食品生物工程.ppt

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1、第七章食品生物工程下游技术内容n一、概述一、概述n二、原料与预处理二、原料与预处理n三、固液分离和细胞破碎三、固液分离和细胞破碎n四、初步纯化四、初步纯化n五、精细纯化五、精细纯化n六、成品加工六、成品加工一、概述一、概述n生物工程下游技术是指从基因工程获得的动、植物和微生物的有机体或器官上，从细胞工程、发酵工程和酶工程产物（发酵液、培养液）中把目标化合物分离纯化出来，使之达到商业应用目的的过程。1.1 生物工程下游技术的特点生物工程下游技术的特点n难度大：原料液中目标成分的含量较低原料液是复杂的多相体系目标成分的稳定性较差要求产品的纯度很高。n成本高：分离过程往往是步骤繁琐，处理时间长，收率

2、低并且重复性差，一般情况下，在生物工程产品的成本构成中，分离纯化部分的成本约占总成本的50%以上。1.2 下游工程的基本路线下游工程的基本路线n整个分离路线一般可分为以下五个主要步骤：预处理、固液分离、初步纯化、精细纯化、成品加工。n预处理：采用加热、调整pH、絮凝等措施和单元操作改变发酵液的理化性质，为固液分离作准备。n固液分离：采用珠磨、匀浆、酶溶、过滤、离心等单元操作除去固相，获得包含目的产物的液相，供进一步分离纯化用。n初步纯化：采用萃取、吸附、沉淀、离心等单元操作，将目的成分与大部分杂质分离开来。n精细纯化：采用层析、电泳、分子蒸馏等单元操作，将目的成分与杂质进一步分离，使产物达到预

3、期标准。n成品加工：采用结晶、浓缩、干燥等单元操作，将目的产物加工成适应市场需要的商品。目的产物提取与精制过程的一般工艺流程内容n一、概述一、概述n二、原料与预处理二、原料与预处理n三、固液分离和细胞破碎三、固液分离和细胞破碎n四、初步纯化四、初步纯化n五、精细纯化五、精细纯化n六、成品加工六、成品加工二、原料与预处理二、原料与预处理n目前发酵液仍是下游工程的主要原料。n发酵液的特性：发酵产物浓度低，处理体积大。微生物细胞的颗粒小，相对密度与液相相差不大。细胞含水量大，可压缩性大，一经压缩就会变形。液相黏度大，容易吸附在滤布上。产物性质不稳定。发酵液的预处理发酵液的预处理n加热升温法加热升温法

4、 n凝聚与絮凝凝聚与絮凝n调节发酵液调节发酵液pHpH2.1加热升温法加热升温法 n原理：升高温度可以有效降低液体黏度，提高过滤效率。n注意事项：加热温度和时间必须控制在不影响目的产物活性的范围内。防止加热导致的细胞溶解，胞内物质外溢，增加发酵液的复杂性和随后的产物分离纯化。2.2 凝聚与絮凝凝聚与絮凝n原理：有效地改变菌体细胞和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使其凝聚成较大的颗粒，便于过滤。n适用于菌体细小且黏度大的发酵液的预处理。凝聚：在中性盐的作用下，由于胶体粒子之间双电子层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定出现聚集的现象。絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在的情况下，基于架桥作用，使胶粒形成絮

5、凝团的过程。2.3 调节发酵液调节发酵液pHnpH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质。对于氨基酸、蛋白质等两性物质，在等电点下，溶解度最小，因此可利用此特性分离或除去两性物质。由于大多数蛋白质的等电点都在酸性范围内（pH4.0-5.5），利用酸性试剂来调节发酵液pH使之达到等电点，可除去蛋白质等两性物质。n细胞、细胞碎片以及某些胶体物质在某个pH下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤。内容n一、概述一、概述n二、原料与预处理二、原料与预处理n三、固液分离和细胞破碎三、固液分离和细胞破碎n四、初步纯化四、初步纯化n五、精细纯化五、精细纯化n六、成品加工六、成品加工三、固液分离和细胞破

