生化分离工程1

1、第第1章章 生化分离工程概论生化分离工程概论Chapter 1 Overview of Bioseperation Process 概论概论目录目录n1 概概 论论n2 2 生物技术的总论生物技术的总论n3 3 生化分离工程在生物技术中的地位生化分离工程在生物技术中的地位n4 4 生化分离工程的特点生化分离工程的特点n5 5 生化分离工程的原则生化分离工程的原则n6 6 生化分离工程的工艺流程生化分离工程的工艺流程n7 7 生化分离工程的单元操作汇总生化分离工程的单元操作汇总n8 8 生化分离加工过程的发展趋势生化分离加工过程的发展趋势1 概概 论论知识点：知识点： l 生化分离工程在生物技术

2、中的地位 l 传统生化产品和基因工程产品分离方法的比较 l 生化分离工程的特点 l 生化分离工程的一般流程和单元操作 l 生化分离工程的发展趋势重点：重点： 掌握生化分离工程的概念、特点及其操作的常规程序 了解生化分离工程的地位及其发展趋势难点：难点： 不同种类的产品分离纯化的一般流程和单元操作conception of biotechnology （1 1）Biotechnology （2 2）Bioengineering （3 3）Biochemical Engineering （4 4）Bioprocess （5 5）Bioseparation Engineeringconception

3、 of biotechnology1.Genic Engineering2.Cell Engineering3.Enzyme Engineering4.Fermentation Engineering5.Protein Engineering6.Biochemical Engineering天然产物研究研发平台天然产物研究研发平台n生物碱产品：生物碱产品：n有机酸产品有机酸产品: :n黄酮产品：黄酮产品：n皂苷产品：皂苷产品：n活性多糖产品：活性多糖产品：n天然色素产品：天然色素产品：n现代分离组合技术和集成技术：现代分离组合技术和集成技术：“银杏叶综合利用技术银杏叶综合利用技术”项目项目 银

4、银杏杏叶叶黄黄酮酮 银杏叶 聚聚戊戊烯烯醇醇 银银杏杏酸酸 保健食品 降脂药、降压药 抗菌药 银银杏杏叶叶内内酯酯抗癌药 银杏叶黄酮银杏叶黄酮OOOHHOOR1R2OH山萘酚R1=H，R2=H檞皮素R1=H，R2=OH异鼠李素R1=H，R2=OMe银杏内酯银杏内酯OOOHR1OOHOHtBuR2HOOHOOOOOHOOHOHtBuHOG-A：R1=R2=HG-B：R1=OH，R2=HG-C：R1=R2=OHG-J：R1=H，R2=OH白果内酯银杏酸银杏酸OHCOOHRR=C13H27 (C13:0)R=C15H31 (C15:0)R=C15H29 (C15:1)R=C17H33 (C17:1)

5、R=C17H31 (C17:2)聚戊烯醇聚戊烯醇ORn聚戊烯醇：RH，n1020聚戊烯醇乙酸酯：R=Ac,n=1020“柚子全组分综合利用技术柚子全组分综合利用技术”项目项目 柚子果囊 平平和和文文旦旦柚柚 柚柚皮皮糖糖 里层白皮 外层青皮 柚子叶 柚子果皮 果果酒酒 粒粒粒粒柚柚饮饮料料 果果胶胶 柚柚皮皮苷苷 天天然然色色素素 “枇杷全组分综合利用技术枇杷全组分综合利用技术”项目项目 枇杷叶 枇杷 枇杷果 枇枇杷杷核核 三三萜萜酸酸、苦苦杏杏仁仁苷苷、皂皂苷苷 抗癌药 枇杷花 淀淀粉粉 化痰、止咳、平喘药 保健食品 膳膳食食纤纤维维 果酒 饮料 香香精精香香料料 特种淀粉添加剂 化妆品不同

6、蛋白质的溶解度与硫酸铵浓度关系不同蛋白质的溶解度与硫酸铵浓度关系2 生物技术的总论生物技术的总论 2.2.1 1 生物技术树生物技术树2.2.2 2 生物技术所涉及的行业种类生物技术所涉及的行业种类2.2.3 3 美国生物技术产品销售预测美国生物技术产品销售预测2.4 2.4 美国工业化生物技术研究与发展基金分布图美国工业化生物技术研究与发展基金分布图2.5 2.5 生物技术的概念生物技术的概念2.6 2.6 生物技术生物技术( (biotechnology)biotechnology)的定义与分类的定义与分类 2.1 生物技术树生物技术树生物科学与生物技术及其产业的关系生物科学与生物技术及其

7、产业的关系生物技术多学科性生物技术多学科性2.2 生物技术所涉及的行业种类生物技术所涉及的行业种类2.3 美国生物技术产品销售预测美国生物技术产品销售预测2.4 美国工业化生物技术研究与发展基金分布图美国工业化生物技术研究与发展基金分布图2.5 生物技术的基本概念生物技术的基本概念 （1 1）Biotechnology （2 2）Bioengineering （3 3）Biochemical Engineering （4 4）Bioprocess （5 5）Bioseparation Engineering2.6 生物技术分类生物技术分类 1.Genic Engineering2.Cell E

