《生物分离工程绪论》PPT课件.ppt

Chapter1AnOverviewofBioseparations 第一章生物分离工程概述 一 ThepositionofBioseparationinBiotechnology 生物分离在生物技术中所占位置 Bythepurposeofbiotechnology wemeantheuseofcarefullyculturedmicroorganisms animalcells andplantcellstoproduceproductsusefultohumans 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 Bythisdefinition biotechnologyisasoldashistory fortheearliestknowndocument 4228BC includesadescriptionofbrewing Bread cheese andyogurtareotherearlyexamplesofproductwhichdependonbiotechnology 按上述定义 早在公元前4228年就有了应用生物技术酿酒 制奶酪等的记载 Today werestrictbiotechnologylargelytothoseareaswherechemicalsareproducedasmolecular Underthismorerestricteddefinition biotechnologyisabout100yearold 狭义生物技术的产物仅为化学产品 约有100年的历史 Effectivewaystogetusefulproducts 获得产品的有效途径 ProductsEngineering Rawmaterials原材料Pretreatments预处理bioreactions生物反应bioseparations生物分离products产物 MethodsandtoolsofScienceandTechnologyResearch 二 CharacteristicofBioseparations 生物分离的特点 A Chiefcharacteristicofbiotechnologyisthetremendousvarietyofproductswhichareproduced 生物工程的主要特点是生物制品多种多样 Table1typesofmoleculesmanufacturedbyfermentation Ifwemadeamorecurrentlist wewouldaddgeneticallyengineeredinsulin humanandbovinegrowthhormonesandinterferons Thislistgetslongerdaily 还可以增加胰岛素 生长激素 干扰素等基因工程产品 Thisdiversityofproductsspawnsthebroadspectrumofseparationmethodsused 产品的多样性导致分离方法的多样性 B mostbioseparationmethodscomefromseparationsofchemicals绝大多数生物分离方法来源于化学品的分离方法 Comparisonofseparationprocessesusedinbioseparationswithmoreexhaustiveclassificationsgivetheresultintable2 生物分离与一般化学分离方法的比较 Table2 Thistableshowsthat80 ofalltheseparationmethodsforconventionalchemicalsarepracticalinbiotechnology 上表表明大约80 的化工分离方法可应用于生物分离技术中 C Bioseparationsaremoredifficultthanchemicalseparations 生物分离一般比化工分离难度大 Complexcomponents 成分复杂 Solids intactorganisms fragmentedmycelia insolublefractionsofmediumingredientsresidualsubstrates insolubles 固体成分包括完整有机体 培养基及底物中的不溶物 Liquid solubleportionsofresidualsubstrates metabolicpathwayintermediatesanddesiredproducts 液体成分包括底物可溶物 代谢中产物及目标产物 gethighlypurifieddryproducts 获得高纯度的干燥产品 severalsteps 需要几步 separationsareelaborateandexpensive 分离过程精细 成本高 2 desiredproductsindilutesuspension 悬液中的目标产物浓度低 Table3typicalproductsfromfermentation Forexample 6steps90 53 Biologicalproductsrequirehighquality生物产品要求高质量 purity 纯度 sanitation 卫生 biologicalactivity 生物活性 Therecoveryplantusuallyrepresentsamajorinvestmentand consequentlytheseparationscostasubstantialfractionofthetotalcostofthefinalproduct 分离过程的成本占产品总投资的大部分 Thustherecoveryandthepurificationprocessesmustbewellconceivedandwelldesigned 因此必须仔细考虑和设计产品的回收和纯化过程 Wehavefoundthatourowndesignshavebeenimprovedbyansweringthefollowingquestions 设计中应考虑下列问题 1 Whatisthevalueoftheproduct 产品价值 2 Whatisanacceptableproductquality 产品质量 3 Whereistheproductineachprocessstream 产物在生产过程中出现的位置 4 Wherearetheimpuritiesineachprocessstream 杂质在生产过程中出现的位置 5 Whataretheunusualphysicochemicalpropertiesoftheproductandtheprincipalimpurities 主要杂质独特的物化性质是什么 6 Whataretheeconomicsofvariousalternativeseparations 不同分离方法的技术经济比较 Carefulconsiderationofthesequestionscanprovidecluesthatwillleadtooptimalprocessesfortherecoveryofproductsofadequatequalitycoupledwithhighrecoveryandminimumeffort 上述问题的考虑将有助于优质 高效产物分离过程的优化 三 Anidealizedprocess 理想化过程 Thetremendousdiversityofproductsandseparationsinbiotechnologyobscuresandoverallsimilaritybetweenmanyoftheprocesseswhichareused 生物分离具有许多相似的单元操作 Fromourexperience wefindthatmostbioseparationshavefoursimilarsteps 生物分离一般分四步 A Removalofinsolubles 3unitoperations 不溶物的去除 filtration 过滤 centrifugation 离心 celldisruption necessarywhenthedesiredproductisintracellular 细胞破碎 Relativelylittleproductconcentrationorimprovementofproductqualityoccurs 产物浓度和质量得到了提高 B Isolationofproducts 产物分离 adsorption ion exchang 离子交换吸附 extraction 萃取 a solventextraction 溶剂萃取 b reversedmicelleextraction 反微团萃取 c supercriticalfluidextraction 超临界流体萃取 d two aqueousphaseextraction 双水相萃取 Thesesteps whicharerelativelynonspecific removematerialsofwidelydivergentpropertiescomparedtothedesiredproduct 以上分离过程不具备特异性 只是进行初分 Appreciableconcentrationandproductqualityincreasesusuallyoccur 可提高产物浓度和质量 C Purificationofproducts 产品的纯化 chromatography 色谱 electrophoresis 电泳 precipitation 沉淀 theseprocessingtechnologyarehighlyselectivefortheproductandremoveimpuritiesofsimilarchemicalfunctionalityandphysicalproperties 以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性 D Polishing 产品的精制 crystallization 结晶 drying 干燥 中药动态水提取生产线流程图 BeerWell Stillage Fermenter BeerStill Screens RotaryDryer SprayDryer DriedGrains DriedSolubles NeutralSpirits Condenser RectifyingColumn PurifyingColumn Condenser Heads Water Whiskey Ethanolfromfermentation Citricacidmanufacture Penicillinproduction Productionofbaker syeast Productionofmonosodiumglutamate Recoveryofanextracellularenzyme Recoveryofintracell