食品生物工程下游技術(shù)

生物工程下游技術(shù)當(dāng)前第1頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第2頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第3頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第4頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第5頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第6頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第7頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第8頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第9頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第10頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第11頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第12頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第13頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第14頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第15頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第16頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第17頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第18頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第19頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)（四）

初步純化萃?。╡xtraction）吸附（absorption）沉淀（precipitation）當(dāng)前第20頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)萃取當(dāng)前第21頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)萃取的原理：利用在兩個互不相溶的液相中各種組分（包括目的產(chǎn)物）溶解度的不同，從而達(dá)到分離的目的。萃取可提取和增濃產(chǎn)物，并可除去部分雜質(zhì)

萃取包括溶劑萃取、超臨界流體萃取、雙水相萃取、反膠束萃取和凝膠萃取等。溶劑萃取和超臨界流體萃取用于小分子物質(zhì)的萃取，雙水相萃取和反膠束萃取用于蛋白質(zhì)等大分子的萃取。當(dāng)前第22頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)溶劑萃取-單級萃取實(shí)驗(yàn)室操作使含溶質(zhì)的溶液和萃取劑接觸混合，靜止后分成兩層。

通常原料液是水溶液，萃取劑是有機(jī)溶劑，分層后，上層為萃取相，下層為萃余相。常用萃取溶劑：醇、酯、酮。當(dāng)前第23頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)雜質(zhì)溶質(zhì)原溶劑萃取劑Lightphase,萃取液Heavyphase,萃余液萃取效率不高，產(chǎn)物在水相中含量仍較高。當(dāng)前第24頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)工業(yè)生產(chǎn)最常用的萃取流程------多級萃取多級逆流萃取萃取效率最高，萃取劑用量最少。當(dāng)前第25頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)多級逆流萃取工業(yè)裝置：當(dāng)前第26頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)超臨界流體萃?。何镔|(zhì)的臨界狀態(tài)：其氣態(tài)和液態(tài)共存的一種邊緣狀態(tài)。超臨界流體：當(dāng)一種物質(zhì)處于其臨界點(diǎn)以上的溫度和壓力之下。萃取原理：超臨界流體具有象液體一樣的流動性和象氣體一樣的擴(kuò)散性，對物質(zhì)具有很好的溶解性。當(dāng)前第27頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)超臨界二氧化碳萃取臨界點(diǎn)：T：31.1℃P：7.4MPa操作（1）等溫變壓法：萃取了溶質(zhì)的超臨界流體通過膨脹閥進(jìn)入分離槽，壓力下降，密度也下降，溶質(zhì)溶解度下降而析出。（2）等壓變溫法：萃取了溶質(zhì)的超臨界流體經(jīng)加熱器升溫后在分離槽析出溶質(zhì)。

（3）吸附法：萃取了溶質(zhì)的超臨界流體通過吸附分離器（內(nèi)含只吸附溶質(zhì)的吸附劑），使溶質(zhì)與萃取劑分離。優(yōu)缺點(diǎn)：臨界條件溫和、產(chǎn)品分離簡單、CO2便宜、萃取后無殘留等。但設(shè)備投資大！當(dāng)前第28頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第29頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)雙水相萃取反膠束萃取當(dāng)前第30頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)吸附當(dāng)前第31頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)吸附原理：用固體吸附劑吸附溶液中的目的物質(zhì)或雜質(zhì)。普通吸附劑：活性炭、磷酸鈣、白陶土、硅藻土等?；钚蕴浚鹤畛Ｓ玫奈搅軓?qiáng)的非極性吸附劑；

