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微生物发酵产物的纯化与提取技术微生物发酵技术在生物医学和制药领域中具有重要地位，可以制备出多种生物活性产物，如抗生素、激素、酶、细胞因子和疫苗等。
这些产物广泛用于医疗、环保、农业和制造业等领域。
其中，微生物发酵产物的纯化和提取技术是制备过程中的重要环节，可以降低产品成本、提高产品质量和效益。
本文将介绍微生物发酵产物的纯化与提取技术及其应用。
一、微生物发酵产物的纯化技术1. 色谱法色谱法是一种基于样品分子在不同介质中的亲和性和相互作用力差异而分离纯化的方法。
包括大小分子筛法、离子交换法、亲和层析法、凝胶过滤法和气相色谱法等。
这些方法常用于制备高纯度、高效率的蛋白质、核酸、多糖和小分子化合物等。
2. 逆流式管柱法逆流式管柱法是一种通过透析膜和离子交换树脂对混合产物进行分离、纯化的方法。
该方法具有操作简单、高效率、高选择性和易于自动化的优点，适用于制备高纯度的生物活性物质。
3. 溶剂萃取法溶剂萃取法是一种基于样品分子在溶剂中的亲和性差异来分离产物的方法。
溶剂萃取法适用于对于可溶性较好、有机相和水相分配系数大的混合产物进行分离、纯化。
常用的溶剂有乙酸乙酯、苯、氯仿和正己醇等。
二、微生物发酵产物的提取技术1. 超声波提取法超声波提取法是一种通过超声波振荡原理来破坏细胞壁，并将目标产物提取至溶液中的方法。
该方法具有操作简单、高效率、无需使用有毒有害溶剂和耗时的传统提取方法的优点，适用于提取蛋白质、酶、多糖、黄酮类和生物碱等。
2. 溶菌酶提取法溶菌酶提取法是一种通过水解细菌细胞壁中的脂多糖骨架，将目标产物溶解出来的方法。
该方法具有选择性好、成本低、规模化生产能力强的优点，适用于提取抗生素、酶和蛋白质等。
3. 水萃取法水萃取法是一种基于植物纤维素和蛋白质等产物在水相中的亲和性和相互作用力差异而进行的提取方法。
水萃取法具有操作简单、效率高、物料成本低廉和对人体无毒无害的特点，适用于提取多糖、酶、黄酮类、生物碱和氨基酸等。
微生物发酵的产物分离与纯化在微生物发酵领域，获得高纯度和高质量的产物是至关重要的目标。
而实现这一目标的关键步骤之一，便是对发酵产物进行有效的分离与纯化。
这一过程不仅决定了最终产品的质量和产量，还直接影响着生产的成本和效率。
微生物发酵所产生的产物多种多样，包括但不限于各种有机酸、氨基酸、抗生素、酶、蛋白质等。
这些产物在发酵液中的浓度通常较低，且往往与大量的杂质混合在一起。
因此，要将所需的产物从复杂的发酵体系中分离出来并纯化至符合要求的纯度，需要采用一系列精心设计的技术和方法。
首先，我们来谈谈过滤和离心这两种常见的初步分离手段。
过滤是利用过滤介质，如滤纸、滤膜等，将发酵液中的固体颗粒和较大的杂质去除。
而离心则是通过离心机产生的离心力，使固体颗粒或细胞等较重的成分沉淀到底部，从而实现固液分离。
这两种方法能够在一定程度上减少发酵液中的杂质含量，为后续的分离纯化步骤减轻负担。
在初步分离之后，萃取技术常常被应用于进一步提取目标产物。
萃取的原理是基于目标产物在不同溶剂中的溶解度差异。
例如，对于一些亲脂性的产物，可以使用有机溶剂从水相发酵液中将其萃取出来。
而对于某些水溶性较好的产物，则可能需要采用反胶束萃取等特殊的萃取方法。
接着，我们来看一看沉淀法。
通过改变发酵液的物理化学条件，如pH 值、温度、添加盐类等，可以使目标产物沉淀出来。
例如，在蛋白质的分离纯化中，常常通过调节 pH 值使蛋白质达到等电点，从而引发沉淀。
沉淀法操作相对简单，但可能会导致部分产物的活性损失，因此需要谨慎控制条件。
膜分离技术也是近年来发展迅速的一种分离方法。
包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。
这些技术利用具有特定孔径的膜，根据分子大小、形状和电荷等特性对发酵液进行分离。
膜分离具有操作方便、节能高效等优点，但膜容易受到污染和堵塞，需要定期清洗和维护。
色谱分离技术在微生物发酵产物的纯化中占据着重要地位。
例如，凝胶过滤色谱根据分子大小进行分离，离子交换色谱基于分子的电荷差异，亲和色谱则利用目标产物与配体之间的特异性亲和力。
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。
《发酵工程》学习通课后章节答案期末考试题库2023年1.在发酵过程中，pH的变化有一定规律，一般来说，延迟期：pH值基本不变；对数生长期：pH值下降；产物生产阶段：pH变化较小，基本趋于稳定；菌体自溶阶段：随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培养液中氨基氮增加，致使pH又上升。
