生產(chǎn)中的使用 ? 脂溶：在細胞懸浮液中加入一定量的有機溶劑，細胞壁脂質(zhì)層吸收后，導致胞壁膨脹裂開，釋放出細胞質(zhì)中的物質(zhì)。 ? 分配定律：在恒溫、恒壓下，一種物質(zhì)在兩種溶劑中的 分配濃度比 是常數(shù)。 2020422 二、 常用溶媒萃取工藝 （ 1）單級提煉法 （ 2）多次提煉法 2020422 （ 3）多極對流萃取 ? 萃余相順序通過各級 ， 并與新鮮溶劑接觸進行萃取 ， 傳質(zhì)推動力大 ， 萃取效果好； ? 各級所得萃取相分別排出 ， 然后匯集在一起脫除溶劑得萃取液 ， 溶劑回收循環(huán)使用 ， 溶劑回收設備簡單； ? 因每級均加入新鮮溶劑 ， 故溶劑耗用量大 ， 回收費用高 ， 而且萃余液組分濃度低 。 2020422 （ 4）分餾萃取 右邊重相富集溶質(zhì) 左邊萃取相從重相中萃取溶質(zhì) （ 5）微分萃?。ㄋ捷腿。? 溶媒逆流萃取，溶質(zhì)隨流動相連續(xù)變化 可用較少的萃取劑達到較高的萃取率，應用較廣 2020422 ①噴淋塔 優(yōu)點： ? 結(jié)構(gòu)簡單，塔體內(nèi)除各流股物料進出的連接管和分散裝置外，別無其它內(nèi)部構(gòu)件。連續(xù)相充滿整個塔，分散相由分布器分散成液滴進入填料層，在與連續(xù)相逆流接觸中進行萃取。 2020422 ③篩板萃取塔 ? 表面更新好。 2020422 ④脈沖篩板塔 ? 外力作用使液體在塔內(nèi)產(chǎn)生脈沖運動，迫使液體經(jīng)過篩板上的小孔，使分散相破碎成較小的液滴分散在連續(xù)相中，并形成強烈的湍動，從而促進傳質(zhì)過程的進行。 ? 結(jié)構(gòu)簡單，傳質(zhì)效率高，但生產(chǎn)能力有限。 當振幅一定時 ， 效率隨頻率的增大而提高 。 轉(zhuǎn)盤固定在中心轉(zhuǎn)軸上 ， 由塔頂?shù)碾姍C驅(qū)動 。 由于轉(zhuǎn)盤及定環(huán)均較薄而光滑 ， 不至于使局部的剪應力過高 ， 避免了乳化現(xiàn)象 ， 有利于兩相的分離 。 （ 4）鹽析作用 ? 加入鹽，既降低物質(zhì)在水中的溶解度，提高其在有機相中的溶解量。 K = CT/CB 2020422 應用： ? 對溫度無影響 ? 不損害生物活性 ? 采用生物特異性的配基可以提高選擇性 ? 可用于澄清發(fā)酵液分離，也可用于處理細胞懸浮液。 ? 借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出。 2020422 高壓泵 萃取管 吸收管 收集器 超臨界流體鋼瓶 溶劑洗脫泵 2020422 2020422 萃取條件的選擇有幾種情況： ? （ 1）同一種流體選擇不同的壓力來改變提取條件，從而提取出不同類型的化合物； ? （ 2）根據(jù)提取物在不同條件下，在超臨界流體中的溶解性來選擇合適的提取條件； ? （ 3）將分析物沉積在吸附劑上，用超臨界流體洗脫，以達到分類選擇提取的目的； ? （ 4）對極性較大的組分，可用甲醇增加萃取劑強度。 ? 在超臨界或亞臨界條件下的水可作為一種酸催化劑，對纖維素的轉(zhuǎn)化起催化作用，使其迅速轉(zhuǎn)化為葡萄糖。 ? 工業(yè)中常用物理吸附和交換吸附。 2020422 ? : ? 工業(yè)用吸附劑主要有三類型 : ? (1)疏水或非極性吸附劑 ? 適合于 從極性溶媒 (水 )中吸附溶質(zhì) 。 ? 代表：硅膠，氧化鋁，活性土（鋁硅酸），有酸性、堿性、中性之分。 ②活性炭的選擇性差。 ? 結(jié)構(gòu)：液體分布器使流速均勻。 2020422 一、原理 （ 1）物理吸附： ? 大的表面積，有一定的自由表面能，吸附某種物質(zhì)能降低這種自由表面能，而使吸附劑達到相對穩(wěn)定狀態(tài)。 2020422 （ 2）晶格理論 : ? 晶體 :原子型、離子型、分子型和金屬型。 ? 洗脫兩種可被吸著的離子時，其被洗脫的能力則決定于各自的洗脫反應的平衡常數(shù)。 2020422 ? [離子 ]降低時，雙電層厚度加大； [離子 ]升高時，雙電子層厚度降低。 2020422 （ 4）膜理論 ? 離子交換劑具有：疏松的孔隙 (孔隙有一定大小 )，有巨大的內(nèi)表面供離子交換。 ? (2)考慮欲分離分子量的大小，選擇用適合交聯(lián)度的樹脂。 ? (4)B離子中心 → 表面。 (2)可移動的離子。大，結(jié)構(gòu)緊密，隙??；大分子離子不能進入粒內(nèi)發(fā)生交換作用。 （ 1）陽離子交換劑 – 強酸型 : (RSO3H) – 中性 : – 弱酸性 : 2020422 （ 4）選擇性離子交換樹脂： ? 又稱螯合性離子交換樹脂，因為有與金屬離子形成螯合物的基團，而具有離子選擇性。（活性基團 /重量）。 ? （ 4）化學穩(wěn)定性。 – 陽離子交換樹脂。 2020422 （ 3）比重： – ①干真比重：干燥狀態(tài)下樹脂材料本身的比重。 2020422 ? 一般強酸性陽離子交換樹脂由 Na+變?yōu)?H+型，強堿性陽離子交換樹脂由 Cl型變?yōu)?OH型，體積都大約增加 5% ? 膨脹性在實際中的意義： – ①陽、陰樹脂混合床的分層。 一般：陽比陰樹脂的耐熱性高，其中鹽型比游離型的耐熱性高。 ? 一般 :弱酸（堿） 強酸（堿）樹脂 交聯(lián)度小的交換容量大。 2020422 （ 3）溶液中離子的濃度 ? 當溶液中離子的濃度在一定范圍內(nèi)增加時，能加快交換速度，相反亦然。 ? 金屬離子和羥基樹脂上的 H+的交換速度很慢。 2020422 為什么分批法不如固定床法好呢？ ? 用分批法，因為交換受到平衡的限制，樹脂的飽和度不高。 ? 三柱脫鹽制備無離子水的機理： 自來水 → 經(jīng)陽樹脂柱 → 經(jīng)陰樹脂柱 → 陰陽混合樹脂柱 → 高純度無離子水 2020422 注意：在離子交換操作中， ? （ 1）選擇合適的液體流速。 ? 離子交換膜：離子選擇透過是主要機理。 2020422 三、膜分離設備 ? 板框式膜器 ? 管式膜器 ? 螺旋卷式膜器 ? 中空纖維膜器 2020422 2020422 2020422 四、操作特性 1 濃度極化 近膜累積效應 菌體懸浮液和高壓條件下生物大分子溶液投過通量的濃差極化模型： Jv = kln(Cg/Cb) 2020422 2 分子截留 截留率、截留曲線 影響截留的因素： ? 相對分子質(zhì)量 ? 分子特性 ? 其他溶質(zhì) ? 操作條件 2020422 3 膜電位 濃度不等，選擇透過離子造成電位差 2020422 五、影響膜分離速度的因素 ? 操作形式：錯流過濾 ? 流速： Jv正比于流速，受流動形式、菌體特性影響 ? 壓力（圖 1348） 一定流速下， Jv、凝膠層厚度隨壓力增加而增加至 Jv到達極限值：增長的 Jv恰好抵消凝膠層增厚帶來的影響。 ? 膜電位的產(chǎn)生會促進一種離子擴散而抑制另一種離子的擴散。 2020422 2 離換膜電滲析制備無機鹽水 離換膜電滲析制備無機鹽水 ＋＋＋＋＋＋－－－－－－1C?1C?1C?1C?1C?1C?Na?Na?Na?Na?Na?Na?1 2 3 4 5 陽 膜 陰 膜 陽 膜 陰 膜陰 極陽 極濃 縮 室 淡 化 室 濃 縮 室圖 1 3 － 3 9 電 滲 析 過 程 原 理 示 意 圖2020422 ? 電滲析器及其脫鹽流程設計 ＋＋＋＋＋＋ －－－ －( a ) ( b ) ( c )( d )圖 1 3 － 4 2 液 體 在 各 種 組 裝 形 式 電 滲 析 器 中 的 流 動( a ) 一 級 一 段 并 聯(lián) ； ( b ) 二 級 一 段 并 聯(lián) ； ( c ) 一 級 二 段 并 聯(lián) ； ( d ) 二 級 二 段 串 聯(lián)進 水 進 水 進 水 進 水2020422 （ a ） （ b )濃 縮 液稀 釋 液原 液濃 縮 液 稀 釋 液原 液濃 縮 液原 液稀 釋 液( c )圖 1 3 － 4 3 電 滲 析 器 的 脫 鹽 流 程（ a ） 一 次 通 過 連 續(xù) 式 ； ( b ) 部 分 循 環(huán) 式 ； ( c ) 循 環(huán) 間 歇 式2020422 （ 2） 確定參數(shù) ? 脫鹽級數(shù)：多級 ? 操作電流密度：推動力 、 溶液電阻 、 電極反應 、 漏電 ? 膜面積等 2020422 八 膜的污染及清洗 1. 膜污染原因 ? 凝膠層 ? 表面吸附層 ? 孔堵塞 ? 孔內(nèi)吸附 2020422 （ 1） 減輕膜污染的方法 ａ ． 原料液預處理及溶液特性控制 ｂ ． 膜材料與膜的選取 ｃ ． 膜組件及膜器運行條件選擇 2020422 （ ２ ） 膜的清洗與保存 ａ ． 清洗方法：清洗劑 ， 反洗 ， 循環(huán)洗 ｂ ． 膜的保護：預處理 、 滅菌 、 操作條件選擇 2020422 5 層析法 ? 層析系統(tǒng)都由兩個相組成：固定相 +流動相 ? 待分離的混合物通過固定相時 ， 與兩相發(fā)生相互作用 （ 吸附 、 溶解 、 結(jié)合等 ） 的能力不同 ， 在兩相中的分配 （ 含量對比 ） 不同 ， 隨流動相移動的速度不同 。