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1、第十二章第十二章 发酵产物的提取与精制概论发酵产物的提取与精制概论第四篇 发酵产物的提取与精制.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论一、发酵产物分类一、发酵产物分类菌体：包括菌体和以菌体为原料的加工菌体：包括菌体和以菌体为原料的加工品；酶；代谢产物；品；酶；代谢产物；第一节第一节 发酵产物提取与精制概述发酵产物提取与精制概述.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论二、提炼步骤和方法二、提炼步骤和方法方法和步骤的选择是根据被提取物的性方法和步骤的选择是根据被提取物的性质来决定的，因此应首先研究被提取物质来决定的，因此应首先研究被提取物的性质，包括
2、物理性质、化学性质、稳的性质，包括物理性质、化学性质、稳定性等；定性等；三、一般程序：三、一般程序：发酵醪发酵醪预处理预处理提取提取精制精制成品成品.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论一、发酵醪的一般特征一、发酵醪的一般特征水分多水分多9099；产物浓度低；产物浓度低；大大多较黏稠；多较黏稠；含有各种其他杂质（色素、含有各种其他杂质（色素、无机盐、培养基成分、其他代谢产物等）无机盐、培养基成分、其他代谢产物等）第二节第二节 发酵醪的预处理发酵醪的预处理.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论二、发酵醪预处理的要求二、发酵醪预处理的要求其目的在
3、于分离菌体及其他杂质，有时还其目的在于分离菌体及其他杂质，有时还需改变发酵醪的性质，如四环素发酵时，需改变发酵醪的性质，如四环素发酵时，四环素大部分沉积于菌体内，与四环素大部分沉积于菌体内，与Ca2+、Mg2+等结合，需先用草酸将其置换到发酵等结合，需先用草酸将其置换到发酵液中，然后才能提取。液中，然后才能提取。.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论三、菌体分离方法三、菌体分离方法（二）离心分离（二）离心分离（一）菌体和发酵醪的分离方法（一）菌体和发酵醪的分离方法离心离心 过滤过滤离心分离可分为以下三种形式：离心分离可分为以下三种形式：离心沉降离心沉降 离心过滤离心过
4、滤 离心分离和超离心离心分离和超离心.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论VVfVs0.51.2mm1.碟式离心机碟式离心机.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论2.管式离心机管式离心机轻轻重重轻轻轻轻重重重重.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精致制论（三）、过滤（三）、过滤1.过滤过程过滤过程发酵醪滤饼介质滤出液P1P2.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论2.影响过滤速度的因素影响过滤速度的因素式中：式中：S是过滤面积；是过滤面积；rm是介质阻力系数；是介质阻力系数；rc是滤饼的阻力系数；是
5、滤饼的阻力系数；是发酵醪的粘度；是发酵醪的粘度；从以上式子可以看出，过滤速度主要取决从以上式子可以看出，过滤速度主要取决于发酵醪的性质，即粘度和杂质含量（于发酵醪的性质，即粘度和杂质含量（、rc）。）。.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论3.提高过滤设备过滤能力的途径提高过滤设备过滤能力的途径降低滤饼阻力降低滤饼阻力a.添加电解质、絮凝剂、凝固剂；添加电解质、絮凝剂、凝固剂；b.助滤剂助滤剂降低滤液粘度：降低滤液粘度：悬浮液中悬浮固体的浓度悬浮液中悬浮固体的浓度热处理热处理提高压力差提高压力差P.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论3.过滤
