提取的目的是除去与目标产物理化性能有很大差异的物质，使产物浓缩，并明显提高产品的纯度。常用的方法有沉淀法、蒸馏、萃取、离子交换等。
一、沉淀法
沉淀法是分离和纯化生物物质和发酵产品过程中最常用、最简单的方法之一。它是利用加入试剂或改变条件使发酵产品生成不溶性颗粒而沉降析出，具有设备简单、成本低、原材料易得等优点，并且随产物在溶液中浓度的提高，收率也增高。目前，广泛用于蛋白质、多糖等大分子物质及柠檬酸、谷氨酸、抗生素和酶制剂等发酵产品的提取。其缺点是过滤困难，产品质量较低，往往需要精制。沉淀和结晶的区别在于形态的不同，同类分子或离子以有规则排列形式而析出称结晶，同类分子或离子以无规则的紊乱排列形式而析出称为沉淀。
根据加入的沉淀剂的不同，沉淀法可分为盐析法、等电点法、有机溶剂法等。
（一）盐析法
盐析法又称中性盐沉淀法，在发酵液中加入中性盐能破坏蛋白质或酶的胶体性质，消除微粒上的电荷，促使蛋白质或酶沉淀，此法一般应用于蛋白质分离和酶制剂工业的发酵液提取。
1.盐析原理
蛋白质或酶溶液是复杂的胶体系统，由两相组成：液体分散介质和固体分散物质，分散物质的颗粒大小为1～100mm。
胶体溶液不是稳定的，在一定的条件下，它们的颗粒能相互聚结而沉降。在蛋白质或酶的颗粒表面分布着各种亲水基团，如-COOH、-NH2、-OH等，这些亲水基团吸聚着许多水分子，这种作用称为水合，水分子在颗粒表面形成一层水膜（溶剂化膜），由于水膜的存在，颗粒间被分隔开，水膜愈厚，胶体溶液愈稳定。同时像蛋白酶等酶分子中，含有不同数目的酸性和碱性氨基酸，其肽链的两端有不同数目的自由羧基和氨基，这些基团使蛋白酶颗粒表面带有一定的电荷，因相同电荷的排斥作用，也使颗粒彼此分离，所以蛋白酶水溶液是一种稳定的亲水胶体溶液。如果在溶液中加入一定量的沉淀剂如（NH4）2SO4，由于沉淀剂（NH4）2SO4的亲水性比蛋白质或酶的亲水性大，它能与大量的水分子结合，使水膜退化、消失而脱水，同时由于（NH4）2SO4的解离，中和了蛋白质或酶颗粒所带的电荷，颗粒间失去相互的排斥力，在布朗运动的互相碰撞下，蛋白质或酶分子结合成聚集物而沉淀析出。
从上述机理可见，蛋白质或酶的沉淀是由于盐类的加入使其溶解度变化所致。用盐析法分离蛋白质时可以有两种步骤：
①在一定的pH及温度条件下，改变盐的浓度（即离子强度）达到沉淀的目的。
②在一定的离子强度下，改变溶液的pH及温度，达到沉淀的目的。
一般粗提蛋白质时常用前者，进一步分离、纯化时常用后者。
2.影响蛋白质盐析的主要因素
影响蛋白质盐析的主要因素有盐析剂的种类和用量，溶液的温度和pH。此外，溶液中各种杂质的种类和数量，与蛋白质的溶解度都有直接的关系，这些关系是相当复杂而微妙的，具体因素必须通过实验确定。
（1）盐析剂的种类 可供选择的盐析剂种类很多，不同的盐其盐析效果是不相同的，其中效果好又最常用的盐析剂有（NH4）2SO4、Na2SO4、NaH2PO4等。一般来说，含有多价阴离子的中性盐的盐析效果较好。但即便是同一种盐，对不同品种的酶其盐析效果也不相同。在选择盐析的无机盐时，除考虑上述各种离子的盐析效果外，还有如下要求：即溶解度大，能配制高离子强度的盐溶液；溶解度受温度影响较小；盐溶液密度不高，以便蛋白质沉淀的沉降或离心分离。
