從古至今，人類都沒有放棄對發(fā)酵工程的研究，在當今生物工程技術中它是一種“舊改新”的技術，同時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：包括固液分離技術（離心分離，過濾分離，沉淀分離等工藝）；細胞破壁技術（超聲，高壓剪切，滲透壓，表面活性劑和溶壁酶等）；蛋白質純化技術（沉淀法，色譜分離法和超濾法等）。

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

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

2，分離除去細胞碎片，獲得胞內(nèi)的目標物；

3，目標物在液相中，通過固液分離收集含生化物質的液相，除去固體懸浮物，如細胞，菌體，細胞碎片，蛋白質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)酵液中除去菌體細胞；

3，除去細胞分裂后的細胞碎片；

4，沉淀出的蛋白質或其他無機鹽等物質；

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

6，現(xiàn)在基于粒度不同：膜技術，雙水相萃取，擴展床吸附等。

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

對發(fā)酵液進行預處理可以促進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，在適當?shù)臏囟群褪軣釙r間下迅速轉換例如，鏈霉素發(fā)酵液，調(diào)酸至PH3.0后，加熱至70℃，維持半小時，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)酵液中某些物質的電離度和混合物性質，因此適當調(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處理的重要方法，其處理過程就是將化學藥劑預先加入到懸浮液中，改變細胞，細胞碎片，菌體和Pro等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，轉變凝結成裂的顆粒，適當提高過濾速率，而且能有效地除去雜蛋白和固體雜質，提高分辨率質量。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。

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

添加草酸鹽除去高價無機離子：主要是Ca2 +，Mg2 +和Fe2 +等。

沉淀法： Pro是兩性物質，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)物的細胞或菌體，分離除去液相；還可以收集含生化物質的液相，分離除去固體懸浮物（細胞，菌體，細胞碎片，蛋白質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被提出，即全發(fā)酵液提取，主要用到的方法有膜技術，雙水相萃取，擴展床吸附。

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

（1）過濾介質

織物介質：又稱濾布，應用較普遍，包括由棉，麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布；

顆粒介質：有硅藻土，珍珠巖粉，細砂，活性炭，白土等；

多孔固體介質：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）常用設備

△按操作方式分類：間歇過濾機，連續(xù)過濾機

△按操作壓強差分類：壓濾，吸濾和離心過濾

板框壓濾機（間歇操作）：板框壓濾機的過濾推動力來自泵產(chǎn)生的液壓或進料儲存槽中的氣壓。和細菌等多種發(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。一般動植物細胞的收集，細胞碎片和沉淀的分離等常用離心分離。

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

（1）膜技術

該技術的關鍵在于膜上連接的配基數(shù)量要大，同時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

向細胞碎片懸浮液中加入某種固體吸附劑，或者用細胞碎片懸浮液通過約會吸附劑的固定床，即可達到除去細胞碎片的目的。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。

由于擴展床吸附色譜技術具有集成化分離的優(yōu)點，分離周期短，成本低，在生物產(chǎn)品的分離中應用普遍，特別適用于含有細胞等固體粒子的粗制品的分離。同時擴展床介質的配比基團主要是離子交換配基，疏水配基以及親和配基，只是，決定了該技術不再重復蛋白質分離，即擴展床技術的應用領域在不斷擴大。發(fā)酵液的分離純化技術，在生物工程產(chǎn)品的下游處理過程中有十分廣闊的應用前景，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，并在其中的固液分離設備在結構形式上，分離效率，自動化水平，功能集成，產(chǎn)品質量和可靠性方面已經(jīng)有了質的飛躍，并在各行各業(yè)中不斷地被普遍應用。