6、碎三、固液分离和细胞破碎n3.1 3.1 固液分离固液分离n发酵液或多或少存在悬浮固体，需要使用固液分离手段使清液和固态物质得到很好的分离。常用的方法是过滤和离心分离。3.1.1离心分离n离心分离是在离心产生的重力场作用下使悬浮颗粒沉降下来的操作过程。n需要根据发酵液的特性来选择离心机。根据固体颗粒的大小选择离心机3.1.2 过滤分离n过滤：指在压力（或真空）的情况下将悬浮液通过过滤介质以达到固液分离的目的。n应用较广的过滤设备有压力过滤、真空过滤和错流过滤三种。3.1.2.1压力过滤n最常见的压力过滤装置是板框过滤机。n它的过滤介质为滤布，当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻隔而形成滤饼，滤

7、饼达到一定厚度时起过滤作用，压力来自于液压泵。n与其他设备相比，它的优点是：结构简单，过滤面积大；过滤的推动力（压力差）能大幅度调整，并能耐受较高的压力差，因而固相含水分低，并能适应不同过滤特性的发酵液的过滤；辅助设备少、价格低、动力消耗少。n主要缺点是：设备苯重、间歇操作、劳动强度大、辅助时间多、生产效率低。3.1.2.2真空过滤n最常见的真空过滤是真空转鼓过滤机。n工作部件是一个饶着水平轴转动的鼓，在转鼓内维持一定的真空度，施加于转鼓外边的大气压力即为过滤的推动力。真空转鼓过滤机工作原理示意图3.1.2.3错流过滤n切向流过滤又称错流过滤，是一种维持恒压下高速过滤的技术。n其操作特点是使悬

8、俘液在过滤介质表面作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走。当移走固体的速率与固体的沉积速率相等时，过滤速率就近似恒定。n目前切向流过滤的主要缺点是：切向流所产生的剪切作用可使蛋白质产物失活。3.2 细胞破碎细胞破碎n细胞破碎技术：是指利用外力破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内目标物释放出来的技术。3.2.1 常用的细胞破碎方法n按照作用方式的不同划分，常用的细胞破碎方法可以分为两类：机械类包括高速珠磨破碎法、高压匀浆破碎法、超声波破碎法等，非机械类包括化学渗透法，酶溶破碎法等。3.2.1.1高速珠磨法n原理：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂（通常是直径1 mm的无铅玻璃珠）在搅

9、拌浆的作用下充分混合、珠子之间以及珠子和细胞之间的相互剪切、碰撞促进细胞壁破裂，释放出内含物。在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。破碎中产生的热量由夹套中的冷却液带走。n主要缺点：温度升高较多，对热敏感的成分易失活，细胞碎片较小，清除碎片困难，给后续操作增加难度。3.2.1.2高压匀浆破碎法n原理：高压匀浆法所用设备是高压匀浆器，它由高压泵和匀浆阀组成。细胞在一系列过程中经历了高速造成的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，从而造成细胞的破碎。其实质是将细胞壁和膜撕裂，靠胞内的渗透压使其内含物全部释放出来。n除了较易造成堵塞的团状或丝状真菌以及较小的革兰氏阳性菌

10、不适于用高压匀浆器处理外，其他微生物细胞都可以用高压匀浆法破碎。n高压匀浆法破碎微生物细胞速度快，胞内产物损失小，设备容易放大。3.2.1.3超声破碎n原理：超声波细胞破碎仪由超声波发生器和换能器两大部分组成。超声波发生器将50 Hz、220 V电流变成20 kHz电能供给换能器。换能器随之做纵向机械振动。振动波通过浸入在生物溶液中的钛合金变幅杆产生空化效应，激发介质里的生物颗粒剧烈振动，引起的冲击波和剪切力使细胞破碎。n超声波破碎法操作简便，可连续操作，最适合实验室规模的细胞破碎。n超声振荡会使悬浮液温度升高，因而使用受到限制。3.2.1.4生物酶溶法n主要是利用生物酶将细胞壁和细胞膜消化溶

