生物技术分离工程绪论

生物技术分离工程,王全富wangquanfu200013153578232,哈尔滨工业大学（威海）海洋学院,绪论第一节概述第二节绪论第三节生物分离例子（科研）第四节文献检索,1)、应用广泛。（医药卫生、环保、农业、食品和试剂等）2)、生化产品的必经的过程。（一夫挡关）3)、回收率不高。4)、分离纯化昂贵。5)、提高产品竞争力的关键技术之一。6)、内涵：产品工程化、科学研究技术手段,1.1生物技术分离工作的重要性,第一节概述,“L-乳酸产业化关键技术研究与应用”获国家科学技术进步奖二等奖,以任秀莲教授为主要责任人的研究团队经过反复实验，开发了耦合吸附法分离提取L-乳酸的新技术。与传统提取工艺相比，耦合吸附分离在常压下进行，耦合吸附剂可反复循环使用，且不需要消耗其它原辅材料，大幅度减少了原材料消耗和设备投资。该技术还具有分离效率高、选择性强、分离效果好等优点，使产品在色度、残糖量、醚中溶解度、重金属、热稳定性等重要质量指标达到世界同类产品先进水平。,第一节概述,1.2目的与任务：基本掌握各种生化分离方法的概念、原理、操作工艺条件及应用。把前驱课程中学到的基础理论知识，全面灵活地运用在生物物质分离过程的基本原理和相关的工程问题中，做到理论联系实际。具有一定的创新能力，综合运用各种生化分离方法设计工艺路线。,第一节概述,1.3学分及考核要求把48学时3学分（理论课32学时，实验课16学时）课堂听课及考勤实验成绩期末考试,第一节概述,第一节概述,田瑞华，生物分离工程科学出版社2008严希康，生物物质分离工程(二版)2010孙彦，生物分离工程化学工业出版社2005欧阳平凯，生物分离原理及技术化学工业出版社1997刘国诠，生物工程下游技术化学工业出版社2003,1.4参考书,第二节绪论,2.1生化分离工程的定义2.2生化分离工程的特点2.3生化分离工程的一般流程2.4生物技术产品类型2.5生化分离工程的发展历程2.6生化分离工程的研究内容2.7生化分离工程的选择标准2.8分离纯化实例（结合科研项目）,第二节绪论,重点：1.掌握生化分离工程的概念、特点及其操作的常规程序。2.了解生化分离工程的地位及其发展趋势。难点：生化分离工程的选择标准。,第二节绪论,2.1生化分离工程的定义生化分离工程是生物化学工程的一个重要组成部分，它是描述回收生物产品分离过程原理和方法的一个术语，指从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品自过程。常称为生物技术下游加工过程。,第二节绪论,2.2生化分离工程的特点产物浓度低的水溶液（原因：氧传递限制；细胞量；产物抑制）组分复杂（大分子；小分子；可溶物；不可溶物；化学添加物）产物稳定性差（化学降解;pH;温度;微生物降解（酶作用，染菌）分批操作，生物变异性大质量要求高（药品或食品）,原料浓度（g/L）,发酵液的浓度和产品价格之间的关系,2.3生化分离工程的一般步骤和单元操作,第二节绪论,第二节绪论,2.4生物技术产品类型(1)按相对分子质量大小分类小相对分子质量：1000，如抗生素、有机酸、氨基酸等。大相对分子质量：1000，包括酶、抗体多肽、重组蛋白等。(2)按产品所处位置分类细胞内：如胰岛素、干扰素、重组蛋白质。细胞外：有抗生素、胞外酶等。,第二节绪论,2.4生物技术产品类型(3)常见的生物制品:抗生素、有机酸、氨基酸、多肽、酯类、生物碱、糖苷等。(4)现代生物技术产品:蛋白质药物：细胞因子（干扰素、红细胞生成素）、激素、酶类药物等。,第二节绪论,2.5生化分离工程的发展历程传统（古老）生物技术（第一代生物技术）（压滤、蒸馏或精馏）第二代生物技术（单元操作、离子交换、电泳技术）第三代（现代）生物技术（回收技术、细胞破碎、初高度纯化、产品加工）,第二节绪论,2.6生化分离工程的研究内容本课程主要介绍生物技术产品的分离纯化的原理、方法、过程理论及其应用。主要内容包括：生物反应器、细胞破碎法、固液分离法、膜分离方法（反渗透、超滤、电渗析、纳滤）、萃取分离法（溶剂萃取、反胶束萃取、双水相萃取）、吸附与离子交换法、层析分离法（凝胶过滤、疏水、亲和）、电泳、结晶法等。以及介绍一些最新生化分离技术的进展(纳米膜过滤技术、膜亲和过滤法、超临界流体萃取法)。,第二节绪论,2.7生化分离工程的选择标准(重点)采用步骤数最少采用步骤的次序要相对合理产品的规格生产规模进料组成产品的形式,第二节绪论,2.7生化分离工程的选择标准物性产品的稳定性危害性废水分批或连续过程,方法选择原则：1、尽可能简单、低耗、快速、成熟（总原则）；2、分离步骤尽可能少；3、避免相同原理的分离技术多次重复出现；4、尽量减少新化合物进入待分离的溶液；5、合理的分离步骤次序（原则：先低选择性，后高选择性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本）。