硫酸铵价格便宜、溶解度大且受温度影响很小，具有稳定蛋白质（酶）的作用，（NH4）2SO4的另一优点是压滤出来的废液可直接作农肥用，这样可以回收约一半的费用，并且没有废液的污染，因此是最普遍使用的盐析剂。但硫酸铵有如下缺点：硫酸铵为强酸弱碱盐，水解后使溶液pH降低，在高pH下释放氨；硫酸铵的腐蚀性强，后处理困难；残留在食品中的少量硫酸铵可被人味觉感知，影响食品风味；临床医疗有毒性，因此在最终产品中必须完全除去。除硫酸铵外，硫酸钠和氯化钠也常用于盐析。硫酸钠在40以下溶解度较低，主要用于热稳定性高的胞外蛋白质的盐析。
（2）盐析剂的用量 盐析剂的用量与所沉淀的酶的种类和酶液中杂质的性质、数量有关，应以收率最高的用量为标准。具体用量需通过对比试验和生产实践摸索才能确定。如目前生产淀粉酶（BF7658），盐析剂硫酸铵的用量为40%；而生产葡萄糖氧化酶，硫酸铵的用量需高达70%。由于硫酸铵用量大，且易吸潮结块，不易溶解，为了能够快速溶解，用前需加以粉碎，然后边溶解边加到酶液中，加盐的速度应尽可能避免盐析剂积聚罐底。搅拌能加快盐的溶解和加速胶体溶液的破坏，有利于酶的沉降，但强烈的搅拌会产生泡沫，引起酶蛋白质的表面变性和氧化，使酶液活力下降，并且会使沉淀破碎，形成细小颗粒，沉降不完全，进而增加过滤的困难，所以搅拌速度应该适中。
（3）盐析的温度 盐析时温度的选择要以不降低酶的活力为原则，应在其保持稳定的温度范围内进行盐析，但也需适当地顾及盐析效果，一般规律是温度愈低沉淀的形成愈不容易，但也有相反的情况。实际上可供选择的范围较大，所以多数是在常温下进行盐析。
（4）盐析的pH选择也要以不降低酶的活力为原则。由于蛋白质在等电点时最易沉淀，故可选择等电点的pH作为盐析的pH。但为防止pH对酶活力的影响，可通过试验选择在酶稳定的pH范围内进行盐析。
（5）溶液中杂质的影响 酶液中杂质的组成以及这些成分对盐析效果的影响是极为复杂的，尤其是溶液中所含的各种蛋白质和其他酶与需要提取的酶会相互作用。盐析条件的选择应以最大可能沉淀出需要的酶为原则。此外，特别重要的是重金属离子的影响，重金属的存在会导致酶的大量损失。例如，所用器具产生铜锈可使酶活力大幅度降低，根据试验，十万分之一的硫酸铜会使脂肪酶的活力损失90%左右。
人为因素带来的杂质应当尽量避免。发酵液的贮放不能太久，应及时处理，否则进一步发酵和杂菌滋生都会降低酶液的活力。
（二）等电点法
等电点法主要用于一些两性电解质的产物中，例如抗生素、氨基酸以及水化程度不大或憎水性的蛋白质例如酪蛋白等。
等电点沉淀的操作条件是：低离子强度，pH≈pI。因此，等电点沉淀操作需在低离子强度下调整溶液pH至等电点，或在等电点的pH下利用透析等方法降低离子强度使蛋白质沉淀。由于一般蛋白质的等电点多在偏酸性范围内，故等电点沉淀操作中，多通过加入无机酸（如盐酸、磷酸和硫酸等）调节pH。等电点沉淀法不如盐析沉淀法应用广泛。如对于亲水性很强的蛋白质（如明胶），由于在水中溶解度较大，在等电点的pH下不易产生沉淀。但该法仍不失为有效的蛋白质初级分离手段。例如，从猪胰脏中提取胰蛋白酶原（pI=8.9）时，可先于pH3.0左右进行等电点沉淀，除去共存的许多酸性蛋白质（pI≈3.0）。工业生产胰岛素（pI=5.3）时，先调pH至8.0除去碱性蛋白质，再调pH至3.0除去酸性蛋白质（同时加入一定浓度的有机溶剂以提高沉淀效果）。
与盐析法相比，等电点沉淀的优点是无需后继的脱盐操作。但是，如果沉淀操作的pH过低，容易引起目标蛋白质的变性。
（三）有机溶剂沉淀