6、设备过滤设备过滤设备的种类很多，按推动力可分为：过滤设备的种类很多，按推动力可分为：重力式、真空式、离心式重力式、真空式、离心式.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论真空转鼓过滤机（大规模生物工业生产，常真空转鼓过滤机（大规模生物工业生产，常用的过滤设备之一）用的过滤设备之一）（1）特点）特点 自动化程度高、操作连续、处理量大；自动化程度高、操作连续、处理量大；适合于固体含量较大（适合于固体含量较大（10%）的悬浮液）的悬浮液的分离；的分离；一般不适合于菌体较小和粘度较大的细菌一般不适合于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤。（可以离心）发酵液的过滤。（可以离心）所得
7、固相的干度较差。所得固相的干度较差。.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论（2）工作过程）工作过程.第四篇 发酵产物的提取与精制板框压滤（叶滤）板框压滤（叶滤）第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制四、不过滤提取四、不过滤提取第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制意义：意义：微生物代谢产物大多数分泌到胞外，但有微生物代谢产物大多数分泌到胞外，但有些目标产物存在于细胞内部。目前重组些目标产物存在于细胞内部。目前重组DNA技术表达的产品（如肤岛素、干扰素、技术表达的产品（如肤岛素、干扰素、白细胞介素等），都是胞内产物。首
8、先必白细胞介素等），都是胞内产物。首先必须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进须将细胞破碎，使产物得以释放，才能进一步提取。一步提取。五、细胞破碎五、细胞破碎第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制（一）细胞壁的组成与结构（一）细胞壁的组成与结构 细胞破碎细胞破碎 用物理、化学、酶或机械的方用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。细胞壁的破碎法来破坏细胞壁或细胞膜。细胞壁的破碎最为关键。最为关键。细胞壁的化学组成是非常复杂的，它不仅细胞壁的化学组成是非常复杂的，它不仅取决于所研究的微生物类型，还取决于细取决于所研究的微生物类型，还取决于细胞的年龄和生长生理学。胞
9、的年龄和生长生理学。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制微生物细胞壁的结构与组成微生物细胞壁的结构与组成 第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制（二）常用的细胞破碎方法（二）常用的细胞破碎方法 在许多细胞破碎的方法中，如何进行选择，在许多细胞破碎的方法中，如何进行选择，取决于破碎的目的和待破碎生物体的类型。取决于破碎的目的和待破碎生物体的类型。如：目的是不损伤细胞器或分子，可以选择如：目的是不损伤细胞器或分子，可以选择软处理方法；软处理方法；另一方面，不同的细胞对破碎有不同的敏
10、感另一方面，不同的细胞对破碎有不同的敏感度，这取决于细胞的大小、形态、龄期、品度，这取决于细胞的大小、形态、龄期、品系、生长条件、细胞壁结构，悬浮液的系、生长条件、细胞壁结构，悬浮液的pH值、值、温度；细胞的变化温度；细胞的变化(因处理时间的不同面引起因处理时间的不同面引起的的)也同样影响着对破碎的敏感度。也同样影响着对破碎的敏感度。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制破碎方法破碎方法 细胞的破碎按照是否外加作用力可分为机细胞的破碎按照是否外加作用力可分为机械法与非机械法两大类；机械法中高压匀械法与非机械法两大类；机械法中高压匀浆器和珠磨机在工业上得到应用，超声波浆
