生化分离工程绪论

1、生物分离工程绪 论生化分离工程8/8/2022教 材教材： 生物分离工程(第二版). 孙彦 主编，化学工业出版社，2005参考书： 生物分离原理及技术. 欧阳平凯 主编，化学工业出版社，1999成绩： 平时成绩：30 期末：701. 绪论生物化工 Biochemical Engineering化学工程学生物学1.1 基本概念生物技术（biotechnology） 是指人们以生命科学为基础，结合工程技术手段和其他基础学科的科学原理，对生物体进行改造或加工生物原料，为人类生产出所需产品或提供服务的技术。生物工程，生化工程，生物化工，生物加工过程生物技术 产品产品发酵酶催化分离基因工程、菌株选育生物

2、分离工程简介生物分离技术(Bioseparation) ： 对于由自然界天然生成的或由人工经微生物菌体发酵、动植物细胞培养及酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经分离、纯化并精制其中目的成分，并最终使其成为产品的技术，也称为生物下游技术（Downstream Processing）。生物分离工程简介传承和特点： 生物分离工程是在传统化工分离的单元操作上发展起来的，但由于生物物质在许多方面与传统化工产品存在很大的差异，它又具有很多独特的性质和特点。应用： 现在的生物分离工程技术已广泛应用于医药、发酵、食品、轻工等领域的产品分离及纯化。另外，环境工程中污水的净化与有效成分的回收，也常用生物

3、分离技术。1.2 生物分离技术研究简史 1、古代酿造业 如果将生物技术定义为“直接或间接地利用生物体的机能来生产人类所需产品的技术”，生物技术产业的历史可以追溯到古代的酿造业（公元前4228年），它包括酿造、做面包、干酪、酸奶等。 但是古代的生物技术比较原始粗糙，一般都是家庭作坊式的生产，大多数产物基本不经过分离而直接使用，因此也就没有专门的生物分离技术了。 做豆腐蛋白沉淀、过滤、干燥、2、第一代生物技术 第一代（传统）生物工业是指1860年代到1940年代青霉素等抗生素出现之前的生物技术产业。这一时期，发现了发酵的本质是微生物的作用，而且发现了微生物的有关功能，掌握了纯种培养技术，生物技术进

4、入近代酿造产业的发展阶段。到20世纪上半叶，近代酿造产业的生产技术已经有了很大的发展，又逐渐开发形成了发酵法生产酒精、丙酮、丁醇等微生物发酵工业（厌氧发酵）。巴斯德鹅颈瓶实验 这个时期的生化产品相对比较简单，基本上是无活性的小分子（有机溶剂）。此时开始引入化学工程中较成熟的近代分离技术，如过滤、蒸馏、精馏等，生产多以经验为主。3、第二代生物技术 20世纪40年代出现的青霉素产品的出现是生物技术发展史上的里程碑，也是第二代生物技术的代表。这一时期，随着无菌空气制备技术和大型好氧发酵装置的开发成功，微生物发酵工业迅速壮大，一大批（好氧发酵）的产品相继投入了工业化生产，如链霉素等抗生素、谷氨酸等氨基

5、酸、核酸（核苷酸）、柠檬酸等有机酸、淀粉酶等酶制剂、微生物多糖和单细胞蛋白等。图 青霉素的发现者Flemming（A）和产黄青霉对病原细菌金黄色葡萄球菌的抑制(B)工业规模的深层发酵 产品的多样性对了分离方法提出了更高的要求，许多化学工程工作者加入了生物反应过程的行列中，一门反映生物与化工相交叉的学科生化工程也于40年代诞生，并得到迅速发展。这期间借鉴和引进吸收了大量的近代化学工业的分离技术，约有80的化工单元操作技术被引入生物工业。在60年代以前，生物技术产品的下游加工过程基本是套用化工单元操作或经过简单改造。这期间也产生了一些新的生化分离技术，但都还处于实验室研究阶段。4、第三代生物技术

6、20世纪70年代中期以来，随着基因工程、酶工程、细胞工程、微生物工程以及生化工程的迅速发展，特别是DNA重组技术及细胞融合技术等技术取得的重大突破，促使了大量的现代生物技术产品（如乙肝疫苗、干扰素等重组蛋白）的研究和开发，从而确定了第三代生物技术（现代生物技术）的地位。 此时生物技术在其各个主要领域都取得了长足进步，一大批对人类十分有益的高附加值的产品开始面世。80年代，国际上又兴起了对人类健康有益的生理“功能因子”的研究，发现了一大批生理功能性物质并推出了相应的产品，如低聚糖、活性肽、高度不饱和脂肪酸等，生物技术在深度和广度上都取得了很大的进展。表1 国内外已商业化生产的现代生物技术产品举例

