下游生物技術(shù)的一般工藝流程

———下游生物技術(shù)的一般工藝流程

人們通常把工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程比作河流，通常稱微生物育種技術(shù)為上游技術(shù)，稱發(fā)酵技術(shù)為生物反應(yīng)工程，而發(fā)酵液的產(chǎn)物分離到產(chǎn)品的制作技術(shù)稱為下游技術(shù)。由于工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品眾多，原料廣泛，產(chǎn)品性質(zhì)多樣，用途各異，因而分離、提取、精制的技術(shù)，生產(chǎn)工藝及相關(guān)裝備也是多種多樣的。根據(jù)不同的對象，可采用在生物工業(yè)中行之有效的化工單元操作技術(shù)，也可采用生物工業(yè)中特有的下游新技術(shù)。某一具體產(chǎn)品的分離提取工藝還與下列情況有關(guān)：

（1）是胞內(nèi)產(chǎn)物還是胞外產(chǎn)物；

（2）原料中產(chǎn)物和主要雜質(zhì)濃度；

（3）產(chǎn)物和主要雜質(zhì)的物理化學(xué)特性及差異；

（4）產(chǎn)品用途和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；

（5）產(chǎn)品定位、價格；

（6）廢液的處理方法等。

如按生產(chǎn)過程劃分，生物工業(yè)下游技術(shù)大致可分為4個階段，即預(yù)處理、提?。ǔ醪椒蛛x）、精制（高度純化）、成品制作。

（胞外產(chǎn)物）（胞內(nèi)產(chǎn)物）發(fā)酵液預(yù)處理細(xì)胞分離細(xì)胞破壁碎片分離提取精制成品制作

一般情況下，原料中產(chǎn)品濃度越低，下游技術(shù)的成本越高。下游技術(shù)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）6100%=53.1%，即使各步操作都相當(dāng)完善，分步收率均達(dá)到95%，經(jīng)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(fù)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(jié)晶提取收率為75%，結(jié)晶母液如再經(jīng)過一次離子交換提取，二次重復(fù)提取收率為65%，則總收率為75%＋（1-75%）65%=91.25%。

按生產(chǎn)過程的4個階段可對下游技術(shù)作如下簡單歸納：

（1）預(yù)處理和固液分離主要技術(shù)有過濾和離心。固液分離以除去發(fā)酵液中的不溶性固形物雜質(zhì)和菌體細(xì)胞。過濾和離心相比，無論是費用還是運轉(zhuǎn)費用，前者都要小得多，因而首選方法應(yīng)是過濾。但因發(fā)酵液中的不溶性固形物和菌體細(xì)胞均是柔性體，細(xì)胞個體很小，特別是細(xì)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(shù)、助濾劑和合適的過濾設(shè)備是技術(shù)關(guān)鍵，近年來菌體細(xì)胞過濾技術(shù)進(jìn)展較大。離心有離心沉降和離心過濾之分。工業(yè)生產(chǎn)物料的多樣性，導(dǎo)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(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)，收集細(xì)胞后就還要進(jìn)行細(xì)胞的破碎和細(xì)胞碎片的分離。細(xì)胞碎片比細(xì)胞更難分離。

（2）提取（初步分離）目的是除去與產(chǎn)物性質(zhì)差異較大的雜質(zhì)，為后道精制工序創(chuàng)造有利條件。提取操作中，通常是目的產(chǎn)物要求有較大濃縮比的過程，可選技術(shù)也比較多。

（3）精制（高度純化）目的是去除與產(chǎn)物的物理化學(xué)性質(zhì)比較接近的雜質(zhì)。通常采用對產(chǎn)物有高度選擇性的技術(shù)，如色譜分離技術(shù)常被使用。結(jié)晶特別是重結(jié)晶通常也能獲得純度高的產(chǎn)物。

（4）成品制作成品形式與產(chǎn)品的最終用途有關(guān)，有液態(tài)產(chǎn)品也有固態(tài)產(chǎn)品，美觀的產(chǎn)品形