吸附能力：極性基團(tuán)多>極性基團(tuán)少相對分子質(zhì)量大>相對分子質(zhì)量小芳香族化合物>脂肪族化合物酸性溶液中吸附力強(qiáng)，pH=5當(dāng)前第32頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)離子交換吸附吸附原理：樹脂上離子性功能團(tuán)與溶液中的離子進(jìn)行吸附。樹脂種類：強(qiáng)酸、弱酸、強(qiáng)堿、弱堿。強(qiáng)堿性物質(zhì)選用弱酸性樹脂，弱酸性物質(zhì)選用強(qiáng)堿性樹脂。過程：溶液加入經(jīng)預(yù)處理的樹脂后進(jìn)行吸附，吸附了目的物質(zhì)的樹脂從溶液中分離，再把目的物質(zhì)從樹脂上洗脫下來。洗脫條件與吸附條件相反。樹脂可再生。當(dāng)前第33頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)沉淀當(dāng)前第34頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)沉淀原理：利用沉淀劑使所需提取的生化物質(zhì)或雜質(zhì)在溶液中的溶解度降低而形成無定形固體沉淀的過程。沉淀方法：當(dāng)前第35頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)鹽析（saltingout）鹽析原理：在高濃度的中性鹽存在下，蛋白質(zhì)（酶）等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度降低，產(chǎn)生沉淀的過程。鹽析是可逆的！硫酸銨：溶解度大（25℃，767g/L，100%飽和度）過程：通常在攪拌下，以少量多次方式緩慢加入，待加入的硫酸銨溶解后再加入少量的硫酸銨。鹽析沉淀后，需進(jìn)行脫鹽處理，再進(jìn)行后續(xù)操作。脫鹽的方法有透析（透析袋）、超濾。

當(dāng)前第36頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)透析只用于除鹽類和小分子雜質(zhì)當(dāng)前第37頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)硫酸銨固體加入法當(dāng)前第38頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)（五）