11、器和珠磨机在工业上得到应用，超声波法和非机械法大多处在实验室应用阶段。法和非机械法大多处在实验室应用阶段。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制（1）高压匀浆法）高压匀浆法 在液体剪切破碎装置中，高压匀浆机是最常在液体剪切破碎装置中，高压匀浆机是最常用的一种。它有一个高压位移泵和一个可调用的一种。它有一个高压位移泵和一个可调节放料速度的针形阀，通过阀门时会产生高节放料速度的针形阀，通过阀门时会产生高剪切应力。将菌体悬浮液加压后，通过阀芯剪切应力。将菌体悬浮液加压后，通过阀芯与阀座之间的通道向环撞击，然后排出。与阀座之间的通道向环撞击，然后排出。第十二章 发酵产物的提取
12、与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制工作过程：高压室的压力高达几十个兆帕，工作过程：高压室的压力高达几十个兆帕，阀杆被压缩一点，细胞悬浮液自高压室针形阀杆被压缩一点，细胞悬浮液自高压室针形阀高速喷出（速度几百米阀高速喷出（速度几百米/秒），冲向撞击秒），冲向撞击环后，改变方向从出口流出。细胞经历了：环后，改变方向从出口流出。细胞经历了：剪切、碰撞、高压剪切、碰撞、高压常压的变化，从而造成常压的变化，从而造成细胞破碎。细胞破碎。工作原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形工作原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击
13、撞击环使细胞阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破裂。破裂。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制影响破碎的主要因素影响破碎的主要因素 式中式中 S 为细胞破碎率；为细胞破碎率；1为最大细胞破碎率；为最大细胞破碎率；p操操作压力；作压力；K 为与温度有关的速度常数；指数为与温度有关的速度常数；指数值对值对于有机体是抵抗破碎能力的一种量度，不同的有机于有机体是抵抗破碎能力的一种量度，不同的有机体其值是不同的，取决于生物体的类型和生长生理体其值是不同的，取决于生物体的类型和生长生理状况。对于酵母菌状况。对于酵母菌值可取值可取2.9；所用的培养基不同；所用的培养基不同值也
14、会不同；值也会不同；b随菌体浓度而变；随菌体浓度而变；破碎率与悬浮液通过匀浆器的次数破碎率与悬浮液通过匀浆器的次数N有关，有关，也服从一级反应定律：也服从一级反应定律：第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制由方程知主要因素有由方程知主要因素有 p、N、K(温度温度)、菌、菌体的种类、浓度和生长环境。体的种类、浓度和生长环境。1）一般）一般p上升，上升，N上升时上升时S上升。但上升。但 p 大到大到一定值时对匀浆器的磨损增加，也有实验一定值时对匀浆器的磨损增加，也有实验表明表明 p 超过一定值时，超过一定值时，S 增加但很慢。工增加但很慢。工业生产中，通常压力为业生产中
15、，通常压力为55-70 MPa。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制2）温度上升，）温度上升，S上升。当悬浮液中酵母浓度上升。当悬浮液中酵母浓度在在450-750 kg/m3时，破碎率与温度有关并随时，破碎率与温度有关并随着温度的增加而增加。当操作温度由着温度的增加而增加。当操作温度由5提高提高到到30时，破碎率约提高时，破碎率约提高1.5倍。但高温只适倍。但高温只适用于非热变性产物。用于非热变性产物。3）菌体种类：较小的）菌体种类：较小的 G+、易造成堵塞（针、易造成堵塞（针阀）的团状或丝状真菌、含有质地坚硬的包阀）的团状或丝状真菌、含有质地坚硬的包含体的基因工程
