南农 生物分离工程 生物分离1.ppt

1、生化分离工程，目的和要求，掌握萃取分离、膜分离、色谱分离和亲和分离的基本原理和特点。能够掌握几种分离技术的工艺流程，熟悉实际工作中的相关设备。和工艺设计中合理应用相应分离技术。教材及参考文献，生物分离工程，化学工业出版社，2001，阎锡康，生物分离工程，化学工业出版社，2001，生物工程下游技术(第二版)，化学工业出版社，2003毛，生物工业下游技术，中国轻工业出版社，1999，欧阳平开，胡永红，生物分离原理与技术，化学，刘默。膜分离技术。化学工业出版社，2000，张景成。超临界流体萃取。化学工业出版社，2000，国内期刊，膜科学与技术杂志，化学工程进展，现代化学工程杂志，中国大学化学工程杂志

2、，化学工程，离子交换与吸附化学工业与工程，SCI杂志，BIOTHENCOL BIONG J SEP SCI J CHEM TECHNOLOGIES BIOT，J COMPROTOG A J MEPLICAL SCI J SUCRITE FLOWER酶MIRB TECHNOLOGIES，Chemeng SCI SEP PRINT TECHNOLOGIES除盐，separ purif法separ SCI TECHNOLOGIES生物分离，1。1.1生化分离工程的研究对象1.2生化分离工程的重要性1.3生化分离工程的特点1.4生化分离工程的一般工艺流程1.5生化分离工程的发展趋势1.1生化分离工程的

3、研究对象1.1生化分离工程的研究对象定义了从各种生物工业生产过程中获得的生物原料的目标成分的提取、分离、加工和精制的技术，如生物世界中的自然生产或微生物细胞的发酵、动植物细胞的组织培养和酶反应，最后将其制成产品。1.2生化分离工程的重要性，生物技术产品一般存在于复杂的多相系统中。只有通过分离纯化等下游加工，才能生产出符合使用要求的产品。因此，产品的分离纯化是生物技术产业化的必要手段。在生物产品的开发研究中，分离过程的成本占总研究成本的50%以上；在产品成本构成中，分离纯化部分占总成本的4080%；精细产品和医药产品的比例高达7090。显然，开发新的分离纯化工艺是提高经济效益或减少投资的重要途径

4、。生化分离是生物技术产品产业化的必由之路，因此越来越受到人们的重视。1.3生物技术下游加工的特点，生物技术产品主要是由粗料发酵，这就增加了下游的运行成本，包括发酵废液的处理成本，其中清液(浓缩料)的发酵将是一个方向。目前发酵或培养大多是分批操作，每批发酵液的产品浓度等物理性质会有所不同，实际生产中也会出现被细菌污染的发酵液，因此该技术需要广泛的适应性和很大的操作灵活性。生物活性产品的稳定性限制了下游技术的可选范围。发酵液放入罐中后，应迅速及时地操作：菌体也可能自溶，容易被杂菌污染，造成产品的破坏和降解。例如，降解目标产物的杂质通常存在于原料液体中，例如能够水解目标蛋白的蛋白酶。因此，需要一种快

5、速分离和纯化方法来除去影响目标产物稳定性的杂质。原料液体中目标产物的浓度通常很低。例如，左旋异亮氨酸为2.4，青霉素为3.6，庆大霉素为0.2，胰岛素仅为0.001。原料液体中通常存在与目标分子结构非常相似的分子和异构体。当生物技术产品是食品或药品时，溶剂的使用是有限的与化学分离方法相比，生物分离通常比化学分离更困难和复杂。固体成分包括整个生物体、培养基中的不溶性物质和基质。液体成分包括底物可溶性物质、代谢产物和目标产物。生物制品要求高质量：*纯度*卫生*生物活性。设计中应考虑以下问题：产品价值、产品质量、产品在生产过程中的位置、杂质在生产过程中的位置以及主要杂质的独特理化性质是什么？不同分离