11、解的方法。n常用的溶酶有溶菌酶、蛋白酶、几丁质酶等，细胞壁溶解酶是几种酶的复合物。溶酶同其他酶一样具有高度的专一性，蛋白酶只能水解蛋白质，葡聚糖酶只对葡聚糖起作用，因此利用溶酶系统处理细胞必须根据细胞的结构和化学组成选择适当的酶，并确定相应的使用次序。n自溶是一种特殊的酶溶方式。控制条件（温度、pH、添加激活剂等）可以增强系统自身的溶酶活性，使细胞壁自发地溶解。3.2.2 包含体的处理n包含体基本上是由蛋白质构成，其中大部分（50%以上）是克隆表达的产物，这些产物在一级结构上正确的，但在立体构型上却是错误的，因此没有生物学活性。n要分离出具有活性的蛋白质，一般要经历下列步骤：破碎细胞分离出包含

12、体溶解包含体目标产物的构型复原。包含体的分离用溶菌酶或超声波法处理基因工程菌，破碎细胞，离心取沉淀，得包含体。再用蔗糖溶液、尿素缓冲液或温和的表面活性剂冲洗包含体，清除附在包含体上的杂蛋白、DNA、RNA和酶，得到较纯的包含体。包含体的溶解用弱变性剂尿素和表面活性剂十二烷基磺酸钠溶解包含体，使蛋白质肽链分离。加入还原剂二巯基苏糖醇或GSH，使二硫键可逆地断裂。此时重组蛋白呈现可溶解和单体肽链的状态。蛋白质的复性变性蛋白经初步纯化浓缩以后，透析除去变性剂和还原剂。大部分蛋白质即重新折叠，被空气中的氧氧化，重建二硫键，恢复活性。内容n一、概述一、概述n二、原料与预处理二、原料与预处理n三、固液分离

13、和细胞破碎三、固液分离和细胞破碎n四、初步纯化四、初步纯化n五、精细纯化五、精细纯化n六、成品加工六、成品加工四、初步纯化四、初步纯化n目的：把目的产物与大部分杂质分离开来，使杂质数量低于目的产物的数量。n初步纯化的单元操作有萃取、吸附、沉淀、膜分离等。4.1 萃取萃取n萃取是利用溶质在互不相溶的两相溶剂之间分配系数的不同而使得溶质得到纯化或浓缩的方法。n在萃取操作中至少有一相为流体，一般称该流体为萃取剂。以液体为萃取剂时，如果含有目标产物的原料也为液体，则称此操作为液液萃取；如果含有目标产物的原料为固体，则称此操作为液固萃取或浸取。在液液萃取中，根据萃取剂的种类和形式的不同又分为有机溶剂萃取

14、（简称溶剂萃取）、双水相萃取和反胶团萃取等。4.1.1 溶剂萃取溶剂萃取n溶剂萃取是把目标物质从第一个液相中依靠更强大的溶解力抽提到第二个液相中。n溶剂萃取的关键是萃取溶剂的选择，而选择的依据是“相似相溶”的原则。即分子结构相似和分子间相互作用力相似。在生物工业上，对后一点考察较多的是分子极性。n萃取操作流程可分为单级萃取和多级萃取。单级萃取即使用一个混合器和一个分离器的萃取操作。单级萃取的流程最简单，但因只萃取一次，一般萃取收率不高，特别是分配系数不是特别高时。为提高收率常常采用多级萃取。多级萃取中又有多级错流苹取和多级逆流萃取之分。4.1.2超临界二氧化碳流体萃取超临界二氧化碳流体萃取n基

15、本原理：n较低温度下，不断增加气体压力时，气体会转化成液体，当温度增高时，液体的体积增大。对于某一特定的物质而言，总存在一个临界温度(Tc)和临界压力(Pc)，高于临界温度和临界压力后，物质不会成为液体或气体，这一点就是临界点。在临界点以上的范围内，物质状态处于气体和液体之间，这个范围之内的流体成为超临界流体（SF）。n超临界流体具有类似气体的较强穿透力和类似于液体的较大密度和溶解度，具有良好的溶剂特性，对许多物质有很强的溶解能力，可作为溶剂进行萃取。n超临界流体对物质进行溶解和分离的过程就叫超临界流体萃取（SFE）。n可作为SF的物质很多，如二氧化碳、乙烷、氨等，其中多选用CO2。因为CO2

