生物分离工程课件

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1、第一章生物分离工程概述1.1生物分离在生物技术中所占位置1生化分离工程的定义：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程。2、单元操作：完成一道工序所需的一种方法和手段。3、生物技术：即有机体的操作和应用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。4、生物技术的目标：就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品。生物技术的主要目标是生物物质的高效生产，分离纯化是生物产品工程的

2、重要环节，因此生物分离是生物技术的重要组成部分。5、狭义生物技术的产物仅为化学产品，约有100年的历史。6、获得产品的有效途径：原材料、预处理、生物反应、生物分离、产物7、传统发酵与现代发酵比较1.2生物物质和生物分离1.2.1生物物质种类繁多，包括自然界存在的各种生物资源。现代生物技术主要通过生物反应过程生产各种物质。现代生物技术产品的主体是蛋白质药物。1.2.2生物分离过程1.3生物分离的特点：A生物工程的主要特点是生物制品多种多样。产品的多样性导致分离方法的多样性。B绝大多数生物分离方法来源于化学品

3、的分离方法。C生物分离一般比化工分离难度大。a成分复杂,固体成分包括完整有机体、培养基及底物中的不溶物，液体成分包括底物可溶物、代谢中产物及目标产物。b悬液中的目标产物浓度低.1.4生化产品的类型：按用途分类：食品类。保健品类。医用类产品。农业用产品。生物试剂类。按分子量大小分类：Mass<1000D：抗生素、有机酸、aa、多肽类等Mass>1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类按发酵时目的产物所在的位置分类：cell内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外

4、酶（α-淀粉酶）等2.生物分离与一般化学分离方法的比较2.1、分离过程的分类：•机械分离（离心、过滤）•传质分离（平衡分离、速率分离）§平衡分离—萃取、吸附、沉淀、结晶、层析等§速率分离—膜分离、电渗析、透析2.2生物产品特点：①产物浓度低的水溶液(原因：a氧传递限制；b细胞量;c产物抑制②组分复杂(a大分子;b小分子;c可溶物;d不可溶物;e化学添加物③产物稳定性差(a化学降解(pH,温度);b微生物降解（酶作用，染菌）④分批操作，生物变异性大⑤质量要求高（药品或食品）2.3生物产品要求高质量：纯度、卫

5、生、生物活性分离过程的成本占产品总投资的大部分，因此必须仔细考虑和设计产品的回收和纯化过程。设计中应考虑下列问题？1.产品价值2.产品质量3.产物在生产过程中出现的位置4.杂质在生产过程中出现的位置5.主要杂质独特的物化性质是什么？6.不同分离方法的技术经济比较上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。2.4方法选择的基本原则：1)、尽可能简单、低耗、高效、快速。2)、分离步骤尽可能少。Why?A)φn为总回收率，λn为各单元回收率。意义？分离步骤越多，回收率越低；如φ10=0.9510=0.6

6、3，φ5=0.955=0.77B)、分离步骤多，设备投入大，人员物资消耗大，生产周期长How?3)、避免相同原理的分离技术多次重复出现比如，分子筛和超滤技术按分子量大小分离，重复应用两次以上，意义就不大了。4)、尽量减少新化合物进入待分离的溶液。A)、引起新的化学污染；B)、蛋白质的变性失活5)、合理的分离步骤次序。原则是：先低选择性，后高选择性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。2.5设计前应了解的信息：1、在设计前，首先要掌握的产物物化性质，主要包括：(1)、溶解度及影响因素，包

7、括温度、pH值、有机溶剂和盐等；(2)、分子量和分子形状。对于高分子物质非常有意义；(3)、沸点和蒸汽压。对于热稳定的小分子物质非常有意义；(4)、极性大小；(5)、分子电荷及影响因素，包括pH值和盐等；(6)、功能团。功能团为萃取剂和特异性吸附的选择提供依据；(7)、免疫原性。设计亲和色谱；(8)、稳定性及其影响因素，包括温度、pH值、毒性试剂等(如青霉素低pH不稳定)；(9)、分子的淌度及影响因素，包括pH值、离子强度和盐等；(10)、等电点pI2、成品规格（或产品质量标准）表1.3五肽胃泌素的上海市

8、药品标准（1993年版32页）指标名称指标含量（C37H49N7O9S）97.0-103.0比旋光度-25˚~-29˚吸收值比A(280nm):A(288nm)=1.12-1.22氨基酸各氨基酸之比为1干燥失重，%0.53、进料的组成和物性(1)目的产物的浓度。高？低？(2)物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质。(3)目的产物的定位。是胞内还是胞外？(4)菌种的种类和形态。(5)微生物的含量和发酵液的黏度。4、生产规模