微生物工程工艺原理 第十三章 发酵产物的提取与精制方法
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生物发酵产物的分离与提纯随着科技的不断发展,生物技术的应用越来越广泛。
生物发酵工艺是一种将微生物用于工业生产的方法,它可以大规模合成各种有机物、制备药品、食品、饲料及化工产品。
但是,在面对液态发酵产物或者分离纯化复杂混合物时,我们不得不面对一些分离提纯的困难。
因此,如何有效地分离提纯生物发酵产物成为了一个值得研究的问题。
一、分离生物发酵产物的方法基本上,生物发酵产物分离的方法可以分为两类:物理方法和化学方法。
1、物理方法物理方法是指利用产物的物理性质(如电性质、磁性质、温度等)进行分离提纯的方法。
(1)过滤分离法过滤是通过将混合物通过限制孔径大小的分离膜,进行分离提纯的方法。
其主要适用于固态物质的分离。
(2)离心分离法离心分离是将混合物置于离心机内,通过离心作用把混合物分离开的方法。
其主要适用于分离液态或半固态物质。
(3)蒸馏分离法蒸馏分离法是将混合物加热到沸腾,利用不同物质在不同温度下的沸点差异,把混合物组分分离开来。
2、化学方法化学方法是指通过对混合物中的分子进行化学改变,使得分离成分发生变化而达到分离提纯的目的。
(1)沉淀法沉淀是指通过化学反应,在混合物中加入一定的物质,使得其产生不相溶的固体颗粒沉淀下来。
沉淀可以通过离心或者过滤的方法进行分离提纯。
(2)萃取法萃取法是指通过溶剂把混合物中想要提取的成分萃取出来。
(3)层析分离法层析分离法是指将混合液置于吸附剂上,通过对吸附剂的选择和操作条件的调节来实现分离。
二、生物发酵产物的提纯方法生物发酵产物的提纯方法主要有以下几种:1、压力液相色谱技术压力液相色谱技术是一种基于分子大小、化学性质、电荷和亲和力的分离技术,其操作简单,分离效果好,且提纯效率高,成本较低。
该技术可以用于分离和提纯各种生物发酵产物,如蛋白质、荷尔蒙和抗生素等。
2、凝胶过滤法凝胶过滤法通过将混合物置于凝胶中,通过物质分子大小的差异实现分离。
它可以分离和提纯各种生物分子,如DNA、RNA、酶和蛋白质等,但是对大分子的分离效果不佳。
微生物发酵的产物分离与纯化技术在微生物发酵领域,获得高质量和高纯度的产物是至关重要的目标。
而实现这一目标的关键步骤就在于产物的分离与纯化技术。
这些技术不仅决定了最终产物的品质和价值,也对生产效率和成本有着重要影响。
微生物发酵产物的种类繁多,包括但不限于各种有机酸、抗生素、酶、蛋白质、多糖等。
不同的产物具有不同的物理化学性质,因此需要采用相应的分离与纯化方法。
常见的分离方法之一是过滤。
过滤可以通过物理手段将发酵液中的固体颗粒与液体部分分开。
例如,使用微孔滤膜可以去除微小的颗粒和细胞碎片。
这种方法操作相对简单,但对于一些细小的颗粒或者与液体性质相近的物质,过滤效果可能有限。
离心分离也是常用的手段之一。
通过高速旋转产生离心力,使不同密度的物质分层,从而实现分离。
它适用于分离细胞、细胞碎片以及一些较大的颗粒物质。
但离心设备成本较高,且对于某些密度相近的物质分离效果可能不太理想。
沉淀法是基于物质溶解度的差异来实现分离。
通过改变溶液的条件,如 pH 值、温度、加入沉淀剂等,使目标产物沉淀下来。
这种方法相对简单,但可能会导致产物的部分损失和纯度降低。
在分离之后,纯化技术就显得尤为重要。
色谱技术是一种高效的纯化手段,如凝胶过滤色谱、离子交换色谱和亲和色谱等。
凝胶过滤色谱根据分子大小进行分离。
大分子物质先被洗脱出来,小分子物质则后被洗脱。
它适用于分离蛋白质等大分子,但分辨率相对较低。
离子交换色谱则是利用物质所带电荷的不同进行分离。
带正电荷的物质会与带负电荷的树脂结合,通过改变洗脱液的离子强度或 pH 值来洗脱目标物质。
这种方法对于带电的小分子和大分子都有较好的分离效果。
亲和色谱具有高度的选择性。
它利用目标物质与特定配体之间的特异性结合来实现纯化。
例如,对于某种酶,可以使用其底物作为配体进行亲和色谱分离,从而得到高纯度的酶。
但亲和色谱的成本相对较高,且配体的制备和再生可能较为复杂。
膜分离技术在产物纯化中也发挥着重要作用。