chapter++下游加工过程教案分析.ppt

思考题 1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？ 2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？ 3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？ 4 分离纯化的得率与纯化倍数如何计算？ 5 现化生物分离工程研究方向有哪些特点？ 生物分离工程 主讲人：杨道茂 Email:ydmao@hqu.edu.cn T全书 内容框架 下游加工过程概论 发酵液预处理和固液分离方法(重点) 细胞破碎 沉淀法 膜过滤法 溶剂萃取法 两水相分配法 离子交换法(重点并且常用方法) 色层分离法(重点并且常用方法) 结晶法(重点并且常用方法) 不溶物的去除 产品分离 产品纯化 产品精制 考核形式 平时成绩（30%）+期末考试（70%） 平时成绩： 文献阅读 20 考勤情况 10 专业文献阅读 分4组，每次上课前 提前给参考文献，回去负责查阅资料和相关背景知识。 每次课程 有10分钟 文献阅读 演讲。由抽到的某一个组 负责讲解 阅读3部曲：研究背景、实验流程、结果和讨论 13章 下游加工过程概论 下游加工过程：含义（what） 下游加工过程:操作 (how) 下游加工过程：评价(why) 生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程（downstream processing） 生物工程研究领域 微生物培养 动物细胞培养 植物细胞培养 天然资源 生化材料 海洋生物培养 生物工程产业领域1 生物制药（抗生素，基因重组蛋白，氨基酸，疫苗，菌苗，天然药物，生化药物，血液制品，抗体，多糖，多肽） 生物化工（乳酸，柠檬酸，苹果酸，丙烯酸，甘油，异丙醇，乙烯） 生物能源（甲醇，乙醇，生物柴油，生物汽油） 生物工程产业领域2 生物材料（明胶，胶原蛋白，人造皮肤，人造骨，人造脏器） 生物医学 （诊断试剂，基因治疗，人及生物克隆） 环境生物（环境治理，水污染，土壤污染，风沙治理） 生物食品（醋，啤酒业，酿酒，乳制品，奶制品） 生物资源（动物，植物，微生物） 生物农业 （基因食品，基因植物） 生物技术下游加工过程的特点 生物产品特点： 多相系统：固、液及其胶状物质，黏度大 分离困难 目的产物浓度低、杂质浓度高 多步纯化、成本高 产物稳定性差 操作麻烦 分批操作，生物变异性大 标准化 质量要求高 （药品或食品）生物安全 生物过程开发目标 (1) 产品在最短时间内进入市场 (2) 符合所有安全要求 (3) 工艺成本适当 (4) 可靠 (5) 安全（放大期间安全尤为重要） 生物分离工艺要求 (1) 高纯度 (2) 大规模 (3) 经济性 (4) 生物相容性 治疗用途的生物药物质量要求 (1) 效价 (2) 鉴定 (3) 毒性试验 (4) 核酸 (5) 均一 (6) 无冲突活性 生物分离的经济性 (1) 生物分离至少占总成本50% (2) 仅付出5%努力 (3) 降低废物排放（产品：废物=1:3250) (4) 工艺改造 质量控制意义 (1) 来自管理机构的压力 (2) 公众的觉醒 (3) 市场扩张与竞争 (4) 安全 (5) 提高专一性作用，减少负作用 分离工程研发费用与成本 研究费用： 50%以上 产品成本： 40-80% 人力物力： 70-90% 生物技术产品的类型 按分子量大小 小分子产品：（小于1000）抗生素，有机酸，氨基酸 大分子产品：（大于1000）酶, 抗体，多肽，蛋白质 按产品所处的位置 细胞内: 胰岛素，干扰素，重组蛋白质 细胞外：抗生素，胞外酶 工业应用的生物分离技术 ① 细胞回收技术: 絮凝，离心，过滤，微过滤。 ② 细胞破碎技术: 球磨，高压匀浆，化学破碎技术 ③ 初步纯化技术: 吸附剂，离子交换，沉淀（盐析 法，有机溶剂沉淀，等电点，沉淀剂），萃取 （溶剂萃取，两水相萃取，超临界萃取，逆胶束萃 取），膜分离技术 ④ 高度纯化技术: 各类层析，亲和，疏水，聚焦，离子交换，结晶 ⑤ 成品加工：浓缩，除菌与热原，喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥，冷冻燥 问题：如何选择操作方法呢， 有什么指导原则？ 生物下游加工过程的选择准则 ① 步聚少 ② 次序合理 ③ 产品规格 （注射，非注射） ④ 生产规模 ⑤ 物料组成 ⑥ 产品形式 固体(适当结晶)， 液体(适当浓缩) ⑦ 产品稳定性 ⑧ 物性 溶解度， 分子电荷，分子大小，功能团，稳定性，挥发性 ⑨ 危害性 ⑩ 废水处理 下游加工过程的沿革 传统产业（第一代） 19世纪60年代-20世纪50年代 酒精，丙酮，丁醇 第二代生物技术产品 20世纪40年代 抗生素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