二、提純  

??將所需要的產物從發酵液中分離出來的過程，也稱后處理。主要包括細胞破碎，分離，醪液輸送，過濾除雜，離子交換電滲析，逆滲透，超濾，凝膠過濾（層析），沉淀分離，溶媒萃取，蒸發，結晶，蒸餾，干燥包裝等過程和單元操作。

1 、發酵液的固液分離

??不管所需要的發酵產物是胞外代謝產物，還是胞內物質，甚至是菌體本身，首先都要進行固液分離，從發酵液中將細胞或其他固形物分開。其方法主要有預處理、過濾、離心和沉降。

?預處理是通過改變發酵液的物理性質，增大固體顆粒粒度，尤其是降低粘度來絮凝蛋白質，去除高價無機離子及發酵液中的其它雜質的過程。如加入草酸鹽去除 Ca 離子，加入三聚磷酸鈉去除鎂離子，加入黃血鹽（形成沉淀）去除鐵離子，加熱或調節發酵液 pH ??去除蛋白質等。凝聚和絮凝能有效聚集細胞、菌體和蛋白質等膠體粒子。凝聚是在加入某些無機鹽作用下，由于雙電層排斥電位降低，使膠體形成不穩定狀態的過程。絮凝是指在某些高分子絮凝劑存在時，基于架橋作用使粒子形成較大的絮凝團的過程。

??過濾是通過濾膜去除固體顆粒的過程。離心是在離心力的作用下，將懸浮液中的固相與液相加以分離的技術，多用于顆粒較細的懸浮液和乳濁液的分離。沉降常被用于初步分離和濃縮固體。這種方法簡單低廉，但分離能力有限。發酵液中細胞所含水分可分為自由水、絮凝水、毛細水和胞內水等四種。一般沉降法去除自由水分，離心及過濾去除絮凝水分，毛細水分用高速離心機去除，而胞內水分只能藉助干燥去除。

?為了保證離心和過濾的順利進行，應嚴格控制發酵周期。周期太長，則菌體自溶，使發酵液粘稠，分離困難，有時甚至使發酵產物變性及破壞，因此對發酵液進行預處理是必要的。

2 、有效成分的提取

（ 1 ）、細胞破碎 ?要提取細胞內的酶、多糖和核酸等，必須首先破碎細胞。目前的基因工程產物，大都積累在細胞內，要獲得這些產物，也必須先把細胞破碎。細胞破碎的方法很多，按是否存在外加作用力分為機械法和非機械法。機械法中的高壓勻漿法在生產上應用較多，非機械方法如酶解法、化學滲透壓法目前尚處在工業應用開發階段．而其他非機械方法僅在實驗室使用，工業應用仍受許多因素限制。

（ 2 ）、濃縮和沉淀 ??濃縮是將低濃度溶液除去一定量溶劑（包括水）變為高濃度溶液的過程，常見的有蒸發濃縮、冷凍濃縮和吸收濃縮等三種。濃縮常是發酵液提純前的預處理過程。沉淀是工業發酵中最常用和最簡單的一種提取方法。利用某些發酵制品能和一些酸、堿或鹽類形成不溶性物質從發酵濾液或濃縮液中沉淀下來或結晶析出的一類提煉方法。同類分子或離子以有規律形式析出的過程稱為結晶，而無規則紊亂的形式析出的過程稱為沉淀。目前該法廣泛應用于氨基酸、酶制劑及抗生素的提取。

（ 3 ）、離子交換及吸附 許多生物物質是兩性物質，如四環類抗生素、氨基酸、蛋白質、多糖、核苷酸等。隨著溶液 pH ?值的不同，可以以陽離子、陰離子和偶極離子三種形式存在。這些分子能依靠靜電力可逆地結合在離子交換樹脂上。離子交換樹脂是具有酸性或堿性功能的高分子化合物，因而能交換陰、陽離子。而大多數有活性的發酵產物都具有酸性或堿性功能團，在溶液中能與離子狀態存在，并能與樹脂的活性功能團交換。離子交換法廣泛用于抗生素、氨基酸、有機酸、磷脂、長鏈脂肪酸以及核苷酸等極性帶電小分子的分離提取，尤其在抗生素和氨基酸的生產中應用最廣泛。近來離子交換也逐漸應用于蛋白質、核酸等大分子的分離提取，但所用分離介質大多是多糖類，主要應用的是層析原理，與離子交換有所不同。