6、方法的技术经济比较1.4生化分离工程过程中，特定产品的分离提取过程还与以下条件有关：(1)产品本身的性质；它是细胞内产物还是细胞外产物；原料中产品和主要杂质的浓度；产品和主要杂质之间的物理和化学特性及差异；产品用途和质量标准；产品的市场价格；废液的处理方法等。可分为预处理、提取、精制和成品制作四个阶段。细胞预处理、细胞壁破碎碎片的分离、精制产品的分离和提取、加热制备、过滤、均质、离心沉淀(重质)、结晶、浓缩、酸碱度调节、离心研磨、双水相吸附、离子交换、干燥、絮凝、膜分离、酶膜分离、萃取、色谱分离、无菌过滤和超滤图1-1生化分离工程的一般流程，a .不溶物的去除*过滤*离心*细胞破碎(细胞破碎)

7、产品浓度和质量得到提高， b .产品分离离子交换萃取a .溶剂萃取b .反胶束萃取c .超临界流体萃取d .双水相萃取action(双水相萃取)没有特异性，只进行一次分离，可以提高产品的浓度和质量。 产品纯化*色谱*电泳(电泳)具有高选择性的产品和杂质去除。d .产品精制*结晶*干燥，一般来说，原料下游工艺步骤越多，总收率越低：(90) 6 53.1 (95) 6 73.5。重复提取是提高总收率的有效方法。如谷氨酸的一步等电点结晶，用离子交换法提取结晶母液：75(1 75) 65 91.25。1.5生化分离工程的发展趋势，传统分离技术的改进和完善，新技术的研究和开发，下游工程和上游工程的结合，

8、传统分离技术的改进和完善，如蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子交换，由于其广泛的应用和相对的成熟，将会促进广泛的技术进步。各种新型高效过滤机和离心机的出现也促进了生物工业的大规模发展。适合大规模工业生产的传统工艺经过改进后，适应性更广，效率更高。新技术研发新分离介质的研发膜、树脂和凝胶是主要的新型分离介质。从半透膜开始，膜技术逐渐发展成为一个庞大的膜家族。膜离子交换膜过滤膜气体分离膜液膜透析膜新型分离膜微滤超滤反渗透纳米乳化支持渗透汽化膜萃取膜吸收膜渗透膜液膜发膜取蒸馏和收获图1-2膜技术家族图、色谱分离是有机化学和生物化学中一项非常重要的大分子分离技术。例如，琼脂糖凝胶被用作基质，并与各种配

9、体结合以制备各种色谱分离介质，从而开发了一大类色谱分离技术，这些技术具有其自身的特征，并且对于分离生物大分子非常有效。子代分离技术各种分离纯化技术相互结合、交叉和渗透膜技术与萃取、蒸馏和蒸发技术相结合，形成了膜萃取技术、膜蒸馏和渗透汽化技术。膜分离过程与亲和配体结合形成亲和膜分离过程；其他新兴的下游技术细菌絮凝技术细菌细胞破碎超临界CO2萃取反胶束萃取液膜分离电泳分离发酵与分离耦合过程的研究将下游工程与上游工程相结合这一新的技术理念首先应用于20世纪70年代的厌氧发酵乙醇发酵过程和渗透汽化过程，并于近年逐渐发展为好氧发酵过程。发酵-分离耦合过程的优点是可以消除最终产物的反馈抑制效应，简化产物的

10、提取过程，缩短生产周期。改善上游因素，简化下游工艺的培养基和发酵条件；代谢工程：总的目标是开发新的物种和增加目标产品的数量。此外，应努力增加产物的胞外分泌，减少非目标产物(如色素、毒素、降解酶和其他干扰杂质等)的分泌。)，并赋予菌株或产物一些有益的性质，以改善产物的分离特性，从而简化下游加工。，啤酒池，蒸馏器，发酵罐，啤酒蒸馏器，筛网，旋转干燥器，喷雾干燥器，干燥谷物，干燥可溶物，中性酒精，冷凝器，精馏塔，纯化塔，冷凝器，压头，水，发酵产生的乙醇。*柠檬酸制造，黑曲霉柠檬酸石灰浆Ca(OH)2=柠檬酸钙H2SO4=柠檬酸CaSO4，*青霉素生产，黄晴青霉素是一种弱酸性物质提取方法，第2章，生物