向蛋白质溶液中加入丙酮或乙醇等水溶性有机溶剂，水的活度降低。随着有机溶剂浓度的增大，水对蛋白质分子表面电荷基团或亲水基团的水化程度降低，溶液的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。同等电点沉淀一样，有机溶剂沉淀也是利用同种分子间的相互作用。因此，在低离子强度和等电点附近，沉淀易于生成，或者说所需有机溶剂的量较少。一般来说，蛋白质的相对分子质量越大，有机溶剂沉淀越容易，所需加入的有机溶剂量也越少。
有机溶剂沉淀法的优点是：有机溶剂密度低，易于沉淀分离；某些蛋白质沉淀的浓度范围相当广，所得产品的纯度较高。与盐析法相比，沉淀产品不需脱盐处理。但该法容易引起蛋白质变性，尤其是在还没有沉淀之前，这种可能性更大。所以在加溶剂时要搅拌均匀，其量不能一下子过多，以防局部浓度过高，引起酶的失活，并且要在形成沉淀之前，尽可能快速加完，以缩短溶剂与酶的接触时间，沉淀完全后，应立即压滤和烘干，尽快除去湿酶中的有机溶剂。
有机溶剂沉淀法的影响因素是多方面的，如溶剂的种类和用量，沉淀的温度，pH，时间，溶液中的盐类，吸附剂的性质和用量等。不同有机溶剂沉淀蛋白质的效率，受蛋白质的种类、温度、pH和杂质等因素所影响，但大致上以丙酮为最佳，乙醇次之，甲醇更次。乙醇是最常用的沉淀剂，在沉淀过程中乙醇与水混合时放出大量的稀释热，使溶液的温度显著升高，对不耐热的酶影响较大，生产上常用搅拌、少量多次加入的办法，以避免温度骤然升高损失酶活力。一般温度越低沉淀越完全，所以沉淀过程必须注意冷却降温，使沉淀在较低的温度下进行。
在沉淀过程中，加入一些对酶有保护作用的盐类，对减少酶活的损失、提高收率十分有利，并且还可以使沉淀物凝聚而易于过滤。所以在酶沉淀前先用适量的磷酸二氢钠和氯化钙进行热处理，再用乙醇沉淀，有利于过滤的进行。
如果在有机溶剂沉淀的同时还用吸附的办法，则要注意吸附剂及其用量和吸附温度的选择。由于底物对酶有保护作用，所以一般采用底物作吸附剂，不同吸附剂的吸附能力不同，在用淀粉作吸附剂时，玉米淀粉的吸附力较大，应采用增加吸附剂用量和在较低温度下吸附，则效果较好。以湿淀粉作吸附剂时，应先经80～100加热或加10%硫酸钠于98处理20min后使用。
从上可见，无论是盐析法，还是有机溶剂法沉淀产物都存在着一定的问题，所以近年来采用可溶性天然或合成的聚合物和多聚电解质来沉淀产物，此法在回收、精制中起着愈来愈大的作用。另外，聚丙烯酸、聚乙二醇及某些金属离子也常用于蛋白质沉淀。
二、蒸馏
蒸馏是将液-固、液-液混合物分离成较纯或近于纯态组分的单元操作。白酒、酒精、甘油、丙酮、丁醇等发酵产品以及某些萃取过程中的溶剂回收常采用蒸馏方法提取和精制。
蒸馏分离主要是依据混合液中各组分的液体具有不同的挥发度，即在相同温度下各自的蒸汽压不同。利用此原理，将混合液加热至沸，部分汽化，把所汽化的蒸汽冷凝，其结果易发挥组分在冷凝液中的含量较原液中增多。若再使冷凝液部分汽化，并将其蒸汽冷凝，如此重复操作，则最后可将液体混合物中的组分以几乎纯态的形式分离出来。下面以酒精蒸馏为例进行讨论。
酒精发酵醪中，含有主要成分酒精6%～10%，另外还含有几十种不同挥发度的杂质、固形物和大量水分。在蒸馏过程中，除提取纯度较高的酒精外，还要收集杂醇油、醛酯类等化工产品。因此，这是属于在多组分混合液中分离和提纯一种主要产品的蒸馏过程。
（一）基本原理
1.温度定律
在常压条件下，水的沸点为100，无水酒精为78.3.而由两种不同量的液体所组成的混合物，总是在低于100和高于78.3（恒沸点除外）的温度条件下沸腾。酒精具有一定的浓度时，具有相应的沸点。例如8%的酒精水混合物沸腾温度为93.9，40%的酒精则为84.1，80%的酒精79.9，85%的酒精为79.5.
