生物分离工程 第1章 绪论ppt课件.ppt

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1、生物分离工程——绪论生物化工BiochemicalEngineering化学工程学生物学生物工程产品产品发酵酶催化分离基因工程、菌株选育第一节下游加工过程概述一、下游加工过程在发酵工程中的地位1、1下游加工过程的定义对于由自然界天然生成的或由人工经微生物菌体发酵、动植物细胞培养及酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经分离、纯化并精制其中目的成分，并最终使其成为产品的技术，也称为生物下游技术它由一些化学工程的单元操作组成，但由于生物物质的特性，有其特殊要求，而且其中某些单元操作一般化学工业中应用较少。1.2生物分离技术研究简史1、古代酿造业如果将生物技术定义为“

2、直接或间接地利用生物体的机能来生产人类所需产品的技术”，生物技术产业的历史可以追溯到古代的酿造业（公元前4228年），它包括酿造、做面包、干酪、酸奶等。但是古代的生物技术比较原始粗糙，一般都是家庭作坊式的生产，大多数产物基本不经过分离而直接使用，因此也就没有专门的生物分离技术了。做豆腐蛋白沉淀、过滤、干燥、……2、第一代生物技术第一代（传统）生物工业是指1860年代到1940年代青霉素等抗生素出现之前的生物技术产业。这一时期，发现了发酵的本质是微生物的作用，而且发现了微生物的有关功能，掌握了纯种培养技术，生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。到20世纪上半叶，近代酿造产

3、业的生产技术已经有了很大的发展，又逐渐开发形成了发酵法生产酒精、丙酮、丁醇等微生物发酵工业（厌氧发酵）。巴斯德"鹅颈瓶实验"这个时期的生化产品相对比较简单，基本上是无活性的小分子（有机溶剂）。此时开始引入化学工程中较成熟的近代分离技术，如过滤、蒸馏、精馏等。3、第二代生物技术20世纪40年代出现的青霉素产品的出现是生物技术发展史上的里程碑，也是第二代生物技术的代表。这一时期，随着无菌空气制备技术和大型好氧发酵装置的开发成功，微生物发酵工业迅速壮大，一大批（好氧发酵）的产品相继投入了工业化生产，如链霉素等抗生素、谷氨酸等氨基酸、核酸（核苷酸）、柠檬酸等有机酸、淀粉酶等酶

4、制剂、微生物多糖和单细胞蛋白等。图青霉素的发现者Flemming（A）和产黄青霉对病原细菌金黄色葡萄球菌的抑制(B)工业规模的深层发酵产品的多样性对了分离方法提出了更高的要求，许多化学工程工作者加入了生物反应过程的行列中，一门反映生物与化工相交叉的学科——生化工程也于40年代诞生，并得到迅速发展。这期间借鉴和引进吸收了大量的近代化学工业的分离技术，约有80％的化工单元操作技术被引入生物工业。在60年代以前，生物技术产品的下游加工过程基本是套用化工单元操作或经过简单改造。这期间也产生了一些新的生化分离技术，但都还处于实验室研究阶段。4、第三代生物技术20世纪70年代中期

5、以来，随着基因工程、酶工程、细胞工程、微生物工程以及生化工程的迅速发展，特别是DNA重组技术及细胞融合技术等技术取得的重大突破，促使了大量的现代生物技术产品（如乙肝疫苗、干扰素等重组蛋白）的研究和开发，从而确定了第三代生物技术（现代生物技术）的地位。此时生物技术在其各个主要领域都取得了长足进步，一大批对人类十分有益的高附加值的产品开始面世。80年代，国际上又兴起了对人类健康有益的生理“功能因子”的研究，发现了一大批生理功能性物质并推出了相应的产品，如低聚糖、活性肽、高度不饱和脂肪酸等，生物技术在深度和广度上都取得了很大的进展。1.3生物产品与生物分离生物产品的一个主要

6、特点：种类繁多（分离方法的多样性）按用途分类食品与精细化学品：食品添加剂（果葡糖浆、维生素）、化妆品（透明质酸）医用类产品：疫苗、抗生素、重组医用蛋白等农业用产品：兽用抗生素、生物农药、饲料等生物试剂类其他生物产品（生物柴油、生物材料PHB）等香港不少明星依靠注射内源性生长因子注射除皱(ACR)来保持青春按分子量大小分类MW<1000Da：抗生素、有机酸、氨基酸、多肽类等MW>1000Da：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质、核酸类按目的产物所在的位置分类胞内产品：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质胞外产品：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（α-淀粉酶）等细胞产品：酵母

7、、单细胞蛋白二、发酵下游加工过程的特点1、培养液(或发酵液)是复杂的多相系统，含有细胞、代谢产物和末用完的培养基等。分散在其中的固体和胶状物质，具可压缩性，其密度又和液体相近，加上粘度很大，属非牛顿性液体，使从培养液中分离固体很困难。2、培养液中所欲提取的生物物质浓度很低，但杂质含量却很高，特别是利用基因工程方法产生的蛋白质常常伴有大量性质相近的杂质蛋白质。3、另一个特点是欲提取的生物物质通常很不稳定、遇热、极端pH、有机溶剂会引起失活或分解。4、发酵或培养都是分批操作、生物变异性大，各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一定的弹性。生物产品的分离过程有