下游生物技術的一般工藝流程
人們通常把工業生物技術產品的生產過程比作河流,通常稱微生物育種技術為上游技術,稱發酵技術為生物反應工程,而發酵液的產物分離到產品的制作技術稱為下游技術。
由于工業生物技術產品眾多,原料廣泛,產品性質多樣,用途各異,因而分離、提取、精制的技術,生產工藝及相關裝備也是多種多樣的。根據不同的對象,可采用在生物工業中行之有效的化工單元操作技術,也可采用生物工業中*的下游新技術。某一具體產品的分離提取工藝還與下列情況有關:
(3)產物和主要雜質的物理化學特性及差異;
(4)產品用途和質量標準;
(5)產品定位、價格;
(6)廢液的處理方法等。
如按生產過程劃分,生物工業下游技術大致可分為4個階段,即預處理、提取(初步分離)、精制(高度純化)、成品制作。
(胞外產物)(胞內產物)發酵液→預處理→細胞分離→細胞破壁→碎片分離→提取→精制→成品制作
一般情況下,原料中產品濃度越低,下游技術的成本越高。下游技術的步驟越多,提取收得率也越低。如整個下游過程包括6步操作,每步操作的分步收率為90%,則總收率僅為(0.9)6×100%=53.1%,即使各步操作都相當完善,分步收率均達到95%,經6步操作后,總收率也只有(0.95)*×100%=73.5%。因此,盡量減少分離提取的操作步驟,減小損失,對于提高總收率是很重要的。
在條件允許的情況下,重復提取是提高總收率的一個有效方法。如谷氨酸一步等電點結晶提取收率為75%,結晶母液如再經過一次離子交換提取,二次重復提取收率為65%,則總收率為75%+(1-75%)×65%=91.25%。
按生產過程的4個階段可對下游技術作如下簡單歸納:
(1)預處理和固液分離 主要技術有過濾和離心。固液分離以除去發酵液中的不溶性固形物雜質和菌體細胞。過濾和離心相比,無論是投資費用還是運轉費用,前者都要小得多,因而初選方法應是過濾。但因發酵液中的不溶性固形物和菌體細胞均是柔性體,細胞個體很小,特別是細菌,過濾時形成的濾餅均是高度可壓縮性的,所以造成過濾困難。絮凝技術、助濾劑和合適的過濾設備是技術關鍵,近年來菌體細胞過濾技術進展較大。離心有離心沉降和離心過濾之分。工業生產物料的多樣性,導致了離心機種類、形式、性能的多樣性,可借鑒的品種較多。
如果產物在細胞內,收集細胞后就還要進行細胞的破碎和細胞碎片的分離。細胞碎片比細胞更難分離。
(2)提取(初步分離) 目的是除去與產物性質差異較大的雜質,為后道精制工序創造有利條件。提取操作中,通常是目的產物要求有較大濃縮比的過程,可選技術也比較多。
(3)精制(高度純化) 目的是去除與產物的物理化學性質比較接近的雜質。通常采用對產物有高度選擇性的技術,如色譜分離技術常被使用。結晶特別是重結晶通常也能獲得純度高的產物。
(4)成品制作 成品形式與產品的最終用途有關,有液態產品也有固態產品,美觀的產品形態也是產品檔次的一個標志。
蘇州阿爾法的14提供的實驗儀器、實驗器材和生物試劑廣泛應用于生物反應器培養、培養產物的下游工藝等。
由于工業生物技術產品眾多,原料廣泛,產品性質多樣,用途各異,因而分離、提取、精制的技術,生產工藝及相關裝備也是多種多樣的。根據不同的對象,可采用在生物工業中行之有效的化工單元操作技術,也可采用生物工業中*的下游新技術。某一具體產品的分離提取工藝還與下列情況有關:
是胞內產物還是胞外產物;
(3)產物和主要雜質的物理化學特性及差異;
(4)產品用途和質量標準;
(5)產品定位、價格;
(6)廢液的處理方法等。
如按生產過程劃分,生物工業下游技術大致可分為4個階段,即預處理、提取(初步分離)、精制(高度純化)、成品制作。
(胞外產物)(胞內產物)發酵液→預處理→細胞分離→細胞破壁→碎片分離→提取→精制→成品制作
一般情況下,原料中產品濃度越低,下游技術的成本越高。下游技術的步驟越多,提取收得率也越低。如整個下游過程包括6步操作,每步操作的分步收率為90%,則總收率僅為(0.9)6×100%=53.1%,即使各步操作都相當完善,分步收率均達到95%,經6步操作后,總收率也只有(0.95)*×100%=73.5%。因此,盡量減少分離提取的操作步驟,減小損失,對于提高總收率是很重要的。
在條件允許的情況下,重復提取是提高總收率的一個有效方法。如谷氨酸一步等電點結晶提取收率為75%,結晶母液如再經過一次離子交換提取,二次重復提取收率為65%,則總收率為75%+(1-75%)×65%=91.25%。
按生產過程的4個階段可對下游技術作如下簡單歸納:
(1)預處理和固液分離 主要技術有過濾和離心。固液分離以除去發酵液中的不溶性固形物雜質和菌體細胞。過濾和離心相比,無論是投資費用還是運轉費用,前者都要小得多,因而初選方法應是過濾。但因發酵液中的不溶性固形物和菌體細胞均是柔性體,細胞個體很小,特別是細菌,過濾時形成的濾餅均是高度可壓縮性的,所以造成過濾困難。絮凝技術、助濾劑和合適的過濾設備是技術關鍵,近年來菌體細胞過濾技術進展較大。離心有離心沉降和離心過濾之分。工業生產物料的多樣性,導致了離心機種類、形式、性能的多樣性,可借鑒的品種較多。
如果產物在細胞內,收集細胞后就還要進行細胞的破碎和細胞碎片的分離。細胞碎片比細胞更難分離。
(2)提取(初步分離) 目的是除去與產物性質差異較大的雜質,為后道精制工序創造有利條件。提取操作中,通常是目的產物要求有較大濃縮比的過程,可選技術也比較多。
(3)精制(高度純化) 目的是去除與產物的物理化學性質比較接近的雜質。通常采用對產物有高度選擇性的技術,如色譜分離技術常被使用。結晶特別是重結晶通常也能獲得純度高的產物。
(4)成品制作 成品形式與產品的最終用途有關,有液態產品也有固態產品,美觀的產品形態也是產品檔次的一個標志。
蘇州阿爾法的14提供的實驗儀器、實驗器材和生物試劑廣泛應用于生物反應器培養、培養產物的下游工藝等。
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