张志宏—生物工业下游技术.ppt

生物工业下游技术在张志宏、第一章绪论、一、下游加工过程生物技术中的地位、下游技术(工程) :对生物界自然产生或从微生物菌体中发酵、在动植物细胞组织培养、酶反应等各种生物工业生产过程中得到的生物原料，提取分离、加工、纯化的目标成分下游加工工艺的重要性。 (组成、费用和关注度)工作领域的分离和纯化，二是生物技术下游加工过程的特点、含水多、产物含量低的含菌蛋白； 本来培养基成分溶解； 易受相当多的副产物和色素杂菌污染，生成物更易分解，易起泡，粘性物质多。 时间短、温度低、pH适中(选择在生物物质温度范围内)的严格清洗消毒(包括现场、设备和管道，注意死角)与传统产品的抗生素生产一致。 基因工程学产品也注意到生物安全(biotest )的问题，为了防止菌体扩散，一般要求在密封的环境下操作。 2 .下游整体加工过程应遵循以下四个原则：三是生物工业下游技术的发展历史，古代酿造业2 .第一代生物技术，古代酿造业为酿酒、酱油、醋、酸奶和奶酪等。 技术原始，家庭式研讨会，产品几乎不经后处理就直接使用，没有下流技术。 主要指19世纪60年代-20世纪40年代青霉素等抗生素出现前的生物技术产业。 发酵的本质是微生物的作用，掌握了纯培养技术，生物技术进入了近代酿造产业的发展阶段。 到20世纪上半叶，发酵法开发了酒精、丙酮、丁醇等微生物发酵工业(厌氧发酵)，其产品比较简单，基本上是惰性小分子。 这时，开始引入过滤、蒸馏、精馏等现代分离技术。 代表1950年代出现的青霉素产品。 无菌空气制造技术、大型好氧发酵装置开发，大量换气发酵技术产品相继投入工业生产，如抗生素(链霉素)、氨基酸(谷氨酸)、有机酸(核酸、柠檬酸)、酶制剂(淀粉酶)、微生物多糖类和单细胞蛋白等。 产品的多样性决定了分离方法的多样性。 引进了许多现代化工分离技术，如沉淀、离子交换、提取、结晶等。 3 .第二代生物技术以1970年代末兴起的DNA重组技术和细胞融合技术为代表。 生物技术是其主要领域：基因工程、酶工程、细胞工程和微生物发酵工程取得了很大进步，乙肝疫苗、干扰素等增值产品开始出现。 80年代，发现了活性糖质、活性肽、高度不饱和脂肪酸等多种生理功能性物质，生物技术在深度和广度上取得了很大进展。 1988年，日本从40多家公司组成了高度分离系统技术研究联盟，瑞典Pharmacia、Alfa-Laval等成立了Biolink公司，加强了生物工业在下游技术领域的研究开发能力，陆续推出新技术、新产品、新装备，占领了更多市场。 新技术包括超临界CO2萃取技术、超滤、渗透蒸发技术、各种色谱(色谱)技术等。 4 .第三代生物技术，自20世纪80年代以来，生物工业下游技术进步迅速，出现了许多新概念、新技术、新产品和新装备。 大致可以说，(1)固液分离技术(2)细胞破碎技术(3)预分离纯化技术(4)高度分离纯化技术(5)其他新的分离技术，近20年来在污水处理、化学工序和选矿工序中广泛使用的凝集技术被引入发酵液的前处理中，研究开发菌体和悬浮物凝集技术，改善发酵液的分离性能，加快纤维素过滤助剂的开发在固液分离机械方面，也出现了带式过滤机、连续半连续板框过滤机、螺杆沉降式离心机等性能优良的新型机械。 微滤器能够有效地分离微细的浮游粒子。 (1)固液分离技术(2)细胞破碎技术(3)预分离精制技术(4)高度分离精制技术(5)其他新分离技术，(1)固液分离技术(2)细胞破碎技术(3)预分离精制技术(4)高度分离精制技术(5)其他新分离技术， (1)固液分离技术(2)细胞破碎技术(3)预分离纯化技术(4)高度分离纯化技术(5)其他新型分离技术、(5)其他新型分离技术、(4)生物技术下游的加工过程的一般流程和单元操作、培养液(发酵液)的前处理和固液分离； 初步精制(提取)高度精制(精制)精加工。 1、一般下游加工过程分为4个阶段；2、下游加工过程一般流程；产品收获率和质量控制。 下游工艺如果产品的性质和所要求的纯度是产品本身，则工艺比较简单，过滤得到菌体，干燥得到单细胞蛋白质的生产。 如果可以直接从发酵液中提取，可以省去固液分离工序。 可省去细胞外产物细胞破碎工序。 3、单元操作、过滤、离心固液分离蒸发、蒸馏、结晶进一步纯化，提取浓缩或提取液相中成分的离子交换、色谱、膜技术、超滤； 干燥、适合大规模工业生产的传统技术经过改造提高后，适应面广、效率更高，仍显示出较强的生命力。 各种新型高效过滤机械和离心机械的诞生，晶体理论和离子交换技术的新进展，提高了产品的收率、质量和生产效率。 五、生物工业下游技术的发展动态、成本、质量、环境保护是该技术的发展方向和动力，1 .传统分离技术的提高和完善，1 )新型分离介质的研制，2 )子代分离技术3 )其他新兴下游技术，2 .新技术的研制，膜(膜材料和膜制造技术)，树脂(离子交换树脂和大网树脂) 和凝胶(以琼脂糖凝胶为基质，结合各种配位基团制备各种色谱分离介质)是目前主要的新型分离介质。 各种分离纯化技术结合、交叉、渗透，形成子代分离技术。 例如膜技术与萃取、蒸馏、蒸发技术相结合形成膜萃取技术、膜蒸馏及渗透蒸发技术的色谱技术结合离子交换技术等形成离子交换色谱、光谱等。 从溶剂萃取技术中产生了大量的生物工业分离技术，如双水相萃取、超临界CO2萃取、反胶束萃取(细胞碎片去除、细胞内物质、酶和蛋白质、