参考答案:对2.是菌种退化的重要原因之一参考答案:连续传代3.使用高压锅灭菌时，打开排汽阀的目的是参考答案:排尽锅内冷空气4.大多数芽孢细菌形成芽孢在哪个时期参考答案:对数期5.从自然界中筛选菌种时，采样后通常会对样品进行预处理，请问如果采集到的目的微生物在样品中的含量非常少时，就需要用到一种特殊的方法，即对样品中的微生物进行。
参考答案:富集培养6.在发酵中有关氧的利用正确的是参考答案:微生物只能利用发酵液中溶解氧7.菌种分离方法常用的有、、单孢子或单细胞分离法等。
参考答案:稀释分离法###划线分离法###涂布分离法8.我们在选择培养基的灭菌温度时，一般采用参考答案:高温快速9.什么是富集培养法？参考答案:根据微生物的生理特点，通过控制培养基的营养成分或培养条件，使目的微生物迅速地生长繁殖、数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，以利于分离到所需要的菌株。
10.通过影响微生物膜的稳定性，从而影响营养物质吸收的因素是参考答案:pH11.如果在发酵过程中，发酵液经检验发现耐热的芽孢杆菌，则导致染菌原因的最大可能是参考答案:培养基或设备灭菌不彻底12.高温对培养基成分的有害影响，表现在参考答案:形成沉淀###破坏营养###提高色泽###改变培养基的pH值###降低培养基浓度13.通气搅拌强度大，泡沫就会减少参考答案:错14.最适氧浓度是指最适合产物合成的溶解氧浓度范围。
参考答案:对15.抗生素的合成是在微生物生长的参考答案:稳定期16.能影响发酵过程中温度变化的因素是参考答案:微生物分解有机物释放的能量###机械搅拌###水分蒸发###发酵罐散热17.使用淀粉质原料生产酒精时，通常会对原料进行蒸煮，蒸煮的过程是淀粉的和过程、参考答案:糊化###液化18.菌种的选育方法包括2大类，分别为：、参考答案:自然选育###菌种改良；遗传选育19.发酵过程中污染杂菌的途径可能有参考答案:种子带菌###无菌空气带菌###设备渗漏###培养基和设备灭菌不彻底###操作不当20.生产酒精的原料有参考答案:淀粉###糖蜜###纤维素###工业废液21.补料有利于控制微生物的中间代谢，补料的内容有参考答案:碳源###氮源###微量元素或无机盐###诱导酶的底物22.（）、（）参考答案:连续灭菌###分批灭菌23.目前发酵过程已经实现在线测量和控制的参数是参考答案:温度###pH值###溶解氧浓度###消泡###流量24.在生产中，连续灭菌也叫（）参考答案:连消25.菌种分离方法常用的有、、单孢子或单细胞分离法等。
第一章绪论填空题1. 生物技术制药的特征高技术、高投入、高风险、高收益、长周期。
2. 生物药物广泛应用于医学各领域，按功能用途可分为三类，分别是治疗药物、预防药物、诊断药物。
3.现代生物药物已形成四大类型：一是应用DNA重组技术制造的基因重组多肽、蛋白质类治疗剂；二是基因药物；三是来自动物植物和微生物的天然生物药物；四是合成与部分合成的生物药物；4.生物技术的发展按其技术特征来看，可分为三个不同的发展阶段，传统生物技术阶段；近代生物技术阶段；现代生物技术阶段。
5.生物技术所含的主要技术范畴有基因工程；细胞工程；酶工程；发酵工程；蛋白质核酸工程和生化工程；选择题1.生物技术的核心和关键是（A ）A 细胞工程B 蛋白质工程C 酶工程D 基因工程2. 第三代生物技术（ A ）的出现，大大扩大了现在生物技术的研究范围A 基因工程技术B 蛋白质工程技术C 海洋生物技术D细胞工程技术3.下列哪个产品不是用生物技术生产的（D ）A 青霉素B 淀粉酶C 乙醇D 氯化钠4. 下列哪组描述（A ）符合是生物技术制药的特征A高技术、高投入、高风险、高收益、长周期B高技术、高投入、低风险、高收益、长周期C高技术、低投入、高风险、高收益、长周期D高技术、高投入、高风险、低收益、短周期5. 我国科学家承担了人类基因组计划（C ）的测序工作A10% B5% C 1% D 7%名词解释1.生物技术制药采用现代生物技术可以人为的创造一些条件，借助某些微生物、植物或动物来生产所需的医学药品，称为生物技术制药。
2.生物技术药物一般说来，采用DNA重组技术或其它生物新技术研制的蛋白质或核酸来药物称为生物技术药物。
3.生物药物生物技术药物是重组产品概念在医药领域的扩大应用，并与天然药物、微生物药物、海洋药物和生物制品一起归类为生物生物药物。
简答题1.生物技术药物的特性是什么？生物技术药物的特征是：（1）分子结构复杂（2）具有种属差异特异性（3）治疗针对性强、疗效高（4）稳定性差（5）免疫原性（6）基因稳定性（7）体内半衰期短（8）受体效应（9）多效应和网络效应（10）检验特殊性2.简述生物技术发展的不同阶段的技术特征和代表产品？（1）传统生物技术的技术特征是酿造技术，所得产品的结构较为简单，属于微生物的初级代谢产物。