精細(xì)純化層析電泳當(dāng)前第39頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)層析：根據(jù)混合物中，溶質(zhì)在互不相溶的兩相之間分配行為的差別，引起溶質(zhì)移動速度的不同而進(jìn)行分離的方法?；ゲ幌嗳艿膬上喾謩e稱為：固定相和流動相。層析又稱色譜或色層分離。屬高度純化技術(shù)。當(dāng)前第40頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)凝膠層析原理：在樣品通過一定孔徑的凝膠固定相時，由于流經(jīng)體積的不同，使不同相對分子量的組分得以分離。亦稱分子篩層析。分配系數(shù)與相對分子量、分子形狀、凝膠的孔徑有關(guān)，與洗脫液的pH、離子強(qiáng)度無關(guān)。大分子先出來，小分子后出來！當(dāng)前第41頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)凝膠過濾介質(zhì)葡聚糖凝膠：商品名以SephadexG表示，G值越小，交聯(lián)度越大，吸水性越小，G值越大，交聯(lián)度越小，吸水性就越大，二者呈反比關(guān)系。瓊脂糖凝膠：商品名稱Sepharose、BioGel?；瘜W(xué)穩(wěn)定性較葡聚糖凝膠差。聚丙烯酰胺凝膠層析：商品名BioGel-P?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，有較高分辨率。當(dāng)前第42頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)分子篩凝膠層析的優(yōu)、缺點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：操作簡便，分離效果好，重復(fù)性高，回收率高、分離條件溫和、規(guī)模放大容易、應(yīng)用廣泛缺點(diǎn)： 分辨率低（根據(jù)分子大小的差別）洗脫后產(chǎn)品被稀釋應(yīng)用：脫鹽、相對分子量的測定Saltproduct當(dāng)前第43頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)親和層析親和作用：生物分子間識別并結(jié)合的相應(yīng)一種物質(zhì)的特異性相互作用稱為親和作用。親和層析的原理：將具有親和作用的兩種分子中的一種分子與固體粒子或可溶性物質(zhì)共價偶聯(lián)，特異性吸附或結(jié)合另一種分子，使另一種分子（目標(biāo)物質(zhì)）容易從混合物中得到選擇性分離純化。當(dāng)前第44頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)親和層析的操作載體活化、配基連接、吸附、清洗、洗脫、再生當(dāng)前第45頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)親和層析的特點(diǎn)效率高：利用親和吸附可以從粗提液中一次性分離得到高純度的活性物質(zhì)。分離精度高：可用于分離含量極低，結(jié)構(gòu)相近的化合物。但通用性較差，洗脫條件苛刻。當(dāng)前第46頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)當(dāng)前第47頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)五、精細(xì)純化采用一些特殊的高新技術(shù)進(jìn)一步把雜質(zhì)與目的產(chǎn)物分離開來，包括層析、電泳、分子蒸餾等。當(dāng)前第48頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)5.1層析層析技術(shù)又叫色譜分離技術(shù)。常見有紙層析、薄層層析、柱層析等。紙層析和薄層層析操作簡便，分辨率高，但分離量太少，主要用于定性和定量分析。柱層析進(jìn)樣量大，回收容易，可用于分離純化。當(dāng)前第49頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)5.1.1凝膠層析凝膠層析是利用生物大分子的分子量差異進(jìn)行的色譜分離的方法。凝膠色譜介質(zhì)主要是以葡聚糖、瓊脂糖、聚丙烯酰胺等為原料，通過特殊工藝合成的色譜介質(zhì)。目前已成為生物化工和生物制藥領(lǐng)域研究和生產(chǎn)中必不可少的分離介質(zhì)。當(dāng)前第50頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)凝膠色譜基本原理凝膠色譜介質(zhì)是一種在球體內(nèi)部具有大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠微粒，可以把大小不同的生物大分子按一定的順序進(jìn)行分離，分子量大的生物分子由于不能進(jìn)入或不能完全進(jìn)入凝膠內(nèi)部的網(wǎng)狀孔，沿著凝膠顆粒間的空隙或大的網(wǎng)狀孔通過，大分子相對于小分子遷移的路徑近，在柱內(nèi)的停留時間短、保留值小，所以在色譜過程中遷移率最快，走在小分子的前面，先從色譜柱中流出。分子量小的分子由于能夠進(jìn)入凝膠內(nèi)部的網(wǎng)狀孔，沿著凝膠顆粒不同大小的網(wǎng)狀孔流過，相對于大分子的遷移路徑長，在柱內(nèi)的停留時間長、保留值大，所以，在色譜過程中遷移率最慢，走在大分子的后面，最后從柱中流出。樣品中分子量大小不同的各種分子在流過凝膠內(nèi)部的網(wǎng)狀孔時就受到凝膠介質(zhì)排阻效應(yīng)，也稱為分子篩效應(yīng)，將它們一個個分離，從而達(dá)到分離的目的。當(dāng)前第51頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)5.2電泳原理是：蛋白質(zhì)分子是兩性大分子，在一定的pH緩沖液中，蛋白質(zhì)或帶正電，或帶負(fù)電，或在等電點(diǎn)不帶電。在電場作用下，帶正電荷的蛋白質(zhì)向負(fù)極移動，帶負(fù)電的蛋白質(zhì)向正極移動，處于等電點(diǎn)的蛋白質(zhì)不移動。據(jù)此，可將兩性大分子分離開來。電泳技術(shù)有凝膠電泳、等電點(diǎn)聚焦電泳等。當(dāng)前第52頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)5.3分子蒸餾原理：液體分子受熱會從液面逸出，而不同種類的分子在氣相中運(yùn)動的平均自由程不同來達(dá)到分離的目的。分子蒸餾的原理是根據(jù)分子運(yùn)動理論，液體混合物的分子受熱后運(yùn)動會加劇，當(dāng)接受到足夠能量時，就會從液面逸出而成為氣相分子。隨著液面上方氣相分子的增加，有一部分氣體就會返回液體。在外界條件保持恒定情況下，最終會達(dá)到分子運(yùn)動的動態(tài)平衡。分子運(yùn)動的平均自由程與分子的有效直徑的平方成反比。即分子有效直徑大的分子運(yùn)動的平均自由程短，分子有效直徑小的分子運(yùn)動的平均自由程大。此時如果在小分子能達(dá)到而大分子不能達(dá)到的距離上放一冷凝器，將小分子冷凝為液體，不斷從氣相中分離，平衡就被打破，液相混合物中的分子又會逸出成為氣相分子。只要時間足夠長，混合物就被分離提純了。