16、菌，不宜采用高压匀浆法破含体的基因工程菌，不宜采用高压匀浆法破碎。碎。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制破碎过程中能耗与操作压力成线性关系。大破碎过程中能耗与操作压力成线性关系。大约操作压力每升高约操作压力每升高 100 MPa 会多消耗会多消耗 3.5 kW 能量；另一方面操作压力过高，将引起能量；另一方面操作压力过高，将引起阎座的剧烈磨损，所以不能单纯追求高破碎阎座的剧烈磨损，所以不能单纯追求高破碎率。率。在高压匀浆机的操作中，压力增加每在高压匀浆机的操作中，压力增加每 10 MPa 时，温度将增加时，温度将增加 2，为了控制匀浆机，为了控制匀浆机的温度，要将
17、悬浮液预冷，破碎后离开匀浆的温度，要将悬浮液预冷，破碎后离开匀浆机时也要立即冷却。机时也要立即冷却。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制阀座的形式对破碎细胞有影响。通常阀门阀座的形式对破碎细胞有影响。通常阀门底座有两种型式：刃缘阀座和平边阀座。底座有两种型式：刃缘阀座和平边阀座。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制在相同操作压力下，刃缘阀座较平边阀座破在相同操作压力下，刃缘阀座较平边阀座破碎效率高，但是更易磨损。碎效率高，但是更易磨损。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制（2）珠磨法）珠磨法 将细胞在珠磨机中破
18、碎被认为是最有效的将细胞在珠磨机中破碎被认为是最有效的一种细胞物理破碎法。珠磨机的主体一般一种细胞物理破碎法。珠磨机的主体一般是立式或卧式圆筒型腔体，由电动机带动。是立式或卧式圆筒型腔体，由电动机带动。磨腔内装钢珠或小玻璃珠以提高研磨能力。磨腔内装钢珠或小玻璃珠以提高研磨能力。一般卧式构型珠磨破碎效率比立式高。一般卧式构型珠磨破碎效率比立式高。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制进入珠磨机的细胞悬浮液与极小的研磨剂进入珠磨机的细胞悬浮液与极
19、小的研磨剂（玻璃小珠、石英砂、氧化铝（玻璃小珠、石英砂、氧化铝d1mm）一）一起快速搅拌，细胞与研磨剂之间互相碰撞、起快速搅拌，细胞与研磨剂之间互相碰撞、剪切，使细胞破碎。剪切，使细胞破碎。1.工作原理工作原理第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制细胞的破碎是由剪切力层之间的碰撞和磨料细胞的破碎是由剪切力层之间的碰撞和磨料的滚动引起的。破碎作用遵循一级动力学定的滚动引起的。破碎作用遵循一级动力学定律。律。2.细胞破碎的程度细胞破碎的程度 式中式中 S 为为 t 时间内释放的蛋白质数量时间内释放的蛋白质数量(mg/g)，1为能释放出的蛋白质最大数量，为能释放出的蛋白质最
20、大数量，即出现即出现100破碎；破碎；K为破碎的比速度，与搅为破碎的比速度，与搅拌情况有关。拌情况有关。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制操作开始到操作开始到 t 时刻进行积分，可得到：时刻进行积分，可得到：对于连续操作：对于连续操作：tV/qv 相当于反应时间，相当于反应时间，即破碎时间（平均停留时间）即破碎时间（平均停留时间）第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制影响破碎率（影响破碎率（S）的因素：）的因素：K（破碎速率常数）与许多操作参数有关：（破碎速率常数）与许多操作参数有关：S上升，则上升，则K上升，上升，t上升，上升，延长研磨
21、时间延长研磨时间 1珠体直径：一般珠体越小，细胞破碎速度也珠体直径：一般珠体越小，细胞破碎速度也越快，但太小易于漂浮，难以保留在研磨机越快，但太小易于漂浮，难以保留在研磨机腔体中，易带出。实验室规模研磨机腔体中，易带出。实验室规模研磨机 0.2mm，工业规模不小于，工业规模不小于 0.4 mm。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制2.珠体的装量：升高，可以提高破碎率。但珠体的装量：升高，可以提高破碎率。但装量大，能量耗大，引起温度升高。宜控制装量大，能量耗大，引起温度升高。宜控制在在80%-90%珠体体积珠体体积/腔体自由体积。腔体自由体积。3.细胞浓度、料液性质：
