生物分离工程课件-01.ppt

1、生物分离工程生物分离工程概概 述述参考书目参考书目n教材：生物分离工程 孙彦编著，化学工业出版社，2005年n主要参考书目 生物工程下游技术 刘国诠主编，1993年 Bioseparation Process Science Antonio A.Garca等学时安排学时安排目录目录分配学时分配学时目录目录分配学时分配学时绪论绪论2层析层析6 6细胞分离与破碎细胞分离与破碎2亲和纯化亲和纯化4 4沉淀沉淀2电泳电泳2 2膜分离膜分离3结晶结晶2 2萃取萃取3干燥干燥2 2吸附与离子交换吸附与离子交换4第一章第一章 绪论绪论授课内容授课内容n生物下游加工技术简介生物下游加工技术简介n生物下游加工过

2、程的特点生物下游加工过程的特点n分离机理和分离操作分离机理和分离操作n生物物质生物物质n分离效率的评价分离效率的评价学习目的和要求学习目的和要求 n总体要求：总体要求：对本课程具有比较初步的认识；对本课程具有比较初步的认识；n掌握：掌握：生物下游加工技术的特点；生物分离生物下游加工技术的特点；生物分离过程的单元操作原理；过程的单元操作原理；n了解：了解：生物分离技术的研究内容和发展情况生物分离技术的研究内容和发展情况 ；生物物质的种类和特性；下游加工过程的一般生物物质的种类和特性；下游加工过程的一般流程流程 ；n应用：应用：运用生物分离技术的评价方法分析实运用生物分离技术的评价方法分析实际问题

3、；际问题；何谓生物分离工程？何谓生物分离工程？生物分离工程生物分离工程是生物工程或者说是生物是生物工程或者说是生物化学工程的一个组成部分，生物化工产化学工程的一个组成部分，生物化工产品是通过微生物发酵，酶反应过程和动、品是通过微生物发酵，酶反应过程和动、植物大量培养获得，从发酵液、反应液植物大量培养获得，从发酵液、反应液或培养液中分离、精制（纯化）有关产或培养液中分离、精制（纯化）有关产品的过程。品的过程。生物工程的基本内容早期的生物工程的萌芽早期的生物工程的萌芽 美国和英国合作对青霉素进行生产研究美国和英国合作对青霉素进行生产研究（1941年），出现表面培养：年），出现表面培养：1升扁瓶升扁

4、瓶或锥形瓶，内装或锥形瓶，内装200mL麦麸培养基麦麸培养基 40u/ml Alexander Fleming（1928）生物工程的萌芽生物工程的萌芽生物分离工程的萌芽生物分离工程的萌芽Golden Time概念的提出血液制品的生产白蛋白 n1953年，年，DNA双螺旋结构的发现双螺旋结构的发现n1972年，美国斯坦福大学构建了第一个重年，美国斯坦福大学构建了第一个重组组DNA分子分子n1996年，克隆羊年，克隆羊“多利多利”诞生在英国的罗诞生在英国的罗斯林研究所斯林研究所n1990-2006，人类基因组计划，人类基因组计划n现在，生物信息、生物芯片、胚胎干细胞等现在，生物信息、生物芯片、胚胎

5、干细胞等生命科学的发展带动生物工程的进步生命科学的发展带动生物工程的进步现代生物技术的兴起现代生物技术的兴起 n两项技术两项技术 第一个含有外源基因的重组质粒在细菌内增殖第一个含有外源基因的重组质粒在细菌内增殖成功（成功（1973年）年）细胞融合技术（细胞融合技术（1975年）年）n直接结果：直接结果：上述两项技术的直接此前天然存在于生物上述两项技术的直接此前天然存在于生物体内极微量的生物物质得以通过大量生物培养体内极微量的生物物质得以通过大量生物培养方式进行商业的生产，出现了现代生物加工过方式进行商业的生产，出现了现代生物加工过程。程。生物加工过程内容生物加工过程内容 n优育生物物种的选育；