2.浓度定律
酒精的挥发性比水要大得多。当酒精-水混合物沸腾时，若酒精含量不大于97.6%（体积分数），则由沸腾液体中所分出的酒精蒸气中酒精含量，总比沸腾液体中的酒精含量要大，即气相中的酒精量恒高于原液。在这种情况下，液体中含有的一定量的酒精，则在蒸汽中就会含有相应的酒精。表示在一定外压下蒸汽组分和与之相平衡的液相组分的关系。气液平衡曲线与对角线有个交点M，M点的气相与液相的组成是相同的，其对应的混合液称为恒沸混合物，酒精含量约为97.6%（体积分数），无法用普通的蒸馏方法提纯酒精，而需采用特殊的分离方法――恒沸蒸馏技术。
从浓度定律可知，若在具有沸腾酒精液体的塔板上，其液体中的酒精含量不变，则气相中的酒精含量经常是稳定不变的。例如，若在醪塔的上部塔板上不断地供给含有8%酒精的发酵醪，而由下部进入的仅为蒸汽，则在整个运行期间液体总是处于沸腾状态，在这块塔板上所分出的酒精蒸汽中的酒精浓度为52.3%；如果进入含有6%酒精的醪液，则酒精蒸汽中的浓度为46.7%。由此可见，在反复蒸馏的条件下，就可很快将酒精浓缩。
利用温度定律和浓度定律就可以确定在复杂的大型设备的任何部位上，酒精蒸汽中无水酒精的浓度大致是多少。凭安装在这个部位上的准确的温度计的指示度数，就可查找有关数据表，知道该沸腾液体中具有的酒精含量；按同一表同时也可知道蒸汽中含有的酒精浓度。
3.纯化定律
在两种或两种以上的液体混合物中，为了提取具有一定纯度的主体组分（主产品），必须相应地排除有碍其纯度的其他组分（杂质），或同时提取各自具有一定纯度的多种组分（多种产品），这就需要在特定的分离条件下，借不同组分各自所具有的特性（沸点、蒸汽压、挥发系数、精馏系数、化学稳定性等），采用必要的物理和化学方法加以分离和纯化，从而达到预期的目的，获得理想的组分（产品），此即纯化定律的基本概念。
在酒精生产中，纯化定律起着十分重要的作用，它是酒精精馏理论的重要组成部分，也是从塔中截取杂质、从排醛管中排除杂质和决定酒精成品提取位置的理论依据。
按在精馏中的动态，可将杂质分为四类。
（1）头级杂质 头级杂质为挥发性比酒精更强的杂质。在不同酒精浓度的混合液中，它们的挥发系数K都是大于混合液中酒精的挥发系数Ka的，因此，它们的精馏系数K'n也总是大于1.当酒精蒸汽导入醛塔或精馏塔后，混合液中的头级杂质很容易在各层塔板上分离，并在精馏塔或醛塔顶端聚集，通过排醛系统排入大气之中，或进入酯醛馏分之中。
（2）中级杂质 中级杂质的挥发性具有双重性。当混合液的酒精含量高时，它们具有尾级杂质的特性，K'nl；当酒精含量达到一定值时，其挥发性与酒精相等K'n=1.也就是说，在整个精馏塔中，即混合液酒精含量从零开始一直精馏至恒沸混合物浓度的过程中，中级杂质聚集在塔的中部，即在杂质精馏系数K'n=1处。
主要的中级杂质有：异戊醇、异丁醇、丙醇、异戊酸异戊酯、乙酸异戊酯、异戊酸乙酯。每种中级杂质都有自己聚集最浓的区域，当酒精含量≥70%时，精馏系数K'n=1的中级杂质，称为上层中级杂质，如异戊酸乙酯、异丁酸乙酯；当酒精含量低于70%时，K'n=1的杂质，称为下层中级杂质，如杂醇油（除丙醇外）、异戊酸异戊酯、乙酸异戊酯。
这样的区分方法具体标明了中级杂质按类聚集的区域，为在精馏塔进料层以上与以下的塔板上同时抽取杂醇油馏分的理论依据。在进料层以下气相取出的主要是异戊醇、异丁醇和部分丙醇；从进料层以上，由液相取出的主要是酯类和部分丙醇。
（3）尾级杂质 尾级杂质的挥发性总是低于酒精的，即K'n1，它沿着塔的高度上升而似头级杂质；当酒精含量低时，其K'n6的溶液中操作，R-OH应在pH>；9的溶液中操作。
3.强碱性阴离子交换树脂