當(dāng)前第53頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面，輕分子的分子運(yùn)動平均自由程大;重分子的分子運(yùn)動平均自由程小。如果在離液面距離小于輕分子運(yùn)動的平均自由程而大于重分子運(yùn)動的平均自由程處，設(shè)置一冷凝板，此時氣體中的輕分子能夠到達(dá)冷凝板，并不斷地被冷凝，從而破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，而使混合液中的輕分子不斷逸出;相反，氣相中的重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中的重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣液體混合物便達(dá)到了分離的目的。下圖為分子蒸餾的原理示意圖，其主要結(jié)構(gòu)由加熱器、捕集器、高真空系統(tǒng)組成。液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面，輕分子的分子運(yùn)動平均自由程大;重分子的分子運(yùn)動平均自由程小。如果在離液面距離小于輕分子運(yùn)動的平均自由程而大于重分子運(yùn)動的平均自由程處，設(shè)置一冷凝板，此時氣體中的輕分子能夠到達(dá)冷凝板，并不斷地被冷凝，從而破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，而使混合液中的輕分子不斷逸出;相反，氣相中的重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中的重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣液體混合物便達(dá)到了分離的目的。下圖為分子蒸餾的原理示意圖，其主要結(jié)構(gòu)由加熱器、捕集器、高真空系統(tǒng)組成。液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面，輕分子的分子運(yùn)動平均自由程大;重分子的分子運(yùn)動平均自由程小。如果在離液面距離小于輕分子運(yùn)動的平均自由程而大于重分子運(yùn)動的平均自由程處，設(shè)置一冷凝板，此時氣體中的輕分子能夠到達(dá)冷凝板，并不斷地被冷凝，從而破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，而使混合液中的輕分子不斷逸出;相反，氣相中的重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中的重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣液體混合物便達(dá)到了分離的目的。下圖為分子蒸餾的原理示意圖，其主要結(jié)構(gòu)由加熱器、捕集器、高真空系統(tǒng)組成。液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面，輕分子的分子運(yùn)動平均自由程大;重分子的分子運(yùn)動平均自由程小。如果在離液面距離小于輕分子運(yùn)動的平均自由程而大于重分子運(yùn)動的平均自由程處，設(shè)置一冷凝板，此時氣體中的輕分子能夠到達(dá)冷凝板，并不斷地被冷凝，從而破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，而使混合液中的輕分子不斷逸出;相反，氣相中的重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中的重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣液體混合物便達(dá)到了分離的目的。下圖為分子蒸餾的原理示意圖，其主要結(jié)構(gòu)由加熱器、捕集器、高真空系統(tǒng)組成。液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面，輕分子的分子運(yùn)動平均自由程大;重分子的分子運(yùn)動平均自由程小。如果在離液面距離小于輕分子運(yùn)動的平均自由程而大于重分子運(yùn)動的平均自由程處，設(shè)置一冷凝板，此時氣體中的輕分子能夠到達(dá)冷凝板，并不斷地被冷凝，從而破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，而使混合液中的輕分子不斷逸出;相反，氣相中的重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中的重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣液體混合物便達(dá)到了分離的目的。下圖為分子蒸餾的原理示意圖，其主要結(jié)構(gòu)由加熱器、捕集器、高真空系統(tǒng)組成。液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面，輕分子的分子運(yùn)動平均自由程大;重分子的分子運(yùn)動平均自由程小。如果在離液面距離小于輕分子運(yùn)動的平均自由程而大于重分子運(yùn)動的平均自由程處，設(shè)置一冷凝板，此時氣體中的輕分子能夠到達(dá)冷凝板，并不斷地被冷凝，從而破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，而使混合液中的輕分子不斷逸出;相反，氣相中的重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中的重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣液體混合物便達(dá)到了分離的目的。下圖為分子蒸餾的原理示意圖，其主要結(jié)構(gòu)由加熱器、捕集器、高真空系統(tǒng)組成。液體混合物沿加熱板自上而下流動，被加熱后能量足夠的分子逸出液面，輕分子的分子運(yùn)動平均自由程大;重分子的分子運(yùn)動平均自由程小。如果在離液面距離小于輕分子運(yùn)動的平均自由程而大于重分子運(yùn)動的平均自由程處，設(shè)置一冷凝板，此時氣體中的輕分子能夠到達(dá)冷凝板，并不斷地被冷凝，從而破壞了體系中輕分子的動態(tài)平衡，而使混合液中的輕分子不斷逸出;相反，氣相中的重分子因不能到達(dá)冷凝板，很快與液相中的重分子趨于動態(tài)平衡，表觀上重分子不再從液相中逸出，這樣液體混合物便達(dá)到了分離的目的。下圖為分子蒸餾的原理示意圖，其主要結(jié)構(gòu)由加熱器、捕集器、高真空系統(tǒng)組成。

當(dāng)前第54頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)六、成品加工6.1結(jié)晶技術(shù)6.2濃縮6.3干燥當(dāng)前第55頁\共有60頁\編于星期四\23點(diǎn)6.1結(jié)晶技術(shù)結(jié)晶的目的就是為了獲得更純凈的固體的發(fā)酵產(chǎn)品。由于結(jié)晶過程具有高度選擇性，因此析出的晶體純度非常高。結(jié)晶的全過程應(yīng)包括形成過飽和溶液、晶核形成和晶體生長等三個階段。溶液達(dá)到過飽和后，過量的溶質(zhì)才會以固體態(tài)結(jié)晶出來。晶體的產(chǎn)生最初形成