生化別離工程

整理ppt目的與要求掌握萃取別離、膜別離、色譜別離、親和別離等的根本原理及其特點。能在實際工作中掌握幾種別離技術的工藝過程及熟悉相關設備。能在生物產品產業化研究及工藝設計中合理應用相應別離技術。整理ppt教材及參考資料孫彥.生物別離工程.化學工業出版社，2001嚴希康.生化別離工程.化學工業出版社，2001劉國詮.生物工程下游技術〔第二版〕.化學工業出版社，2003毛忠貴.生物工業下游技術.中國輕工業出版社，1999歐陽平凱、胡永紅.生物別離原理與技術，化學工業出版社，1999。劉茉娥.膜別離技術.化學工業出版社，2000張鏡澄.超臨界流體萃取.化學工業出版社，2000整理ppt國內雜志膜科學與技術化工進展生物工程學報現代化工化工學報高校化學工程學報化學工程離子交換與吸附化學工業與工程整理pptSCI雜志BIOTECHNOLBIOENGinterscience.wiley/jpages/0006-3592JSEPSCIinterscience.wiley/jpages/1615-9306JCHEMTECHNOLBIOTinterscience.wiley/jpages/0268-2575

整理pptJCHROMATOGAelsevier/locate/chromaJMEMBRANESCIelsevier/locate/memsciJSUPERCRITFLUIDelsevier/locate/supfluENZYMEMICROBTECH elsevier/locate/enzmictec整理pptCHEMENGSCIelsevier/locate/cesSEPPURIFTECHNOLelsevier/locate/seppurBIOCHEMENGJelsevier/locate/bejDESALINATION elsevier/locate/desal整理pptSEPARPURIFMETHODdekker/servlet/product/productid/SPMSEPARSCITECHNOLdekker/servlet/product/productid/SSBIOSEPARATIONkluweronline/issn/0923-179X/contents整理ppt1.緒論1.1生化別離工程的研究對象1.2生化別離工程的重要性1.3生化別離工程的特點1.4生化別離工程的一般工藝過程1.5生化別離工程的開展動態整理ppt1.1生化別離工程的研究對象定義對于由生物界自然產生的或由微生物菌體發酵的、動植物細胞組織培養的、酶反響等各種生物工業生產過程獲得的生物原料，經提取別離、加工并精制目的成分，最終使其成為產品的技術。整理ppt1.2生化別離工程的重要性生物技術產品一般存在于一個復雜的多相體系中。唯有經過別離和純化等下游加工過程，才能制得符合使用要求的產品。因此產品的別離純化是生物技術工業化的必需手段。整理ppt在生物產品的開發研究中，別離過程的費用占全部研究費用的50％以上；在產品的本錢構成中，別離與純化局部占總本錢的40～80％；精細、藥用產品的比例更高達70～90％。顯然開發新的別離和純化工藝是提高經濟效益或減少投資的重要途徑。生化別離是生物技術產品產業化的必經之路，故而越來越受到人們的重視。整理ppt1.3生物技術下游加工過程的特點生物技術產品以粗料發酵為主，粗原料增加了下游操作本錢，包括發酵廢液的處理本錢，其中清液〔精料〕發酵將是一個方向。目前發酵或培養大多是分批操作，各批發酵液產物濃度和其他物性會出現差異，實際生產中也會出現染菌的發酵液，因而需要技術的適應面寬，操作彈性大。整理ppt生物活性物質產品的穩定性制約了下游技術的可選范圍。發酵液放罐后，應及時快速操作：菌體也可能自溶容易被雜菌污染引起產物的破壞和降解，如原料液中常存在降解目標產物的雜質，如可水解目標蛋白質的蛋白酶。因此要求采用快速的別離純化方法除去影響目標產物穩定性的雜質。整理ppt原料液中目標產物的濃度一般都很低。如L-異亮氨酸為2.4％，青霉素為3.6％，慶大霉素為0.2％，胰島素僅為0.001％。原料液中常存在與目標分子結構極其相似的分子及異構體。當生物技術產品是食品或藥物時，溶劑的使用受到一定的限制，萃取、色譜、膜別離會受到一定的限制。整理ppttypicalproductsfromfermentation整理ppt整理ppt生物工程的主要特點是生物制品多種多樣，產品的多樣性導致別離方法的多樣性整理ppttypesofmoleculesmanufacturedbyfermentation整理ppt絕大多數生物別離方法來源于化學品的別離方法，大約80%的化工別離方法可應用于生物別離技術中。整理ppt生物別離與化學別離方法的比較