22、细胞浓度对悬浮液细胞浓度、料液性质：细胞浓度对悬浮液的流变特性具有影响，所以会影响破碎率。的流变特性具有影响，所以会影响破碎率。最佳的细胞浓度由实验确定。最佳的细胞浓度由实验确定。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制4.搅拌器转速与构型：转速上升，能增加搅拌器转速与构型：转速上升，能增加S，但过高的转速使能耗上升，且还会使，但过高的转速使能耗上升，且还会使S下下降，应适当。降，应适当。5.操作温度：理论操作温度：理论T上升，上升，K上升，在上升，在5-40之间选择，对产物影响较小，热积用之间选择，对产物影响较小，热积用冷却套来散发。冷却套来散发。因此：在料液一定时，
23、延长因此：在料液一定时，延长t，适当增加装，适当增加装量，提高转速和温度都可有效地量，提高转速和温度都可有效地 S 上升上升。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制破碎率（破碎率（S）的确定：）的确定：珠磨法的破碎率一般控制在珠磨法的破碎率一般控制在80%。因为高的因为高的S，能耗大；产热多，冷却难度大；，能耗大；产热多，冷却难度大；产物失活损失上升；细胞碎片小，不易分产物失活损失上升；细胞碎片小，不易分离，给下一步操作带来困难；离，给下一步操作带来困难；根据产物的总收率，及下游过程确定根据产物的总收率，及下游过程确定第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产
24、物的提取与精制（3）超声破碎法）超声破碎法工作原理工作原理 在相当高的输入声能下，液体各个在相当高的输入声能下，液体各个成核部位会形成许多小气泡。在声波膨胀相成核部位会形成许多小气泡。在声波膨胀相中，这些气泡会增大，而在压缩相中气泡会中，这些气泡会增大，而在压缩相中气泡会被压缩，直到不能再压缩时，气泡破裂，释被压缩，直到不能再压缩时，气泡破裂，释放出猛烈的震波。在气泡发生空穴现象的破放出猛烈的震波。在气泡发生空穴现象的破碎期间，大量声能被转化成弹性波形式的机碎期间，大量声能被转化成弹性波形式的机械能，引起局部的剪切梯度使细胞破碎。械能，引起局部的剪切梯度使细胞破碎。第十二章 发酵产物的提取与精
25、制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制其中：其中：式中式中 Rp为蛋白质释放率；为蛋白质释放率；KP为蛋白质释放为蛋白质释放常数，常数，min-1；t为超声波发射时间，为超声波发射时间，min。W0为空穴临界功率；为空穴临界功率；W为输入功率，为输入功率，J/(gs)；，常数常数 在用于细胞破碎的容器中，流体动力学按在用于细胞破碎的容器中，流体动力学按照完全混合方式，蛋白质释放动力学遵循照完全混合方式，蛋白质释放动力学遵循一级反应定律：一级反应定律：第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制温度的上升也是因素之一；在气泡破裂时，温度的上升也是因素之一；在气泡破裂时，绝大部分
26、释放出来的能量都以热的形式为液绝大部分释放出来的能量都以热的形式为液体所吸收，导致温度上升；体所吸收，导致温度上升；影响超声波对生物产品的回收的因素：声频、影响超声波对生物产品的回收的因素：声频、声能、处理时间、细胞浓度、菌种类型；声能、处理时间、细胞浓度、菌种类型；另一个因素是超声处理工艺会引起诸如生成另一个因素是超声处理工艺会引起诸如生成游离基这样的化学效应。可以通过添加游离游离基这样的化学效应。可以通过添加游离基清除剂如胱氨酸或谷光甘肽等来缓和。基清除剂如胱氨酸或谷光甘肽等来缓和。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制特点特点 1）适应于实验室规模的应用）适应于