7、产 品 类 型产 物 名 称动物细胞培养生产的产品乙肝疫苗，促红细胞生长素（EPO），干扰素，TPA植物细胞培养生产的产品人参皂甙，长春花碱，紫草宁，小蘗碱紫杉醇基因工程发酵产品人胰岛素，干扰素，人生长因子，人血白蛋白不少明星依靠注射内源性生长因子注射除皱(ACR) 来保持青春 与此同时，人们注意到了下游分离技术对发展现代生物技术及其产业化的重要性，分离技术的落后会严重阻碍生物技术的发展。国内外纷纷加强对生物分离技术的研究力量，增设研究机构和加大资金投入，一些公司和生产企业也在生物分离技术领域展开竞争。1.3 生物产品与生物分离生物产品的一个主要特点：种类繁多（分离方法的多样性）按用途分类 食

8、品与精细化学品：食品添加剂（果葡糖浆、维生素）、化妆品（透明质酸） 医用类产品：疫苗、抗生素、重组医用蛋白等 农业用产品：兽用抗生素、生物农药、饲料等 生物试剂类 其他生物产品（生物柴油、生物材料PHB）等香港不少明星依靠注射内源性生长因子注射除皱(ACR) 来保持青春 按分子量大小分类 MW 1000Da：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质、核酸类按目的产物所在的位置分类 胞内产品：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质 胞外产品：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（-淀粉酶）等 细胞产品：酵母、单细胞蛋白生物分离过程的一般流程原料液细胞固-液分离溶液细胞破碎包涵体溶解复性粗分离纯化与精制成品化产品

9、胞外产物胞内产物固-液分离 溶液 细胞碎片1.4 生物分离的特点分离对象的特征： 传统的生物化学工业的主要对象（如通过发酵生产的有机溶剂、氨基酸、有机酸和抗生素等）是小分子生物物质，如氨基酸、酒精、有机酸等，产品的性质相对比较稳定。 现代生物技术工业的产品（如用重组DNA技术生产的医用蛋白质和多肽等）具有生物活性，其稳定性受pH、温度、离子强度、提取过程所使用的溶剂和表面活性剂、金属离子等各方面因素的影响，有些生物产品甚至对剪切力很敏感，产品的分子量越大，其稳定性就越差，分离纯化的条件必须非常温和。一些产物组分的浓度非常低，但其产品的纯度却要求很高，含量常常要达到95甚至98以上。如果是医用药

10、物还应具有正常的颜色、稳定性和溶解速率等性质。发酵液的主要特征：产物浓度较低（见下页表），并含有大量的水分；(2) 是一个复杂的多相体系，含有菌体、未消耗尽的固体培 养基等固体成分和大量的液相；(3) 未消耗完的培养基成分，包括各种无机盐和有机物；(4) 除所需产物外，还含有其他副产物以及色素等杂质，有些杂质的性质与产物很接近；(5) 发酵液容易被杂菌污染，产物可能被微生物或酶降解；(6) 发酵液粘度较大，浓缩时起泡现象严重；(7) 所需要的发酵产物，有的存在于发酵液中，也有的存在于细胞或菌体内。表2 几种典型发酵液组分含量产 物干重量浓度，细菌或酵母35真菌（柠檬酸、青霉素生产）1.53动物

11、细胞（动物组织培养）0.055植物组织培养0.15酶0.51.0r-DNA蛋白质1抗体15抗生素25氨基酸510有机酸510维生素0.0050.1乙醇712生物产品的分离过程有以下特点：分离的对象组成复杂，发酵液或培养液是复杂的多相体系，料液粘度大，固液密度差小，固液分离难度较大；许多发酵产品具有生理活性，很容易变性失活，遇热、极端pH值、有机溶剂会引起失活或分解，特别是蛋白质的生物活性与一些辅因子、金属离子的存在和分子的空间构型有关。甚至剪切力也会影响空间构型和使分子降解，对蛋白质的活性有很大影响，因此，分离过程中的pH值、温度和搅拌等条件必须特别注意；目的产物和其它代谢产物种类多，理化性质