,2.8分离纯化实例(科研),了解目标产物基本特点初步设计分离纯化的路线目标产物的活性跟踪测定目标产物的纯度检测目标产物的性质研究,第三节生物分离例子（科研）,Colwelliasp.NJ341产适冷蛋白酶的分离纯化,材料：嗜冷菌Colwelliasp.NJ341,方法：酶纯化：硫酸铵沉淀、DEAE-SephadexA50（二乙基氨基乙基葡聚糖凝胶）、SephadexG-75、DEAE-SepharoseFastFolw（琼脂糖凝胶）酶纯度的鉴定：高效液相色谱（HPLC）酶分子量测定：MALDI-TOFMS,图5.5纯化后蛋白酶银染电泳结果Figure5.5SDS-PAGEofpurifiedprotease.GelswerestainedwithsilverLane1，蛋白标准分子量；lane2，纯酶,图5.6纯化的蛋白酶HPLC分析Figure5.6HPLCanalysisofpurifiedprotease,表5.2纯化后蛋白酶的HPLC面积归一分析结果Figure5.2HPLCanalysisofpurifiedproteasebyareadeconvolution,91.801,蛋白酶纯度鉴定,不同温度下嗜冷菌C.sp.NJ341的蛋白酶活力,图6.1温度对纯化蛋白酶活力的影响,图6.2温度对纯化蛋白酶活力稳定性的影响30；40；50；60,酶学性质,不同温度下嗜冷菌C.sp.NJ341的蛋白酶活力,图6.3不同温度保藏对纯化蛋白酶的影响78；20；4；室温；30,酶学性质,不同pH下嗜冷菌C.sp.NJ341的蛋白酶活力,图6.4pH对纯化蛋白酶活力的影响图6.5pH对纯化蛋白酶活力稳定性的影响,酶学性质,表6.1各种抑制剂和金属离子对嗜冷菌C.sp.NJ341蛋白酶的影响,抑制剂和金属离子对嗜冷菌C.sp.NJ341的蛋白酶影响,硫氧还蛋白基因克隆表达纯化,Fig.2SDS-PAGEanalysisoftherecombinantproteinof.LaneM,proteinmolecularweightmarker;lane1,;lane2,;lane3,thepurifiedproteinofwithNi-NTAcolumn.,第四节文献资料检索,4.1中文检索,重庆维普资讯有限公司是一家大型的专业化数据公司,是中文期刊数据库建设事业的奠基人。随着人们对数字化期刊的需求的日益增长而不断发展壮大。自1989年以来，一直致力于对海量的报刊数据进行科学严谨的研究、分析，采集、加工等深层次开发和推广应用。,4.1.1维普数据库,4.1.1CNKI数据库,中国知识基础设施工程国家知识基础设施（NationalKnowledgeInfrastructure，CNKI）的概念，由世界银行提出于1998年。CNKI工程是以实现全社会知识资源传播共享与增值利用为目标的信息化建设项目，由清华大学、清华同方发起，始建于1999年6月。,4.2外文检索,4.2.1外文检索（全文）,4.2.2.文献检索系统,SCI、EI、ISTP、ISR是世界四大重要检索系统，其收录论文的状况是评价国家、单位和科研人员的成绩、水平以及进行奖励的重要依据之一。我国被四大系统收录的论文数量逐年增长。,SCI（科学引文索引，ScienceCitationIndex）EI（工程索引，EngineeringIndex）ISTP（科技会议录索引，IndextoScientific&TechnicalProceedings）ISR（科学评论索引，IndextoScientificReviews）,4.2.2.1EI索引美国工程索引（EingineeringIndex,简称Ei）,在1884年由美国工程信息公司EngineeringInformationInc.）创办，是一个主要收录工程技术期刊文献和会议文献的大型检索系统，被称做国际四大著名检索系统。,4.2.2SCI检索SCI科学引文索引，英文全称为ScienceCitationIndex）是美国科学情报研究所出版的一部世界著名的期刊文献检索工具，其出版形式包括印刷版期刊和光盘版及联机数据库，现在还发行了互联网上Web版数据库（即WebofScience）。,ISI制作的WebofScience系统由三个独立数据库构成，它们分别是：ScienceCitationIndexExpanded,收录5800余种期刊，每周新增17750条记录。SocialSciencesCitationIndex:收录1735余种期刊每周新增2050条记录。Arts&HumanitiesCitationIndex:收录1140种期刊，每周新增2300条记录。三个库即可以分库检索，也可以多库联检。,SCI的引文索引体系不仅可以从文献引证的角度评估文章的学术价值，还可以揭示过去、现在、将来的科学研究之间的内在联系，揭示科学研究中所涉及的各个学科领域的交叉联系，协助研究人员迅速地掌握科学研究的历史、发展和动态，从而不断推动科技创新。,ISIwebscience涉及范围是多学科的，收录文献囊括了自然科学、社会科学、艺术与人文科学诸领域中最权威的期刊。ISI不仅仅摘入这些期刊中的学术论文，同时选择其它有意义的文献类型，这些文献包括期刊中的某一篇信件、一条更正、一条补正或一篇评论等。,CitationIndex的功能独特，检索者可以发挥其丰富的想象力，就能籍此解决许多问题：这篇论文有没有被别人引用过？这篇论文的主要内容是什么？有没有关于这一课题的综述？这一理论有没有得到进一步的证实？这项研究的最新进展和延伸？这个方法有没有得到改进？,CitationIndex能够解决哪些问题？,这个老化合物有没有新的合成方法？这种药物有没有临床试验？这个概念是如何提出来的？对于某个问题后来有没有勘误和修正说明？还有谁在从事这方面的研究？创始于这个研究机构的某项研究