從古至今，人類都沒有放棄對發(fā)酵工程的研究，在當(dāng)今生物工程技術(shù)中它是一種“舊改新”的技術(shù)，同時(shí)生物分離也是生物產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路，分離效率直接決定產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，因此生物工業(yè)下游技術(shù)的發(fā)展日益受到研究者的重視。

從廣義上講，發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程，發(fā)酵工程和下游工程。其中，下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)：包括固液分離技術(shù)（離心分離，過濾分離，沉淀分離等工藝）；細(xì)胞破壁技術(shù)（超聲，高壓剪切，滲透壓，表面活性劑和溶壁酶等）；蛋白質(zhì)純化技術(shù)（沉淀法，色譜分離法和超濾法等）。

本質(zhì)上，如何從混合原料中高效，快速，特異捕獲目標(biāo)物質(zhì)是下游技術(shù)的首要解決問題？這里對其中的固液分離技術(shù)的原理，方法和設(shè)備做一概括。

1，目標(biāo)物在胞內(nèi)，通過固液分離才可以收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，除去液相；

2，分離除去細(xì)胞碎片，獲得胞內(nèi)的目標(biāo)物；

3，目標(biāo)物在液相中，通過固液分離收集含生化物質(zhì)的液相，除去固體懸浮物，如細(xì)胞，菌體，細(xì)胞碎片，蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等。

1，傳統(tǒng)的固液分離適用于物理狀態(tài)不同的固液混合體；

2，從發(fā)酵液中除去菌體細(xì)胞；

3，除去細(xì)胞分裂后的細(xì)胞碎片；

4，沉淀出的蛋白質(zhì)或其他無機(jī)鹽等物質(zhì)；

5，因此有時(shí)需要通過凝聚或絮凝等創(chuàng)設(shè)條作加固形物。同時(shí)，也降低了粘度；

6，現(xiàn)在基于粒度不同：膜技術(shù)，雙水相萃取，擴(kuò)展床吸附等。

其目的在于在于分離細(xì)胞，菌體和其他懸浮顆粒，還希望除去一部分雜質(zhì)并改變其性質(zhì)，以利于后續(xù)的各步操作。

對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理可以促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離的效率：

加熱法：加熱可降低液體的黏度，根據(jù)流體力學(xué)的原理，如何通過濾餅的速率與液體的黏度成反比，可見降低液體黏度可有效提高過濾速率；同時(shí)，在適當(dāng)?shù)臏囟群褪軣釙r(shí)間下迅速轉(zhuǎn)換例如，鏈霉素發(fā)酵液，調(diào)酸至PH3.0后，加熱至70℃，維持半小時(shí)，其黏度下降至原來的1/6，過濾速度可增加10?100倍。

調(diào)節(jié)懸浮液的PH值： PH值直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離度和混合物性質(zhì)，因此適當(dāng)調(diào)節(jié)發(fā)酵液的PH值可改善其過濾特性。的方法之一。

凝聚和絮凝：凝聚和絮凝都是懸浮液預(yù)處理的重要方法，其處理過程就是將化學(xué)藥劑預(yù)先加入到懸浮液中，改變細(xì)胞，細(xì)胞碎片，菌體和Pro等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，轉(zhuǎn)變凝結(jié)成裂的顆粒，適當(dāng)提高過濾速率，而且能有效地除去雜蛋白和固體雜質(zhì)，提高分辨率質(zhì)量。但凝聚和絮凝是兩種不同的方法，其具體處理過程還是有差異的，應(yīng)該明確區(qū)分開來，不可取代。

常用的助濾劑有硅藻土，纖維素，石棉粉，珍珠巖，白土，炭粒和淀粉等。

添加反應(yīng)劑：通過添加一些不影響目標(biāo)物質(zhì)的反應(yīng)劑，可消除發(fā)酵液中某些雜質(zhì)對過濾的影響，從而提高過濾速率。加入的反應(yīng)劑與某些可溶性鹽類發(fā)生反應(yīng)，生成不溶性沉淀，如CaSO4，AlPO4等。

添加草酸鹽除去高價(jià)無機(jī)離子：主要是Ca2 +，Mg2 +和Fe2 +等。

沉淀法： Pro是兩性物質(zhì)，在酸性溶液中，能與一些陰離子如三氯乙酸鹽，水楊酸鹽，苦味酸鹽等形成沉淀，在堿性溶液中，能與一些陽離子如Ag +， Cu2 +，Zn2 +，F(xiàn)e3 +和Pb2 +等形成沉淀。

