第八章 发酵工程下游加工过程概论

在发酵工程产品的生产中，分离和纯化是最终获得商业产品的重要环节，其所需费用也占了成本的很大部分。分离纯化技术的进步，对于提高发酵工程产品在国际经济市场的竞争力至关重要。为表明其在发酵工程中的地位和重要性，常相对于菌种选育和发酵生产这些上游技术，把分离纯化技术称为下游加工过程(down stream processing)。
一、发酵工程下游加工过程的特点和重要性
发酵工程产品的分离纯化不同于化学品的纯化生产，其主要特点是一般所需代谢产物在培养液中的浓度很低，并且稳定性低，对热、酸、碱、有机试剂、酶以及机械剪切力等均十分敏感，在不适宜的条件下很容易失活或分解。而培养液中杂质含量却很高，如含有微生物细胞碎片、代谢产物、残留的培养基和超短纤维等，特别是基因工程菌多是用于生产外源蛋白质，发酵液中常常伴有大量性质相近的杂蛋白质。
另一特点是下游加工过程的代价昂贵，其回收率往往不会很高，像抗生素在精制后一般要损失20％左右。这样，下游加工的成本就成了制约生产者提高经济效益的重要因素。下游加工过程研究的目的就是提高产品回收率，降低分离纯化成本，否则发酵工程就不可能有工业化经济效益。
二、发酵工程下游加工过程的基本原理
生物物质的分离方法与一般化学方法虽然有许多不同特点，但在原理上又有许多是相同的，这充分说明近代生物化学的发展与化学和物理学的密切关系。用于生物化学分离的制备技术大都是根据混合物中不同组分分配率的差异，将其分配于可用机械方法分离的两个或几个物相中(如溶剂提取、盐析、结晶等)，或将混合物置于某一物相中(主要是液相)，外加一定的作用力，使各组分分配于不同区域，而达到分离纯化的目的(如电泳、超离心、超滤等)。除了小分子物质如氨基酸、脂肪酸、固醇类及某些维生素外，几乎所有有机体中的大分子物质都不能融化和蒸发，只限于分配在固相和液相中。因此可以人为地创造一定的条件，让这些大分子物质在这两相中交替转移，而达到纯化的目的。
三、发酵工程下游加工过程的一般程序
大多数发酵产品的下游加工过程，常常按生产过程的顺序分为四个大框架步骤，即发酵液的预处理和过滤、提取、精制、成品加工(图)。

图 发酵工程下游加工工艺流程和技术