下游生物技術的一般工藝流程

———下游生物技術的一般工藝流程

人們通常把工業(yè)生物技術產品的生產過程比作河流，通常稱微生物育種技術為上游技術，稱發(fā)酵技術為生物反應工程，而發(fā)酵液的產物分離到產品的制作技術稱為下游技術。由于工業(yè)生物技術產品眾多，原料廣泛，產品性質多樣，用途各異，因而分離、提取、精制的技術，生產工藝及相關裝備也是多種多樣的。根據(jù)不同的對象，可采用在生物工業(yè)中行之有效的化工單元操作技術，也可采用生物工業(yè)中特有的下游新技術。某一具體產品的分離提取工藝還與下列情況有關：

（1）是胞內產物還是胞外產物；

（2）原料中產物和主要雜質濃度；

（3）產物和主要雜質的物理化學特性及差異；

（4）產品用途和質量標準；

（5）產品定位、價格；

（6）廢液的處理方法等。

如按生產過程劃分，生物工業(yè)下游技術大致可分為4個階段，即預處理、提?。ǔ醪椒蛛x）、精制（高度純化）、成品制作。

（胞外產物）（胞內產物）發(fā)酵液預處理細胞分離細胞破壁碎片分離提取精制成品制作

一般情況下，原料中產品濃度越低，下游技術的成本越高。下游技術的步驟越多，提取收得率也越低。如整個下游過程包括6步操作，每步操作的分步收率為90%，則總收率僅為（0.9）6100%=53.1%，即使各步操作都相當完善，分步收率均達到95%，經6步操作后，總收率也只有（0.95）*100%=73.5%。因此，盡量減少分離提取的操作步驟，減小損失，對于提高總收率是很重要的。

在條件允許的情況下，重復提取是提高總收率的一個有效方法。如谷氨酸一步等電點結晶提取收率為75%，結晶母液如再經過一次離子交換提取，二次重復提取收率為65%，則總收率為75%＋（1-75%）65%=91.25%。

按生產過程的4個階段可對下游技術作如下簡單歸納：

（1）預處理和固液分離主要技術有過濾和離心。固液分離以除去發(fā)酵液中的不溶性固形物雜質和菌體細胞。過濾和離心相比，無論是費用還是運轉費用，前者都要小得多，因而首選方法應是過濾。但因發(fā)酵液中的不溶性固形物和菌體細胞均是柔性體，細胞個體很小，特別是細菌，過濾時形成的濾餅均是高度可壓縮性的，所以造成過濾困難。絮凝技術、助濾劑和合適的過濾設備是技術關鍵，近年來菌體細胞過濾技術進展較大。離心有離心沉降和離心過濾之分。工業(yè)生產物料的多樣性，導致了離心機種類、形式、性能的多樣性，可借鑒的品種較多。

如果產物在細胞內，收集細胞后就還要進行細胞的破碎和細胞碎片的分離。細胞碎片比細胞更難分離。

（2）提?。ǔ醪椒蛛x）目的是除去與產物性質差異較大的雜質，為后道精制工序創(chuàng)造有利條件。提取操作中，通常是目的產物要求有較大濃縮比的過程，可選技術也比較多。

（3）精制（高度純化）目的是去除與產物的物理化學性質比較接近的雜質。通常采用對產物有高度選擇性的技術，如色譜分離技術常被使用。結晶特別是重結晶通常也能獲得純度高的產物。

（4）成品制作成品形式與產品的最終用途有關，有液態(tài)產品也有固態(tài)產品，美觀的產品形