27、实验室规模的应用 操作简单、液操作简单、液量损失少，可加冰或加冷水；但大规模操作量损失少，可加冰或加冷水；但大规模操作时，声能传递和散热困难；时，声能传递和散热困难；2）易失活物质不宜用（自由基使产物失活）易失活物质不宜用（自由基使产物失活）3）G-杆菌破碎效果好，酵母菌效果差杆菌破碎效果好，酵母菌效果差;第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制（4）酶溶法）酶溶法酶溶法酶溶法 利用酶分解细胞壁上特殊的化学键利用酶分解细胞壁上特殊的化学键使之破壁。使之破壁。机械方法破碎细胞也存在一些缺点：机械方法破碎细胞也存在一些缺点：需要需要高的能量并且产生高温和高的剪切力，易使高的
28、能量并且产生高温和高的剪切力，易使不稳定产品变性失话；不稳定产品变性失话；就被破碎的有机体就被破碎的有机体或释放的产物而论，它们是非专一的，并且或释放的产物而论，它们是非专一的，并且产生碎片微粒尺寸的范围大、分布细，大量产生碎片微粒尺寸的范围大、分布细，大量细颗粒给分离带来了困难。细颗粒给分离带来了困难。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制其优点有：其优点有：产品释放的选择性高；产品释放的选择性高；抽提的速率和收率高；抽提的速率和收率高；产品的破坏最少；产品的破坏最少；对对pH值和温度等外界条件要求低，值和温度等外界条件要求低，不残留细胞碎片。不残留细胞碎片。但是酶
29、法溶胞的应用受酶的费用限制。若在但是酶法溶胞的应用受酶的费用限制。若在超滤反应器中使用可溶性固定化酶可望解决超滤反应器中使用可溶性固定化酶可望解决酶的费用问题。酶的费用问题。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制有两种酶溶法：外加酶法、自溶法有两种酶溶法：外加酶法、自溶法 可根据细胞壁的结构和化学组成选择适当可根据细胞壁的结构和化学组成选择适当的酶，并确定相应次序。的酶，并确定相应次序。1）种类）种类 溶菌酶，溶菌酶，-1,3-葡聚糖酶，葡聚糖酶，-1,6-葡聚糖酶，葡聚糖酶，蛋白酶，甘露糖酶，糖苷酶，肽键内切酶，蛋白酶，甘露糖酶，糖苷酶，肽键内切酶，壳多糖酶等；壳多
30、糖酶等；1、外加酶、外加酶第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制2）特点）特点优点：优点：条件温和，核酸泄出少，选择性释放产物；条件温和，核酸泄出少，选择性释放产物；缺点：缺点：价格高，限制了大规模应用，回收费也高；价格高，限制了大规模应用，回收费也高；通用性差，不同菌种需选择不同的酶，最通用性差，不同菌种需选择不同的酶，最佳条件不易确定；佳条件不易确定；产物抑制的存在：在溶酶系统中，甘露糖产物抑制的存在：在溶酶系统中，甘露糖蛋白酶，葡聚糖蛋白酶，葡聚糖葡聚糖酶；葡聚糖酶；第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制2、自溶法、自溶法 第十二章 发
31、酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制溶胞酶来源溶胞酶来源 1）是由微生物自体产生的，以便使生长）是由微生物自体产生的，以便使生长繁殖过程进行下去；繁殖过程进行下去；2）可控制一定的条件（温度、时间、）可控制一定的条件（温度、时间、PH、激活剂和细胞代谢途径）可诱发微生物产激活剂和细胞代谢途径）可诱发微生物产生过剩的溶酶胞或激发该酶的活性。生过剩的溶酶胞或激发该酶的活性。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制缺点：缺点：对不稳定的微生物，易引起所需蛋白质对不稳定的微生物，易引起所需蛋白质变性。变性。自溶后，细胞悬浮液粘度上升，过滤速自溶后，细胞悬浮液粘度