11、材料预处理和细胞破碎，2.1固液分离的分类2.2发酵液的组成2.3培养液的基本特性2.4悬浮液的预处理目的预处理方法2.5普通过滤器，2.1固液分离的类型，1。过滤(重力过滤器、压力过滤器、真空过滤器)2。离心，2.2发酵液的组成，悬浮液：指固体颗粒在0.1m以上的固液分散体系。生物细胞培养液基本上是悬浮液。培养液的组成：水70-80%固体细胞和碎片20-30%(用于微生物发酵)少量代谢产物，细胞破裂后剩余培养基成分的含量，2.3培养液的基本特征，一。细胞成分和碎片大小不同，颗粒越小，分离成本越高。固液密度相近，粘度高：沉降和离心分离困难；固体成分是可压缩和可变形的，具有高粘度；过滤困难，它们

12、粘附在滤布上，通过错流过滤形成凝胶层；d、动植物细胞的抗剪切能力差；横流过滤和离心是不舒服的；2.4发酵液的预处理，预处理的目的是改变物理性质(粘度、颗粒、颗粒稳定性等)。)和固液分离的速度。目标产物转移一个相(主要是液相)；去除杂质的预处理方法加热：最简单和最便宜的处理方法。粘度、促凝、脱蛋白(如链霉素)调节酸碱度：方法简单有效(如处理抗生素溶液)；凝聚：细胞蛋白质和其他(准)胶体在凝结剂(如铝盐和铁盐)的作用下失去稳定性并聚集成1毫米大小的聚集体的过程。混凝剂类型：a、无机盐类，如明矾、三氯化铝、三氯化铁、硫酸锌、碳酸镁等。无机碱，如氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化钙、氧化钙等。机理：a、破坏双

13、电层，b、破坏胶体颗粒的水化层，影响因素：无机盐种类、价态、Al3 Fe3 H Ca2 Mg2 K李娜用量、絮凝作用、高分子絮凝剂存在下悬浮颗粒间的架桥作用，使胶体颗粒形成粗絮凝团。天然：多糖(壳聚糖及其衍生物)、海藻酸钠、明胶、骨胶、人工：聚丙烯酰胺衍生物、聚苯乙烯衍生物(毒性)、聚合铝盐、聚合铁盐、影响因素：絮凝剂种类、分子量、用量、酸碱度、搅拌速度、时间、去除外源蛋白的其他方法、等电点沉淀(pH4-5.5)、变性沉淀(加热、改变酸碱度、有机溶剂)、加入沉淀剂(三氯醋酸、水杨酸盐、钨酸盐、银、Cu2、Zn2、Fe3、Pb2)、吸附(四环素3360加黄血盐和硫酸锌)、枯草芽孢杆菌碱性和酶去除向蛋白酶发酵液中加入淀粉酶水解培养基中过量淀粉，去除Ca2(草酸钠、草酸)、Mg2(草酸、磷酸盐)Fe3(黄血盐K4Fe(CN)6)，分离发酵液的固液，.影响悬浮颗粒真菌菌体形状和大小的因素，絮凝菌体，蛋白质常规过滤酵母离心细菌，细胞碎片预处理粘度菌体种类，浓缩蛋白核酸培养基发酵液的酸碱度，温度，加热时间， 添加助滤剂，惰性助滤剂：一种颗粒均匀、质地坚硬的颗粒状物质，用于扩大过滤表面的应用范围，减少细小颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞。 用途：一、预涂；b、按一定比例混合