變性法：其中較常用的是加熱法，還有大幅度調(diào)節(jié)PH，加酒精，乙酸等有機(jī)溶劑或某些表面活性劑等方法。

吸附法：加入某些吸附劑吸附雜蛋白而將其除去。

固液分離是生物產(chǎn)品生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的重要單元操作，固液分離可以收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相；還可以收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物（細(xì)胞，菌體，細(xì)胞碎片，蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等）。

因此，培養(yǎng)基，發(fā)酵液，某些中間產(chǎn)品和半成品等都需要進(jìn)行固液分離，其方法很多，傳統(tǒng)的方法是過濾和離心；現(xiàn)代一種全新的生物分離技術(shù)被提出，即全發(fā)酵液提取，主要用到的方法有膜技術(shù)，雙水相萃取，擴(kuò)展床吸附。

過濾操作是過濾過濾介質(zhì)，在一定的壓力差△p作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。

（1）過濾介質(zhì)

織物介質(zhì)：又稱濾布，應(yīng)用較普遍，包括由棉，麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布；

顆粒介質(zhì)：有硅藻土，珍珠巖粉，細(xì)砂，活性炭，白土等；

多孔固體介質(zhì)：如多孔陶瓷，多孔玻璃，多孔塑料等，可加工成板狀或管狀，微小且耐腐蝕，常用于過濾含少量微粒的懸浮液。

（2）常用設(shè)備

△按操作方式分類：間歇過濾機(jī)，連續(xù)過濾機(jī)

△按操作壓強(qiáng)差分類：壓濾，吸濾和離心過濾

板框壓濾機(jī)（間歇操作）：板框壓濾機(jī)的過濾推動(dòng)力來自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料儲(chǔ)存槽中的氣壓。和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。

離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在的差異，在離心場中使不同密度的固體顆粒加速分離的分離過程。一般動(dòng)植物細(xì)胞的收集，細(xì)胞碎片和沉淀的分離等常用離心分離。

利用離心機(jī)高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力來實(shí)現(xiàn)分離，具有分離速度快，分離效率高，串行重復(fù)度好等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，連續(xù)排料時(shí)，固相干度不如過濾設(shè)備。離心機(jī)的樣式有：斜角式，平拋式，管式，蝶式，螺旋式，多室式。

（1）膜技術(shù)

該技術(shù)的關(guān)鍵在于膜上連接的配基數(shù)量要大，同時(shí)必須解決膜孔道的污染問題。

（2）雙水相萃取

向水相中加入縮水的某些碳水化合物化合物（如葡聚糖，聚乙醇等）后，形成密度不同的兩相，輕相中取代某種高分子化合物，重相中取代鹽類或另類高分子化合物，從而達(dá)到分離和提純某些高分子化合物的目的。

（3）伸縮床吸附

向細(xì)胞碎片懸浮液中加入某種固體吸附劑，或者用細(xì)胞碎片懸浮液通過約會(huì)吸附劑的固定床，即可達(dá)到除去細(xì)胞碎片的目的。主要的問題是很難選擇合適的吸附劑，以保證目的產(chǎn)物不被吸附而損失。

由于擴(kuò)展床吸附色譜技術(shù)具有集成化分離的優(yōu)點(diǎn)，分離周期短，成本低，在生物產(chǎn)品的分離中應(yīng)用普遍，特別適用于含有細(xì)胞等固體粒子的粗制品的分離。同時(shí)擴(kuò)展床介質(zhì)的配比基團(tuán)主要是離子交換配基，疏水配基以及親和配基，只是，決定了該技術(shù)不再重復(fù)蛋白質(zhì)分離，即擴(kuò)展床技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大。發(fā)酵液的分離純化技術(shù)，在生物工程產(chǎn)品的下游處理過程中有十分廣闊的應(yīng)用前景，目前通過科研人員不斷研究，消化，吸收國內(nèi)外同類產(chǎn)品優(yōu)良技術(shù)，并在其中的固液分離設(shè)備在結(jié)構(gòu)形式上，分離效率，自動(dòng)化水平，功能集成，產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性方面已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，并在各行各業(yè)中不斷地被普遍應(yīng)用。