??在發酵工業中吸附主要用于酶、蛋白質、核苷酸、抗生素、氨基酸等產物的分離、空氣的凈化和除菌、脫色、去除熱源等雜質。因此吸附可有兩個目的，其一是將發酵產品吸附并濃縮于吸附劑上，其二是用吸附劑去除發酵液中的雜質或有害物質。

（ 4 ）、蒸餾 ?是分離液體混合物的一種有效方法，是基于發酵產物的沸點不同，將所需物質從液體混合物中分離出來的過程。它與蒸發不同，蒸發是去除低沸點物質和部分水蒸汽，使代謝產物保留濃縮的過程；而蒸餾要得到的恰恰是低沸點物質如酒精、白酒、丙酮、丁醇等。

（ 5 ）、萃取 ??將某種特定溶劑，加到發酵液混合物中，根據發酵液組分在水相和有機相中的溶解度不同，將所需物質分離出來的過程。此法常用于抗生素的分離工作中。如將抗生素發酵液與某一有機溶劑混合，并調節至適當的 pH ，大部分抗生素即溶于有機相中。有機相分離出來后，再調節 pH ??，可使抗生素轉至水相中，如此反復可得到較純的抗生素。紅曲發酵液中紅色素的提取也可用此法。萃取法具有傳質速度快、生產周期短、便于連續操作、可自動控制、分離效率高、生產能力大等優點，所以應用相當普遍。

??近年來，由于技術的發展，萃取不一定在水相與有機相之間進行，發展出了雙水相萃取法、反膠束萃取法和超臨界流體萃取法等新技術。

（ 6 ）、層析 當發酵液濃縮物隨流動相流經裝有固定相的層析柱時，混合物中各物質因分子大小不同而被分離的技術，是 1960 ??年代才發展起來的快速、簡便而高效的分離技術，應用非常廣泛，如可用于脫鹽、去除熱源物質、濃縮高分子溶液、測定相對分子量、純化抗生素等領域。其原理是基于被分離物質分子大小的不同，大分子物質不易進入凝膠顆粒（固定相）的微孔，因此向下流動的速度快；小分子物質除了可在凝膠顆粒間擴散外，還可進入凝膠的微孔中，因此向下流動的速度慢。

近年已發展出了氣相色譜、中壓液相色譜、高效液相色譜等新方法來分離樣品。

（ 7 ）、膜分離 ?依靠特定的膜允許物質透過或被截留的過程。膜分離近似于篩分過程，依據濾膜孔徑的大小而達到分離的目的。按分離粒子或分子大小的不同，分為透析、電滲析、微濾、超濾、反滲透和納米過濾等六種過程。

3 、發酵產品的后加工

（ 1 ）結晶 ?是制備純物質的一種有效方法。結晶過程因具有高度選擇性，只有同類分子或離子才能形成結晶，所以析出的晶體很純。在發酵工業中，結晶廣泛用于抗生素、氨基酸、有機酸、糖、核苷酸、維生素、輔酶等小分子的生產。近來多糖、蛋白質、酶和核酸等生物大分子的結晶也日益受到重視。生物小分子由于其結構比較簡單，分離至一定純度后，絕大部分都能定向聚合成分子型或離子型晶體。至于生物大分子，由于分子量大，結構復雜，不易定向聚集，因而結晶非常困難。

（ 2 ）干燥 ?生物產品含水易引起水解變性，影響質量，所以必須進行干燥處理。工業上干燥設備很多，但因生物制品大多為熱敏性物質，易變性失活，所以用于生化產品的干燥必須快速高效，加熱溫度不能過高，產品與干燥介質的接觸時間不能太長，而且為防止雜質混入和保持潔凈干燥，干燥過程必須在密閉條件下進行。

?發酵工業中，常用的干燥工藝有沸騰干燥、冷凍干燥、噴霧干燥、真空干燥及氣流干燥。干燥工藝和設備的選擇要與需要干燥的物料特點相匹配，一般來說，低溫干燥的設備和運行費用要遠遠高于中溫和較高溫的干燥工藝。

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