16、临界温度接近室温，且无色、无毒、无味、不易燃、化学惰性、价廉、易制成高纯度气体，因此特别适合天然产物有效成分的提取，对于天然物料的萃取，其产品真正称得上是100%纯天然的“绿色产品”。n超临界流体萃取分离过程的原理：在超临界状态下，超临界流体具有很好的流动性和渗透性，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以在超临界流体萃取过程是由萃取和分离组合而

17、成的。超临界二氧化碳流体萃取装置4.1.3双水相萃取双水相萃取n某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统。n利用亲水性高分子聚合物水溶液的双水相性质进行物质分离的方法称双水相萃取技术。n聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dx）是双水相萃取中常用的双聚合物系统，该双水相的上相富含PEG，下相富含Dx。n双水相萃取最大的优势在于双水相体系可为生物活性物质提供一个温和的活性环境，因而可在萃取过程中保持生物物质的活性及构象。尤其适用于直接从含有菌体等杂质的混合物中提纯目标蛋白（如酶、抗体等）。4.1.4 反胶团萃取反胶团萃取n反胶团的构造n表面活

18、性剂在水溶液中所形成的聚集体，亲水性的极性端向外指向水溶液，疏水性的非极性“尾”向内相互聚集在一起。n表面活性剂在非极性溶剂中所形成的聚集体，疏水性的非极性尾部向外，指向非极性溶剂，而极性头向内。由于与在水相中形成的微胶团方向相反，因而称之为反胶团。n反胶团萃取原理 是从主体水相向溶解于有机溶剂相中纳米级的、均一且稳定的、分散的反胶团微水相中的分配萃取。可当作“液膜”分离操作的一种。其特点是表面活性剂能不断包围水相中的蛋白质，形成反胶团，并引导入有机相中，完成对蛋白质的萃取和分离。在反胶团中蛋白质不与有机溶剂直接接触，而是通过水化层与表面活性剂的极性头接触，从而避免了蛋白质的变性、失活。蛋白质

19、向反胶团溶解的水壳模型n反胶团萃取中常用的表面活性剂有AOT、CTAB、TOMAC、PTEA，其中以AOT最为常用。AOT具有双链，形成反胶团时无需添加辅助表面活性剂且有较好的强度；它的极性基团较小，所形成的反胶团空间较大，有利于生物大分子进人。n常用于反胶团萃取系统的有机溶剂有环已烷、辛烷、异辛烷等。n反胶团萃取不能用于萃取相对分子量较大的蛋白质如牛血清蛋白，最适宜于萃取相对分子量较小或中等的蛋白质如-糜蛋白。n在使用阴离子表面活性剂时，在萃取前应调节水相的pH值比目标蛋白等电点pI值低2-4个单位，以增加蛋白质分子的表面电荷，提高萃取效率。在使用阳离子表面活性剂时，应调节水相的pH值高于蛋

20、白质的pI值，使蛋白质净电荷为负值。4.2 吸附吸附n吸附作用是物体表面的一个重要物理性质，理论上讲，任何两相都可以形成界面，其中一相的物质在另一相的表面发生密集行为，称为吸附。n通过吸附作用从液体或气体中提取回收有用目标产物的分离方法称为吸附分离法。n凡是能够将周围其他分子聚集到某一物质表面上的物质，就称为吸附介质。4.2.1 普通吸附剂吸附普通吸附剂吸附n普通吸附剂有活性炭、氧化铝、硅藻土等。n活性炭 这是常用的一种吸附介质，活性炭能对化合物产生吸附力主要是活性炭分子中的活性基团（如羟基等）与被分离物质分子中的某些基团产生范德华力形成的吸附作用。活性炭在酸性溶液中吸附力较强，因此吸附前应调