整理ppt生物別離一般比化工別離難度大

成分復雜固體成分包括完整有機體、培養基及底物中的不溶物液體成分包括底物可溶物、代謝中產物及目標產物

整理ppt生物產品要求高質量：*purity〔純度〕*sanitation〔衛生〕*biologicalactivity〔生物活性〕整理ppt設計中應考慮以下問題產品價值產品質量產物在生產過程中出現的位置雜質在生產過程中出現的位置主要雜質獨特的物化性質是什么？不同別離方法的技術經濟比較整理ppt1.4生化別離工程工藝過程某一具體產品的別離提取工藝還與以下情況有關：①產物本身的性質；②是胞內產物還是胞外產物；③原料中產物和主要雜質濃度；④產物和主要雜質的理化特性及差異；⑤產品用途和質量標準；⑥產品的市場價格；⑦廢液的處理方法等。整理ppt可分為4個階段，即預處理、提取、精制、成品制作。預處理→細胞別離→細胞破壁→碎片別離→提取→精制→成品制作加熱過濾勻漿法離心沉淀(重)結晶濃縮調pH離心研磨法雙水相吸附離子交換枯燥絮凝膜別離酶解法膜別離萃取色譜別離無菌過濾超濾

圖1-1生化別離工程一般工藝過程整理ppt

A.不溶物的去除*filtration〔過濾〕*centrifugation〔離心〕*celldisruption〔細胞破碎〕產物濃度和質量得到了提高整理pptB.產物別離離子交換萃取a.solventextraction〔溶劑萃取〕b.reversedmicelleextraction〔反微團萃取〕c.supercriticalfluidextraction〔超臨界流體萃取〕d.two-aqueousphaseextraction〔雙水相萃取〕不具備特異性，只是進行初分，可提高產物濃度和質量整理pptC.產品的純化*chromatography〔色譜〕*electrophoresis〔電泳〕以上技術具有產物的高選擇性和雜質的去除性整理pptD.產品的精制*crystallization〔結晶〕*drying〔枯燥〕整理ppt一般情況下，原料中產品濃度越低，下游技術的本錢越高。下游技術的步驟越多，總收率也越低：(90％)6＝53.1％(95％)6＝73.5％。重復提取是提高總收率的一個有效方法。如谷氨酸一步等電點結晶，結晶母液如再經過一次離子交換提取：75％＋〔1－75％〕×65％＝91.25％。整理ppt1.5生化別離工程的開展動態傳統別離技術的提高和完善新技術的研究和開發下游工程與上游工程相結合改進上游因素，簡化下游過程整理ppt傳統別離技術的提高和完善蒸餾、蒸發、過濾、離心、結晶和離子交換等傳統技術由于應用面廣且相對成熟，對它們的提高和完善將會推動大范圍的技術進步。各種新型高效的過濾機械和離心機械的問世，也從一個側面推動生物工業向更大規模方向開展。適合于大規模工業化生產的傳統技術經過改造提高后，適應面會更寬，效率會更高。整理ppt新技術的研究和開發新型別離介質的研究開發膜、樹脂和凝膠是主要的新型別離介質。從半滲透膜開始，膜技術已經逐步開展成一個龐大的膜家族。膜

離子交換膜過濾膜氣體別離膜液膜滲析膜新別離膜

微濾超濾反滲納米乳化支持滲透蒸膜萃膜蒸膜吸膜膜透膜濾膜液膜液膜發膜取餾收

圖1-2膜技術家族圖整理ppt色譜別離是有機化學和生物化學中大分子別離的一項十分重要的別離技術，屬精細別離。如瓊脂糖凝膠作為基質，與各種配基結合后制成各種色譜別離介質，開發出一大類各具特色的，對別離生物大分子十分有效的色譜別離技術。整理ppt子代別離技術各種別離純化技術相互結合、交叉、滲透，形成形成了所謂融合技術或子代別離技術。膜技術和萃取、蒸餾、蒸發技術相結合形成了膜萃取技術、膜蒸餾及滲透蒸發技術；膜別離過程與親和配基相結合，形成了親和膜別離過程；整理ppt其他新興下游技術菌體絮凝技術菌體細胞破碎超臨界CO2萃取反膠團萃取液膜別離電泳別離整理ppt下游工程與上游工程相結合發酵與別離耦合過程的研究這一新的技術思路在70年代首先用于厭氧發酵——乙醇發酵過程中，滲透蒸發，近年來逐步開展到用于好氧發酵過程中來。發酵-別離耦合過程的優點是可以解除終產物的反響抑制效應，同時簡化產物提取過程，縮短生產周期。整理ppt改進上游因素，簡化下游過程培養基和發酵條件；代謝工程：一般以開發新物種和提高目的產物量為目標，此外，還應設法增加產物的胞外分泌量，減少非目的產物的分泌〔如色素、毒素、降解酶及其他干擾性雜質等〕以及賦于菌種或產物以某種有益的性質以改善產物的別離特性，從而簡化下游加工過程。整理pptBeerStillageFermenterBeerStillScreensRotarySprayDriedDriedNeutralCondenserRectifyingColumnPurifyingColumnCondenserHeadsWater