32、上升，过滤速率下降。率下降。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制（5）化学渗透法）化学渗透法 使用某些可以改变细胞壁或膜的通透性（渗使用某些可以改变细胞壁或膜的通透性（渗透性）的化学试剂，使胞内物质有选择地渗透性）的化学试剂，使胞内物质有选择地渗透出来，称为化学渗透法。透出来，称为化学渗透法。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制变性剂：与水中氢键作用，减弱水的极性，变性剂：与水中氢键作用，减弱水的极性，使疏水性化合物溶于水。使疏水性化合物溶于水。有机溶剂：能被细胞壁中的类脂吸收，使胞有机溶剂：能被细胞壁中的类脂吸收，使胞壁膜溶胀，导致细胞
33、破碎。壁膜溶胀，导致细胞破碎。表面活性物质：促使细胞某些组分溶解，其表面活性物质：促使细胞某些组分溶解，其增溶作用有助于细胞破碎。增溶作用有助于细胞破碎。EDTA螯合剂：与结构中螯合剂：与结构中 Ca2+或或 Mg2+螯合，螯合，使其原有结构破坏而破裂。使其原有结构破坏而破裂。化学试剂及其原理化学试剂及其原理 第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制特点特点 优点：优点：选择性释放产物。选择性释放产物。如：可使一些较小分子量的溶质，如多肽如：可使一些较小分子量的溶质，如多肽和小分子的酶蛋白透过，而核酸等大分子和小分子的酶蛋白透过，而核酸等大分子量的物质仍滞留在胞内。量的
34、物质仍滞留在胞内。细胞外形保持完整，碎片少，浆液粘度细胞外形保持完整，碎片少，浆液粘度低，易于固液分离和进一步提取低，易于固液分离和进一步提取 第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制缺点：缺点：通用性差，某种试剂只能作用于某种特定通用性差，某种试剂只能作用于某种特定类型细胞；类型细胞；时间长、效率低，胞内物一般释放率不超时间长、效率低，胞内物一般释放率不超过过80%；有些化学试剂有毒，在其后产物提取精时，有些化学试剂有毒，在其后产物提取精时，需分离除去。需分离除去。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制（6）反复冻结）反复冻结融化法融化法 原
35、理：原理：冷冻使细胞膜的疏水键结构破裂，亲水性冷冻使细胞膜的疏水键结构破裂，亲水性能上升；能上升；胞内水形成冰晶粒，剩余胞质盐浓上升，胞内水形成冰晶粒，剩余胞质盐浓上升，外水进入，溶胀而破碎外水进入，溶胀而破碎 将细胞放在低温下突然冷冻而在室温下缓慢将细胞放在低温下突然冷冻而在室温下缓慢融化，反复多次而达到破壁作用。融化，反复多次而达到破壁作用。第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制特点：特点：只适用于细胞壁较脆弱的菌体。只适用于细胞壁较脆弱的菌体。破碎率较低，常需反复多次。破碎率较低，常需反复多次。冻融中，可能引起某些蛋白质变性冻融中，可能引起某些蛋白质变性 第十二
36、章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制方法方法技技术原理原理效果效果成本成本举例例机械法机械法研磨法研磨法细胞被研磨物磨胞被研磨物磨碎碎适中适中便宜便宜超声波法超声波法用超声波的空穴用超声波的空穴作用使作用使细胞破碎胞破碎适中适中昂昂贵细胞胞悬浮液小浮液小规模模处理理珠磨破碎法珠磨破碎法细胞被玻璃珠或胞被玻璃珠或铁珠珠捣碎碎剧烈烈便宜便宜细胞胞悬浮液和植浮液和植物物细胞的大胞的大规模模处理理第十二章 发酵产物的提取与精制概论小结：不同细胞破碎方法基本情况归纳.第四篇 发酵产物的提取与精制方法方法技技术原理原理效果效果成本成本举例例化学法化学法渗透冲渗透冲击渗透渗透压破坏破坏细胞胞温和温和便宜便宜血血红细胞的破坏胞的破坏酶消化法消化法细胞壁被消化，使胞壁被消化，使细胞破碎胞破碎温和温和昂昂贵增溶法增溶法表面活性表面活性剂溶解溶解细胞壁胞壁温和温和适中适中胆胆盐作用于大作用于大肠杆菌杆菌脂溶法脂溶法有机溶有机溶剂溶解溶解细胞胞壁并使之失壁并使之失稳适中适中便宜便宜甲苯破碎酵母甲苯破碎酵母细胞胞碱碱处理法理法碱的皂化作用使碱的皂化作用使细胞壁融解胞壁融解剧烈烈便宜便宜第十二章 发酵产物的提取与精制概论.第四篇 发酵产物的提取与精制1、沉降与离心的异同。2、简述细胞破碎的意义。作 业第十二章 发酵产物的提取与精制概论.