12、复杂，很难通过单一手段将产物分离和纯化； 发酵液中生物产品的浓度很低，而杂质含量却很高，这使分离所需能量以及产品价格大大提高，产品浓度与产品价格的关系见下页图；许多生物产品要求达到的纯度较高，尤其是用于医疗用途的产品；6. 微生物发酵或酶催化反应多采取分批操作，各批料液不尽相同，要求下游加工有一定的弹性，对不同批号的料液都要能处理。发酵液的放罐时间、发酵过程中加入的消泡剂对提取产物都会有影响。由于发酵产物大多是不稳定的，故快速操作往往对保证有效地回收和纯化产物非常关键。图 发酵液中产品浓度C与产品价格P的关系1984年，每千克生物产品售价P与原料液中目标产物浓度C的双对数坐标图，从图可知，P和

13、C的关系可近似表示为CPk（常数），或Pk/C 所有这些因素都使得生化产物的分离提纯具有相当大的难度。从以上分析可以看出，与传统化学工业的分离对象相比，生化工业的分离对象是一个相对更为复杂的体系，有着许多自身的特点。因此生物分离过程的操作也有着自身的特点，不能简单套用化工的单元操作。1.5 分离技术和原理分离原理： 利用目标产物与共存杂质之间在物理、化学以及生物学性质上的差别，使其在分离操作中具有不同的传质速率和（或）平衡状态。物理性质力学性质 密度、形状、尺寸 离心、膜分离（筛分） 热力学性质 溶解度（固液平衡）、挥发度、相平衡 萃取、蒸馏、结晶与沉淀、吸附和离子交换、色谱等传质性质 黏度、

14、扩散 电磁性质 荷电性质、等电点、磁性 电泳、电渗析、离子交换化学性质 化学热力学（化学平衡）、反应动力学（反应速率） 化学吸附、化学吸收生物学性质 生物分子间的分子识别作用 亲和色谱 分离技术分类（两大类）：（1）平衡分离 溶质在两相间分配平衡差异分离。 达到平衡的推动力为溶质偏离平衡态的浓度差，为扩散传质过程。 萃取、结晶与沉淀、吸附与离子交换(色谱)等。 （2）差速分离 利用外力（离心力、压力、电场）驱动溶质迁移产生的速度差进行分离。 电泳、超滤、离心等。1.6 分离效率的评价分离目的： 生物活性不受或少受影响，满足纯度和回收率的要求，成本低（高效分离）。1. 分离方法和设备角度分离容量

15、（capacity） 单位体积分离设备处理料液或目的产物的体积或质量分离速度（speed） 单批次分离所需的时间，或分离过程的进料速度分辩率（resolution） 目标产品的纯化效果或杂质的去除能力2. 分离过程和产品角度 浓缩程度 分离纯化程度 回收率分离过程原料CFCcTC , cXC产品P废料WFPcTP , cXPFWcTW , cXW浓缩率分离因子平衡过程分离(纯化)因子Purification factor分离过程原料C(比活AC)产品P(比活AP)废料WA: U/mg分离过程原料CFCcTC , cXC产品P废料WFPcTP , cXPa: 单位体积溶液目标产品活性（U/mL或

16、U/L ）回收率recovery间歇操作连续操作1.7 生物分离的一般流程 发酵液的预处理（Pretreatment）和固液分离 经过加热、调pH、添加絮凝剂等方法对发酵液进行预处理后，经常采用过滤和离心这两个单元操作进行固液分离。如果产品在细胞内，那么这一步中往往还包括细胞的破碎以释放产品操作，这个过程通常是在进行固液分离之后进行的，这样可以减少分离体系的体积 (相应增加产品浓度)。由于产品释放之后体系中又同时存在有固体和可溶物（产品），因此需要再增加一步固液分离以除去细胞碎片。 这个阶段的主要任务是去除（或收集）发酵液中的固相物质，为后续的几个过程提供澄清的原料液体。经过这一步操作，产物的

17、浓度或品质一般不会有太大的改善。板框过滤机离心机产品分离及初步纯化（isolation） 在这一步中，需要除去与目标产物性质差异较大的杂质并对产品进行浓缩。对于不同性质产品，根据其各自的特点采用不同的方法进行分离，沉淀、吸附和萃取是这个步骤中的典型操作。这个步骤往往是由许多个单元操作组合起来的多级加工过程，经过处理，产品的浓度（或纯度）有较大变化。超临界流体萃取树脂吸附纯化和精制（purification） 这步中所用得技术对产品的针对性（选择性）较强，能够除去与产品的物理性质或化学功能类似的一些杂质。色谱、电泳、结晶是很好的一些纯化方法，产品的品质也能得到很大的提高。 结晶层析成品加工（po