Whiskey*Ethanolfromfermentation.整理pptFermenterFilter石灰漿H(2)SO(4)FilterCaSO(4)SpentBeer菌絲體FilterEvaporatorCentrifugeDrierBulkCarbon

*Citricacidmanufacture整理ppt黑曲霉檸檬酸+石灰漿Ca(OH)2=檸檬酸鈣檸檬酸鈣+H2SO4=檸檬酸+CaSO4整理pptFermentationFiltrationAcidSolventExtractionBaseStrippingWasteAcidFreshExtractionStrippingBaseSpentBeerCrystallizationDryingWaterWastesolventWastewaterBiomass

*Penicillinproduction.整理ppt產黃青霉青霉素為弱酸性物質萃取法整理ppt第二章生物材料預處理和細胞破碎2.1固液別離的分類2.2發酵液的組成2.3培養液的根本特征2.4懸浮液的預處理預處理的目的預處理方法2.5常用過濾器整理ppt2.1固液別離的類型1、過濾(重力過濾器、壓濾器、真空過濾器)

2、離心

整理ppt2.2發酵液的組成懸浮液： 指固體顆粒在0.1m以上的固液分散體系。生物細胞培養液根本上也是懸浮液。培養液的組成： 水70-80%+ 固體細胞及碎片20-30%(對微生物發酵)+ 少量的代謝產物+ 細胞破裂后的內容物+ 殘存的培養基成分整理ppt2.3培養液的根本特征A、細胞成分及碎片大小不一，顆粒越小，別離本錢增加。B、固液密度相近，黏度高：沉降和離心別離困難C、固體成分可壓縮可變形+高黏度：過濾困難，黏附在濾布，錯流過濾形成凝膠層D、動植物細胞抗剪切力差：錯流膜過濾和離心等不適整理ppt2.4發酵液的預處理預處理的目的:改變發酵液的物理性質(黏度、顆粒、顆粒穩定性等)，固液別離速度，別離器別離效率；目標產物轉移其中一相(多數為液相)；去雜質預處理方法加熱：最簡單和最廉價的處理方法。黏度、促凝聚、去蛋白(如鏈霉素〕調pH值：方法簡單有效〔如處理抗生素溶液〕；整理ppt凝聚：在凝聚劑(如鋁鹽、鐵鹽)作用下,細胞蛋白質等(準)膠體去穩定，并聚集成1mm大小的凝聚塊的過程。整理ppt凝聚劑種類：A、無機鹽類，如明礬、AlCl3、FeCl3、ZnSO4、碳酸鎂等；B、無機堿，如Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、CaO等；

機理：A、破壞雙電層，B、破壞膠粒的水化層整理ppt影響因素：無機鹽種類、化合價、用量Al3+＞Fe3+＞

H+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+整理ppt絮凝

高分子絮凝劑的存在下，在懸浮粒子之間產生架橋作用而使膠粒形成粗大的絮凝團的過程。整理ppt天然：多糖類〔殼聚糖及衍生物〕海藻酸鈉、明膠、骨膠人工：聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物〔毒性〕、聚合鋁鹽、聚合鐵鹽整理ppt影響因素：絮凝劑種類、分子量、用量、pH、攪拌速度、時間

整理ppt去除雜蛋白的其他方法等電點沉淀〔pH4-5.5〕變性沉淀〔加熱、改變pH、有機溶劑〕加沉淀劑〔三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、鎢酸鹽、Ag+,Cu2+,Zn2+,Fe3+,Pb2+)吸附〔四環素:加黃血鹽和硫酸鋅、枯草桿菌堿性蛋白酶:CaCl2加PO43-)整理ppt酶解法去除不溶性多糖蛋白酶發酵液中加淀粉酶水解培養