21、节水相pH值在5左右。n氧化铝 氧化铝是一种呈化学惰性且具有较高的吸附容量的吸附剂，主要是用于分离非极性化合物。吸附原理一般认为是被分离的物质与氧化铝表面的一些羟基相互作用形成氢键，而铝原子提供一个亲电子中心，吸引电子供体的某些基团，如-OH、-NH2等。氧化铝的优点是吸附容量大，分离效果好，尤其对于脂溶性的天然小分子，如醛、酮、醌类化合物的分离效果好，应用广泛，价格低廉。4.2.2 离子交换吸附离子交换吸附n离子交换吸附是基于离子交换剂上可电离的离子与溶液中具有相同电荷的溶质离子进行可逆交换，借助离子交换剂上电荷基团对溶液中离子或离子化合物的吸附作用进行。n离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有

22、机溶剂的固态高分子化合物，它的化学稳定性良好，且具有离子交换能力。其巨大的分子可以分成两部分，即树脂的骨架和活性离子，它在树脂骨架中的进进出出就发生离子交换现象。高分子的惰性骨架和单分子的活性离子，带有相反的电荷，而共处于离子交换树脂中。离子交换吸附的操作（1）离子交换剂的处理 加水浸泡，待充分膨胀后即可进行处理。常规的处理步骤是：加过量的水悬浮除去细颗粒，再改用酸碱浸泡，以便除去杂质并使其带上需要的反离子。酸碱处理的次序决定了离子交换剂携带反离子的类型。在每次用酸（或碱）处理后，均应先用水洗涤至近中性，再用碱（或酸）处理。最后用水洗涤至中性，经缓冲液平衡后即可使用或装柱。（2）分离物质的交换

23、 使用离子交换剂的方法有两种：一是柱色谱法，也叫动态法，即将离子交换剂装入色谱柱内，让溶液连续通过。该法交换效率高，应用范围广。另一种是分批法，也叫静态法，即使离子交换剂置入盛溶液的容器内不断缓慢搅拌。该法交换率低，不能连续进行，但需要的设备简单，操作容易。（3）物质的洗脱与收集 洗脱条件和吸附条件相反，在酸性条件下吸附的在碱性条件下洗。（4）离子交换剂的再生 使用过的离子交换剂，可采用一定的方法令其恢复原来的性状，这一过程叫做再生。再生可以通过上述的酸、碱反复处理完成。4.3 沉淀沉淀n沉淀是物理环境的变化引起溶质的溶解度降低，生成固体凝聚物的过程。沉淀分离方法有多种，如盐析沉淀法、有机溶剂

24、沉淀法、等电点沉淀法等。4.3.1盐析沉淀法n盐析沉淀是根据各种物质的结构差异性来改变溶液的某些性质，进而导致目标蛋白质的溶解度发生变化。n在溶液中加入中性盐，利用盐离子与蛋白质分子表面的带相反电荷的极性基团的互相吸引作用，中和蛋白质分子表面的电荷，降低蛋白质分子与水分子之间的相互作用，蛋白质分子表面的水化膜逐渐被破坏。当盐浓度达到一定的浓度时，蛋白质分子之间的排斥力降到很小，于是它们很容易相互聚集，溶解度就会降到很低，形成沉淀颗粒，从溶液中析出。工业上常用的中性盐是硫酸铵，它的优点是温度系数小而溶解度大。4.3.2有机溶剂沉淀n有机溶剂能降低蛋白质溶解度的原因主要是一方面与盐溶液一样具有脱水

25、作用，其次有机溶剂的介电常数比水小，导致溶剂的极性减小。常用的有机溶剂是甲醇、乙醇和丙酮。n有机溶剂沉淀法的优点是溶剂溶液蒸发除去，不会残留在成品中，而且有机溶剂密度低，与沉淀物密度差大，便于离心分离。该方法的缺点是易使蛋白质变性失活，且有机溶剂易燃易爆，安全要求高。n在实际操作时，还应注意以下几点：n1）降低操作温度能增加收率和减少蛋白质的变性。n2）所选择的溶剂必须能与水互溶，而和蛋白质不起化学反应。n3）蛋白质的分子量越大，产生沉淀所需加入的有机溶剂量越少。4）沉淀的蛋白质不能再溶解，就可能已经变性。n5）一般认为离子强度在0.05或稍低为最好，既能有一定的沉淀速度，又能对蛋白质起保护作