18、lishing） 根据产品应用时的要求，在产物经过提取和精制后，一般还需要一些加工步骤。例如浓缩、无菌过滤和去热原、干燥、加入稳定剂等。 膜分离（浓缩、去热原）冷冻干燥机 抗生素的生产过程是一个典型的生化分离过程，包括以上四个步骤，如表3所示。产品的浓度在分离（初步纯化）过程中增加幅度最大，但产品的纯度却是在纯化过程中提高最多。表3 典型生物制品分离过程示例步 骤典型过程产 品浓度（克/升）纯度（）发酵液获得去除不溶物分离纯化精制发酵过滤萃取色谱结晶0.1-51.0-55-5050-20050-2000.1-1.00.2-2.01-1050-8090-100发酵液预处理（加热、调pH、絮凝）收

19、集上清液或蛋白质包含体细胞分离（沉降、离心、过滤）细胞碎片分离（离心、过滤、萃取）细胞破碎（高压匀浆、研磨、溶菌处理）初步纯化（沉淀、吸附、萃取、超滤）高度纯化（亲和分离、层析、电泳、结晶）成品加工（超滤、结晶、干燥）细胞清液（含胞外产品）灭活处理细胞1.8 生物分离过程的选择准则 （1）产物的特性 产物是在胞内还是在胞外是否需要细胞破碎以及选用哪种破碎方法?细胞破碎过程中产品的收率和活性的保留! 发酵液中产物浓度的高低对分离工艺选择的影响很大，如果产物浓度很低，往往需要首先进行产物的浓缩以提高后续操作的有效性； 对于分离原料的特性必须认真对待。我国许多大的生物技术产业（如酒精、柠檬酸、酶制剂

20、等工业）以粗料发酵为主，粗原料中带入的大量未参与发酵的可溶性杂质和不溶性悬浮物，会给下游过程的分离提取带来很大困难，并且使操作成本大大增加。发酵液中的杂质种类很大程度上影响到工艺的选择，根据杂质与产物性质差异的类型能够方便的选择分离方法进行产物的分离或杂质的去除； 所需分离产物物性对于分离过程的设计是必需的：根据产物的溶解度可以考察各种方法中pH、温度等条件对沉淀过程或萃取过程的影响；根据分子带电性质可以采用何种离子交换介质进行分离；根据分子大小的不同可以采用膜过滤或凝胶过滤层析将产物与杂质进行分离； 生化产品有包括像乙醇、乳酸、醋酸那样的小分子物质，性质比较稳定，也有酶、蛋白质、激素等相对分

21、子量较大的具有生物活性的大分子，其活性易受温度、pH值、金属离子、无机盐浓度、有机溶剂等环境的影响，即产品的稳定性制约了下游技术的可选范围。因此产物的理化特性(生物活性、稳定性等)决定了分离过程是否可以采用粗放型、低成本的分离方法（如萃取、蒸发等），还是需要充分注意分离过程中的pH、温度、溶剂等条件对产物活性的影响。图 根据主要分离因素排列的单元操作分离范围(2)产物的用途、形式及其最低纯度标准 产物的用途（医药、食品或化工品等）、形式（液体、结晶或无定性）以及最低纯度标准确定了纯化过程的最后要求，也是确定分离过程方案的主要依据。如果只需对产物进行低度纯化，即杂质的含量较高，则只要用一个简单的

22、分离流程就可达到纯化要求。但是对于注射用药物，产品的纯度要求很高。 例如，存在于微生物细胞壁中的某些组分能够引起热原反应，必须在纯化步骤中将它们除尽，以满足注射要求，生产上一般采用超滤法或凝胶过滤层析法，利用分子大小的差异来去除热原物质，并且常将此步骤放在纯化过程的最后进行。对于医药产品，在冷冻干燥之前，还需预先进行无菌过滤处理。而一般用途的生化产品则不需要这些操作。(3)产物的规模和市场价格 在分离过程的第一个步骤（发酵液的预处理和固液分离）中，使用的离心和过滤等方法能够适应很宽的规模范围，因此对于不同规模的产物分离影响不大。但在后续步骤中，技术方法的选择和生产规模关系密切。 例如，在进行层