6、优育生物物种的选育；n生物反应生产粗原料；生物反应生产粗原料；n目标产物的分离纯化过程；目标产物的分离纯化过程；基因工程基因工程遗传与育种遗传与育种生物反应工程生物反应工程生物分离工程生物分离工程结构基因组的研究内容结构基因组的研究内容Bottleneck结构基因组研究的制约因素结构基因组研究的制约因素 在蛋白质克隆和表达系统被不断优化的同时，分离纯化过程蛋白质的错误折叠及产物的不溶及聚合已成为结构基因组计划发展的制约因素。NoImage生物分离技术与化工分离技术生物分离技术与化工分离技术的区别的区别 n化工分离技术：化工分离技术：获得纯的化学物质获得纯的化学物质n生物分离技术：生物分离技术：

7、在得到纯的生物物质同时，还必在得到纯的生物物质同时，还必须关注特定杂质的去除；须关注特定杂质的去除；与传统的化学试剂的纯与传统的化学试剂的纯度概念不同，生物产物对度概念不同，生物产物对有害物质有害物质有严格的控制，有严格的控制，生产生产过程过程也要求有严格的也要求有严格的管理，在最终产品中往往管理，在最终产品中往往不允许有极微量的有害杂不允许有极微量的有害杂质存在。质存在。可滤过性聚合物 生物分离技术的重要性生物分离技术的重要性 n生物产物的特殊性；生物产物的特殊性；n生物产物所处环境的复杂性；生物产物所处环境的复杂性；n对生物产品要求的严格性；对生物产品要求的严格性；最终结果：导致下游加工过

8、程度成本往往最终结果：导致下游加工过程度成本往往占整个生物加工过程生产成本的大部分。占整个生物加工过程生产成本的大部分。（p1）下游加工技术的一般流程下游加工技术的一般流程 （p3）生物下游加工过程是指目生物下游加工过程是指目标产物的分离纯化过程，标产物的分离纯化过程，包括包括产物提取(isolation)产物浓缩(concentration)产物纯化(purification)成品化(polishing)注意：多步分离导致收率降低；多步分离导致收率降低；分离技术的选择依据分离技术的选择依据（p3）n产物所处的位置；产物所处的位置；n产物性质（分子大小、疏水性、产物性质（分子大小、疏水性、电荷

9、形式和溶解度等）；电荷形式和溶解度等）；n生物加工过程自身的规模和产生物加工过程自身的规模和产品的商业价值；一种目标产物品的商业价值；一种目标产物的分离手段往往不止一种，根的分离手段往往不止一种，根据生产的规模和价值，选择合据生产的规模和价值，选择合适的分离技术适的分离技术 生物下游加工过程的特点生物下游加工过程的特点 （p4）n满足满足维持维持生物物质生物物质活性活性的要求的要求n满足满足快速分离快速分离的要求的要求n满足纯度和满足纯度和杂质去除杂质去除的要求的要求n满足满足高效分离高效分离的要求的要求n满足满足成本优化成本优化的要求的要求 生物分离本质生物分离本质 有效地识别混合物中不同溶

10、质间有效地识别混合物中不同溶质间物物理、化学和生物学性质理、化学和生物学性质的差别，利用能的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和（或）扩够识别这些差别的分离介质和（或）扩大这些差别的分离设备实现溶质间的分大这些差别的分离设备实现溶质间的分离或目标组分的纯化。离或目标组分的纯化。常用的分离技术及其机理常用的分离技术及其机理（p5）物理性质物理性质力学性质力学性质重力、离心力、筛分重力、离心力、筛分热力学性质热力学性质状态变化、相平衡状态变化、相平衡传质性质传质性质粘度、扩散、热扩散粘度、扩散、热扩散电磁性质电磁性质电泳、电渗、磁化电泳、电渗、磁化化学性质化学性质化学热力学化学热力学化学平衡化学

11、平衡反应动力学反应动力学反应速率反应速率光化学性质光化学性质激光激发、离子化激光激发、离子化生物学性质生物学性质分子识别分子识别生物亲和作用、生物学识别生物亲和作用、生物学识别输送性质输送性质生物膜输送生物膜输送反应、响应、控制反应、响应、控制免疫系统免疫系统分分离离过过程程p7分离效果的评价分离效果的评价（p8）n分离因子分离因子n收率收率n纯化因子纯化因子n选择性选择性分离效果的评价分离效果的评价-浓缩率浓缩率TCTPTccm XCXPXccm分离效果的评价分离效果的评价-分离因子分离因子XTXCXPTCTPmmccccXWXPTWTPcccc（针对原料和产品）（针对废料和产品）分离效果的评价分离效果的评价-回收率回收率%100TCCTPPcFcFR