26、用，防止变性。所以，由盐析法制得的粗蛋白质，用有机溶剂沉淀法进一步精制时，先必须经过透析。4.4 膜分离n膜分离技术是指利用天然或人工合成的无机或有机薄膜,以外界能量或化学位差为推动力,对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的方法。n膜分离技术是人类最早应用的分离技术之一，根据膜的孔径大小可细分为透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透五种。透析分离n透析膜一般是孔径为5-10 nm的亲水膜，例如纤维素膜、聚酰胺膜等。一般制成管状透析袋使用，将含有高分子溶质的料液装入透析袋中，封口后浸入到纯水或缓冲液中，由于透析膜内外的溶质浓度不同，在浓度差的作用下，透析袋内的小分子溶质（如无机盐）透向膜

27、外，透析袋外部的水透向袋内，这就是透析。溶质以扩散的形式移动。n在生物分离方面，主要用于生物大分子溶液的脱盐。n透析过程以浓度差为传质推动力，膜的透过通量很小，因此不适于大规模生物分离过程，仅在实验室中应用较多。内容n一、概述一、概述n二、原料与预处理二、原料与预处理n三、固液分离和细胞破碎三、固液分离和细胞破碎n四、初步纯化四、初步纯化n五、精细纯化五、精细纯化n六、成品加工六、成品加工五、精细纯化五、精细纯化n采用一些特殊的高新技术进一步把杂质与目的产物分离开来，包括层析、电泳、分子蒸馏等。5.1 层析n层析技术又叫色谱分离技术。n常见有纸层析、薄层层析、柱层析等。纸层析和薄层层析操作简便

28、，分辨率高，但分离量太少，主要用于定性和定量分析。柱层析进样量大，回收容易，可用于分离纯化。5.1.1 凝胶层析n凝胶层析是利用生物大分子的分子量差异进行的色谱分离的方法。n凝胶色谱介质主要是以葡聚糖、琼脂糖、聚丙烯酰胺等为原料，通过特殊工艺合成的色谱介质。目前已成为生物化工和生物制药领域研究和生产中必不可少的分离介质。凝胶色谱基本原理n凝胶色谱介质是一种在球体内部具有大孔网状结构的凝胶微粒，可以把大小不同的生物大分子按一定的顺序进行分离，分子量大的生物分子由于不能进入或不能完全进入凝胶内部的网状孔，沿着凝胶颗粒间的空隙或大的网状孔通过，大分子相对于小分子迁移的路径近，在柱内的停留时间短、保留

29、值小，所以在色谱过程中迁移率最快，走在小分子的前面，先从色谱柱中流出。分子量小的分子由于能够进入凝胶内部的网状孔，沿着凝胶颗粒不同大小的网状孔流过，相对于大分子的迁移路径长，在柱内的停留时间长、保留值大，所以，在色谱过程中迁移率最慢，走在大分子的后面，最后从柱中流出。样品中分子量大小不同的各种分子在流过凝胶内部的网状孔时就受到凝胶介质排阻效应，也称为分子筛效应，将它们一个个分离，从而达到分离的目的。5.2 电泳n原理是：蛋白质分子是两性大分子，在一定的pH缓冲液中，蛋白质或带正电，或带负电，或在等电点不带电。在电场作用下，带正电荷的蛋白质向负极移动，带负电的蛋白质向正极移动，处于等电点的蛋白质

30、不移动。据此，可将两性大分子分离开来。电泳技术有凝胶电泳、等电点聚焦电泳等。5.3 分子蒸馏n原理：液体分子受热会从液面逸出，而不同种类的分子在气相中运动的平均自由程不同来达到分离的目的。n分子蒸馏的原理是根据分子运动理论，液体混合物的分子受热后运动会加剧，当接受到足够能量时，就会从液面逸出而成为气相分子。随着液面上方气相分子的增加，有一部分气体就会返回液体。在外界条件保持恒定情况下，最终会达到分子运动的动态平衡。n分子运动的平均自由程与分子的有效直径的平方成反比。即分子有效直径大的分子运动的平均自由程短，分子有效直径小的分子运动的平均自由程大。此时如果在小分子能达到而大分子不能达到的距离上放