23、析分离时，使用的凝胶介质价格很高，一定量凝胶组成的系统只能分离到一定的规模，如果继续放大，则增加所用介质的成本可能会使整个分离过程的投入大大提高，这时就要考虑是否采用其他成本相对低廉的操作进行替代。但是，如果产物的市场价格很高，则工艺过程中采用的单元操作的成本问题考虑程度可以相对降低。分离工艺设计的总体原则(1) 应采用尽量少的步骤数 一般的分离纯化过程都是由多个步骤组合完成的，但在实际分离过程中应尽可能采用最少的步骤，因为所用策略中的步骤数目，不仅影响到产品的总收率，而且会影响到投资大小与操作成本。 例如： 假设每步收率为95（=0.95），则n个步骤之后的总收率的期望值为n0.95n，如果

24、现用10个步骤进行分离纯化，那么产物的总收率是0.9510=? 0.60 ！ (2)采用步骤的次序要相对合理 在生物分离过程中，对于不同性质的产品，可以选用不同的单元操作，如果将其使用的次序进行合理的编排，可能会对整个分离过程有重要的影响，能够简化操作过程并提高产品的收率。实际上有一些确定的次序已被生产和科研上广泛采用。 发酵液预处理（加热、调pH、絮凝）收集上清液或蛋白质包含体细胞分离（沉降、离心、过滤）细胞碎片分离（离心、过滤、萃取）细胞破碎（高压匀浆、研磨、溶菌处理）初步纯化（沉淀、吸附、萃取、超滤）高度纯化（亲和分离、层析、电泳、结晶）成品加工（超滤、结晶、干燥）细胞清液（含胞外产品）

25、灭活处理细胞一般分离操作的次序：细胞破碎、沉淀、离子交换、亲和吸附、凝胶过滤 一般规律： 先进行处理量大（便宜）的操作； 先进行操作简单（粗糙）的单元； 前面进行的单元操作可以简化后续的单元操作； (3) 采用的工艺要有一定弹性 目前微生物发酵或酶催化反应大多采取分批操作，生物变异性大，各批发酵液不尽相同。而且不同批次发酵液的放罐时间、发酵过程中加入消泡剂的量的不同，对产物提取过程都会有影响，这就要求下游加工有一定的弹性，特别是对染菌的批号，也要能处理。发酵液放罐后，残留底物和产物共存，大量活细胞新陈代谢的生命活动还在进行，由于环境条件的变化，可能会沿着另一条代谢途径进行发酵（如有氧发酵转为厌

26、氧发酵），菌体也可能发生自溶，并且容易被杂菌污染，或者引起产物的破坏和降解，导致发酵液的变质，给下游的分离带来不必要的困难。因此，及时快速操作往往是很关键的。 所以，生化产品分离过程的工艺设计应保证发酵产物的回收能在最短的时间范围内完成，并且应有一定的操作弹性。1.9 生物分离的发展动态 1、传统分离技术的提高和完善 蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子交换等传统技术由于应用面广且相对成熟，对它们的提高和完善将会推动大范围的技术进步。 例如，80年代酒精差压（多效）蒸馏技术工业应用的成功，大幅度降低了成品酒精的能耗，为进一步提高酒精质量打下了技术基础；结合蒸气喷射热泵的四效甚至七效蒸发技术大幅度

27、节能并为废水处理技术做出了贡献，也促进了计算机控制技术和生物工业的结合；各种新型高效的过滤机械和离心机械的问世，也从一个侧面推动生物工业向更大规模方向发展。结晶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。 可见，适合于大规模工业化生产的传统技术经过改造提高后，适应面会更宽，效率会更高，仍然显示出强劲的生命力。2、新技术的研究开发 随着生物技术的发展，出现了许多新产品，获得了过去无法得到的、分子结构复杂的大分子物质，为了适应于新产品后处理过程的需要，出现了许多新的物化分离方法。双水相萃取、反胶团萃取、膜分离、色谱、亲和分离、电泳等都是在生物分离过程研究开发中十分活跃的领域。 人

28、们加大了对新型分离介质开发的力度，新型的膜、色谱介质和树脂都是研究很多的分离介质。 例如，1987年由FRegnier等人发明的灌注填料技术使快速分离纯化生物大分子得以实现。1989年与之相配套的灌注层析系统（Perfusion Chromatography）的问世，为生物制药领域的科学家提供了强有力的工具，给生物制药业带来了突破性的进展。它所采用的POROS介质以苯乙烯基二乙烯基苯基的聚合物构成，为双膜式孔结构，大大加快了分离速度。灌注层析系统可有效、快速地纯化各种蛋白质、多肽、核酸等生物大分子。它比传统方法快10l00倍，分析一个样品只需要30s3min。 Fred E. Regnier