8、ngineering3.Enzyme Engineering4.Fermentation Engineering5.Protein Engineering6.Biochemical Engineering传统发酵与现代发酵比较传统发酵与现代发酵比较生物技术各分类间关系生物技术各分类间关系生物技术发展简史生物技术发展简史生物生物 4000年前 中国、埃及、两河流域 酿酒造醋初期生物技术初期生物技术 1680年 荷兰Leenwen hoek 显微镜 1857年 法国Pasteur 酒精发酵 灭菌法 1897年 德国Buchner 酶近代生物技术近代生物技术 1943年 美英 青霉素 深层发酵现代生

9、物技术现代生物技术 1953年 美Watson、英Crick DNA双螺旋结构3 生化分离工程在生物技术中的地位生化分离工程在生物技术中的地位 n生物技术、生物工程的重要组成n生化产品制备的关键步骤n单位操作同化学工程 3.1 3.1 生物技术的最新进展生物技术的最新进展 (1) 基因工程方面试管婴儿、细胞融合、蛋白质序列分析，人参培养(2) 生物反应器连续式，柱式、固定化酶、固定化细胞反应器 (3) 发酵技术 如：固定化酶、固定化细胞技术 3.2 生化分离工程的重要性生化分离工程的重要性传统发酵工业 占60%基因产品 占8090%3.3 生化分离工程的研究现状生化分离工程的研究现状 生物领域

10、瓶颈产业化制约技术4 生化分离工程的特点生化分离工程的特点系统多相性非牛顿性流体低浓度稳定差生物变异性大5 生化分离工程的原则生化分离工程的原则 n时间短n温度低npH适中（生物物质的稳定性问题）n勤洗消毒n三废处理（BOD和COD问题）n生物安全问题(对基因工程产品)，n防止菌体扩散6 生化分离工程的工艺流程生化分离工程的工艺流程7 生化分离工程的单元操作汇总生化分离工程的单元操作汇总 离交蒸馏萃取结晶吸附沉淀浓缩干燥膜分离 2.发酵液的预处理和固液分离发酵液的预处理和固液分离 预处理的目的预处理的方法预处理的设备常用的凝聚剂常用的凝聚剂n无机盐类n金属无机盐类n聚合无机盐类n阳离子对负电荷

11、的胶粒凝聚能力次序 1.聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）衍生物： 2.苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂3.天然有机高分子絮凝剂 常用絮凝剂的种类常用絮凝剂的种类悬浮液的分离过程和分类悬浮液的分离过程和分类2.细胞破碎技术细胞破碎技术 破碎原理：破碎方法：生产设备：分离方法：各种微生物细胞壁的结构与组成各种微生物细胞壁的结构与组成 backback细胞破碎机理图细胞破碎机理图微生物细胞的破碎技术微生物细胞的破碎技术 细胞破碎主要方法细胞破碎主要方法 u机械法：机械法：u物理处理法物理处理法：u化学法：化学法：u酶解法酶解法：u干燥法：干燥法： 机械破碎法与非机械法比较机械破碎法

12、与非机械法比较 破碎技术的未来发展方向破碎技术的未来发展方向多种破碎方法相结合：多种破碎方法相结合：与上游过程相结合：与上游过程相结合：与下游过程相结合：与下游过程相结合：破碎方法选择原则破碎方法选择原则(1)(1)仅破坏或破碎存在目标生化物质的位置周围：仅破坏或破碎存在目标生化物质的位置周围：(2)(2)选择性溶解目标生化物质：选择性溶解目标生化物质：3.沉淀法（蛋白质）沉淀法（蛋白质） （1）盐析法（2）等电点沉淀法（3）有机溶剂沉淀法（4）非离子型聚合物沉淀法（5）聚电解质沉淀法（6）金属离子沉淀法（7）典型实例 （扁桃酸脱氢酶、环氧化物水解酶） 4.离子交换法（抗生素）离子交换法（抗生素） n原理n技术要点n典型实例 （卡那霉素、扁桃酸）5.溶剂萃取法（药用植物）溶剂萃取法（药用植物）n原理n技术要点n典型实例 （银杏叶提取物、荷叶碱）6.超滤超滤 n原理n技术要点n典型实例（大豆蛋白、红曲色素） n浓差极化n膜污染7.层析层析 n原理n技术要点n典型实例 （扁桃酸脱氢酶、苦瓜肽）8.结晶结晶 n原理n技术要点n典型实例 （卡那霉素、扁桃酸）9 .生化分离加工过程的发展趋势生化分离加工过程的发展趋势 1、膜分离技术的推广使用 2、亲和技术的推广使用 3、优