31、一冷凝器，将小分子冷凝为液体，不断从气相中分离，平衡就被打破，液相混合物中的分子又会逸出成为气相分子。只要时间足够长，混合物就被分离提纯了。液体混合物沿加热板自上而下流动，被加热后能量足够的分子逸出液面，轻分子的分子运动平均自由程大;重分子的分子运动平均自由程小。如果在离液面距离小于轻分子运动的平均自由程而大于重分子运动的平均自由程处，设置一冷凝板，此时气体中的轻分子能够到达冷凝板，并不断地被冷凝，从而破坏了体系中轻分子的动态平衡，而使混合液中的轻分子不断逸出;相反，气相中的重分子因不能到达冷凝板，很快与液相中的重分子趋于动态平衡，表观上重分子不再从液相中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的

32、。下图为分子蒸馏的原理示意图，其主要结构由加热器、捕集器、高真空系统组成。液体混合物沿加热板自上而下流动，被加热后能量足够的分子逸出液面，轻分子的分子运动平均自由程大;重分子的分子运动平均自由程小。如果在离液面距离小于轻分子运动的平均自由程而大于重分子运动的平均自由程处，设置一冷凝板，此时气体中的轻分子能够到达冷凝板，并不断地被冷凝，从而破坏了体系中轻分子的动态平衡，而使混合液中的轻分子不断逸出;相反，气相中的重分子因不能到达冷凝板，很快与液相中的重分子趋于动态平衡，表观上重分子不再从液相中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的。下图为分子蒸馏的原理示意图，其主要结构由加热器、捕集器、高真空系

33、统组成。液体混合物沿加热板自上而下流动，被加热后能量足够的分子逸出液面，轻分子的分子运动平均自由程大;重分子的分子运动平均自由程小。如果在离液面距离小于轻分子运动的平均自由程而大于重分子运动的平均自由程处，设置一冷凝板，此时气体中的轻分子能够到达冷凝板，并不断地被冷凝，从而破坏了体系中轻分子的动态平衡，而使混合液中的轻分子不断逸出;相反，气相中的重分子因不能到达冷凝板，很快与液相中的重分子趋于动态平衡，表观上重分子不再从液相中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的。下图为分子蒸馏的原理示意图，其主要结构由加热器、捕集器、高真空系统组成。液体混合物沿加热板自上而下流动，被加热后能量足够的分子逸出

34、液面，轻分子的分子运动平均自由程大;重分子的分子运动平均自由程小。如果在离液面距离小于轻分子运动的平均自由程而大于重分子运动的平均自由程处，设置一冷凝板，此时气体中的轻分子能够到达冷凝板，并不断地被冷凝，从而破坏了体系中轻分子的动态平衡，而使混合液中的轻分子不断逸出;相反，气相中的重分子因不能到达冷凝板，很快与液相中的重分子趋于动态平衡，表观上重分子不再从液相中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的。下图为分子蒸馏的原理示意图，其主要结构由加热器、捕集器、高真空系统组成。液体混合物沿加热板自上而下流动，被加热后能量足够的分子逸出液面，轻分子的分子运动平均自由程大;重分子的分子运动平均自由程小。

35、如果在离液面距离小于轻分子运动的平均自由程而大于重分子运动的平均自由程处，设置一冷凝板，此时气体中的轻分子能够到达冷凝板，并不断地被冷凝，从而破坏了体系中轻分子的动态平衡，而使混合液中的轻分子不断逸出;相反，气相中的重分子因不能到达冷凝板，很快与液相中的重分子趋于动态平衡，表观上重分子不再从液相中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的。下图为分子蒸馏的原理示意图，其主要结构由加热器、捕集器、高真空系统组成。液体混合物沿加热板自上而下流动，被加热后能量足够的分子逸出液面，轻分子的分子运动平均自由程大;重分子的分子运动平均自由程小。如果在离液面距离小于轻分子运动的平均自由程而大于重分子运动的平均自