29、另外还有许多新技术被提出来并得到发展。例如膨胀床（Expansion bed）吸附技术，可免去固液分离的步骤，直接对含固体悬浮物溶液中的产品进行吸附分离，已广泛应用于包涵体、胞内、围膜、胞外分泌蛋白和酵母、动物、杂交瘤细胞、昆虫细胞等表达的重组蛋白的纯化，也被用于单抗及天然酶的纯化。 此外，固定化金属亲和层析、超临界流体萃取技术等也是近年发展起来的一些新型分离技术。Figure 2-4. Comparison between a) a packed bed and b) a stable, expanded bed. The diameter and size distribution of

30、the adsorbent has been exaggerated for clarity. Redrawn from Chase (1994).3、生物技术下游工程与上游工程相结合 这是当今生物技术领域里的热点之一，可以利用基因工程对产物进行了改造以使下游分离过程大大简化。 例如： 1）将原来是胞内产物的蛋白质，通过连接信号肽被细胞分泌到胞外，省去了细胞破碎的过程，从而使得分离工作变得简单。 2）将噬菌体裂解基因转入重组菌，可以在很温和的条件下将菌体细胞破裂，大大降低细胞破碎的成本。 3）利用基因工程方法，在构建的融合蛋白质上接上6个组氨酸（6His tag），使其能被亲和吸附组氨酸的介质

31、一步分离并纯化。 图. 重组 E. coli VG1 (pTU14)细胞内携带三种外源基因的示意图 图. 不同时刻和裂解处理前后的PHB颗粒 噬菌体裂解基因PHB合成基因血红蛋白基因PHB重组菌清华大学化工系沈忠耀教授、于慧敏博士的工作 发酵和分离耦合的研究早在20世纪70年代就已开始进行，人们将这个思路用于厌氧发酵生产乙醇，取得了令人满意的效果，近年来又逐渐发展到用于好氧发酵过程中来，如发酵吸附分离、发酵膜分离、发酵萃取分离等，既可减少产物的反馈抑制效应，提高转化率，同时可简化产物提取过程，缩短生产周期，增加产率。4、生物分离过程的高效集成化 生物分离过程的高效集成化的含义在于利用已有的和新

32、近开发的生化分离技术，将下游过程中的有关单元进行有效组合 (集成 )，或者把两种以上的分离技术合成为一种更有效的分离技术，达到提高产品收率、降低过程能耗和增加生产效益的目标。按此定义，生物分离过程的高效集成化技术包括生化分离技术的集成化和生物分离过程的集成化两方面的内容，这种只需一种技术就达到完成后处理过程中几步或全部操作的方法，充分体现了过程集成化的优势。 例如，将双水相萃取技术与亲和法结合而形成的效率更高、选择性更强的双水相亲和萃取技术；将亲和法及膜分离结合的亲和膜分离技术；可以将固液分离、产物的浓缩和纯化过程合而为一的膨胀床吸附技术；将电泳与色谱耦合产生的电动色谱技术等。 对生物分离过程

33、的优化能产生显著的经济效益，但目前大多数生物分离过程仍处于经验状态，对其机理缺乏必要的认识，这就使得准确描述和控制生物分离过程变得很困难。需要综合运用生物、化学、工程、数学、计算机等多学科知识和工具，学科间的联合将有助于在该领域取得突破。5、清洁生产 自从上世纪90年代确立可持续发展战略以来，发达国家正在把发展循环经济、建立循环型社会看作是实施可持续发展战略的重要途径和实现方式。循环经济是实施可持续发展必然选择和重要保证，而清洁生产则是实现循环经济的基本形式。清洁生产 (cleaner production)这一概念是联合国环境规划署工业与环境规划中心在1989年首先提出，在一些国家有一些不同的叫法，如污染预防、废物最小量化、废物减量化、源控制及清洁工艺等。 中国二十一世纪议程对清洁生产做出的定义：“所谓清洁生产是指既可满足人们的需要又可合理使用自然资源并保护环境的实用生产方法和措施，其实质是一种物料和能源最小的人类生产活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中”。同时对人体和环境无害的绿色食品和生物产品的生产，亦将随着