强碱性阴离子交换树脂含有季胺基（-NR3OH）等强碱性基团，能在水中离解出OH-而呈碱性。强碱性阴离子交换树脂离解性也很强，使用时不受溶液pH限制。
4.弱碱性阴离子交换树脂
弱碱性阴离子交换树脂含有伯胺基（-NH2）、仲胺基（-NHR）、叔胺基（-NR2）或吡啶基等弱碱性基团，能在水中离解出OH-而呈弱碱性。弱碱性阴离子交换树脂离解能力较弱，只能在较低pH下进行离子交换操作。
离子交换树脂在使用一段时间后，需要进行再生处理，使树脂的官能团回复原来状态，以便再次使用。强酸性阳离子树脂一般用强酸（如HCl）进行再生，弱酸性阳离子树脂也可以用酸进行再生。强碱性阴离子交换树脂用强碱（如NaOH）再生，弱碱性阴离子交换树脂用Na2CO3、NH4OH等进行再生。
5.其他类型的树脂
（1）两性离子交换树脂 两性树脂是将两种性质相反的阴、阳离子交换官能团连接在同一树脂骨架，而且彼此接近，在与溶液中的阴阳离子交换以后，只要通过水，稍稍改变体系的酸碱条件即可发生相反的水解反应，恢复树脂原来的形式。
（2）螯合性离子交换树脂 这类树脂又叫选择性离子交换树脂，是一种对某些离子有特殊选择性的树脂，其选择性高于一般的强酸性和弱酸性树脂。通过制备含某一金属离子的树脂，来分离含有有机官能团的化合物，如用含汞的树脂分离含巯基的化合物，可分离辅酶A、半胱氨酸、谷胱甘肽等。
（3）吸附树脂 吸附树脂具有多孔性、表面积大、吸附能力强、交换离子的能力很小，甚至不能交换等特点，在发酵工业中多用于脱色、吸附大分子的产物和除去蛋白质等，因此，常把这类树脂称为“脱色树脂”。但近年来出现的大网格树脂，具有交联度高，抗渗透压冲击和抗氧化能力强；孔径大，交换速度一般也较快，抗有机物污染能力强；比表面大和即使完全失水也能维持其多孔结构和巨大的内部表面积等特点，适用于吸附大分子和在有机反应中用作催化剂等，从而拓宽了吸附树脂的应用范围。
（4）氧化还原树脂 这类树脂的作用不是进行离子交换而是电子转移，能起氧化还原作用，所以也称为电子交换树脂。根据活性基团的性质，可分为两种类型。一种其活性基团是树脂母体的一部分，如乙烯的聚合物。另一种活性基团是一种加在树脂上的离子，反应时离子不发生交换，但可以进行氧化还原反应。如吸附有亚硫酸根的强碱性阴离子交换树脂，反应后可用氧化剂或还原剂再生。
（三）离子交换技术在发酵产品回收中的应用
发酵行业的许多产品往往含量较低，并与许多其他化学成分共存，因而其提取分离是一项非常繁琐而艰巨的工作。使用离子交换树脂可以从发酵液中富集与纯化产物。
氨基酸是一类含有氨基和羧基的两性化合物，在不同的pH条件下能以正离子、负离子或两性离子的形式存在。因此，应用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂均可富集分离氨基酸。例如，当pH<；3.22时，谷氨酸在酸性介质中呈阳离子状态，可利用732强酸性阳离子交换树脂对谷氨酸阳离子的选择性吸附，以使发酵液中妨碍谷氨酸结晶的残糖及糖的聚合物、蛋白质、色素等非离子性杂质得以分离，后经洗脱达到浓缩提取谷氨酸的目的。
抗生素是发酵行业的一大类产品，利用离子交换树脂可以选择性地吸附分离多种离子型抗生素，不仅回收率较高，而且得到的产品纯度较好。一些抗生素具有酸性基团，如苄基青霉素和新生霉素等，在中性或弱碱性条件下以负离子的形式存在，故能以阴离子交换树脂提取分离。大量的氨基糖苷类抗生素，如红霉素、链霉素、卡那霉素等具有碱性，在中性或弱酸性条件下以阳离子形式存在，阳离子交换树脂适合于它们的提取与纯化。还有一些抗生素为两性物质，例如四环素族的抗生素，在不同的pH条件下可形成正离子或负离子，因此，阳离子交换树脂或阴离子交换树脂皆能用于这类抗生素的分离与纯化。
另外，利用吸附树脂可自发酵液中吸附提取维生素、酶、辅酶等，均取得良好效果。