36、由程处，设置一冷凝板，此时气体中的轻分子能够到达冷凝板，并不断地被冷凝，从而破坏了体系中轻分子的动态平衡，而使混合液中的轻分子不断逸出;相反，气相中的重分子因不能到达冷凝板，很快与液相中的重分子趋于动态平衡，表观上重分子不再从液相中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的。下图为分子蒸馏的原理示意图，其主要结构由加热器、捕集器、高真空系统组成。n液体混合物沿加热板自上而下流动，被加热后能量足够的分子逸出液面，轻分子的分子运动平均自由程大;重分子的分子运动平均自由程小。如果在离液面距离小于轻分子运动的平均自由程而大于重分子运动的平均自由程处，设置一冷凝板，此时气体中的轻分子能够到达冷凝板，并不断地

37、被冷凝，从而破坏了体系中轻分子的动态平衡，而使混合液中的轻分子不断逸出;相反，气相中的重分子因不能到达冷凝板，很快与液相中的重分子趋于动态平衡，表观上重分子不再从液相中逸出，这样液体混合物便达到了分离的目的。下图为分子蒸馏的原理示意图，其主要结构由加热器、捕集器、高真空系统组成。n六、成品加工六、成品加工n6.1 结晶技术n6.2 浓缩n6.3 干燥6.1结晶技术n结晶的目的就是为了获得更纯净的固体的发酵产品。由于结晶过程具有高度选择性，因此析出的晶体纯度非常高。n结晶的全过程应包括形成过饱和溶液、晶核形成和晶体生长等三个阶段。溶液达到过饱和后，过量的溶质才会以固体态结晶出来。晶体的产生最初形

38、成极细小的晶核，然后这些晶核再成长为一定大小形状的晶体。n一般，若在结晶过程中晶核的形成速率大于晶体的成长速率，则产晶中的晶体小而数目多；若晶核的形成速率小于晶体的成长速率，则产生的晶体大而数目少。6.2 浓缩n浓缩是将低溶质浓度的溶液通过除去溶剂变为高溶质浓度的溶液。它是发酵工业提取与精制过程中常用的单元操作。n发酵工业中常用的浓缩方法有蒸发浓缩法、冷冻浓缩法、吸收浓缩法等。冷冻浓缩法n原理：是利用水溶液在共晶点前，部分水分呈冰晶析出的原理，来提高提取液的浓度。n冷冻的温度越低，析出的冰晶越多，溶液的浓度也愈高。提取液的浓度要求，可由析出的冰晶数量（即去水量）来计算得出百分浓度。n冷冻浓缩系

39、统可分为冷却过程、冰结晶生成与长大的结晶过程及冰和浓缩液的分离过程。6.3 干燥n干燥的主要目的是除去发酵产品中的水分，使发酵产品能够长期保存而不变质，同时减少发酵产品的体积和质量，便于包装和运输。n生物制品的干燥常用气流干燥、喷雾干燥和真空冷冻干燥。喷雾干燥 n喷雾干燥原理是利用不同的喷雾器，将悬浮液或黏滞的液体喷成雾状，使其在干燥室中与热空气接触，由于物料呈微粒状，表面积大，蒸发面积大，微粒中水分急速蒸发，在几秒或几十秒钟内获得干燥，干燥后的粉末状固体则沉降于干燥室底部，由卸料器排出而成为产品。n喷雾干燥最大的特点是干燥速率快、干燥时间短、产品质量高，整个喷雾干燥过程进行得非常迅速。适合于那些悬浮液和黏滞液体，需要干燥而又不允许较高温度时，例如酶制剂、酵母粉及其他药品或各种热敏性物料。思考题1.改变发酵液过滤特性的主要方法有哪些？简述其机理。2.展望超临界二氧化碳流体萃取技术在食品工业上的发展前景。3.为何晶体产品有较高的纯度？