生物工程下游技术复习2012.doc

第一章 绪论 1．什么是生物工程的下游技术？ 一般泛指从工程菌或工程细胞的大规模培养一直到产品的分离纯化、质量检测所需要的一系列单元操作技术。其中，产品的分离纯化是其最重要的组成部分。 2．生物工程下游技术的发展历程？ 1、古代酿造业 生物技术产业的历史可追溯到古代的酿造业，它包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。古代的技术比较原始，工场大多是家庭作坊式的，产物基本不经过后处理而直接使用，当然也就没有上下游技术之说了。 2、第一代生物技术 第一代（传统）生物工业主要指19世纪60年代到20世纪40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，掌握了纯种培养技术，生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。此时开始引入化学工程中成熟的近代分离技术，如过滤、蒸馏、精馏等。 3、第二代生物技术 第二代生物技术以20世纪40年代出现的青霉素产品为代表。产品品种、类型迅速增加，不仅有初级代谢产物，也有次级代谢产物；不仅有小分子的物质，也有具生命活性的大分子物质，有些产品的分子结构相当复杂。产品的多样性决定了分离方法的多样性。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，据报道有80%的化工单元操作技术被引入生物工业。 4、第三代生物技术 第三代生物技术一般认为以20世纪70年代末掘起的DNA重组技术及细胞融合技术为代表。此时，生物技术在其主要领域：基因工程、酶工程、细胞工程和微生物发酵工程取得了长足进步，一批对人类十分有益的高附加值的产品开始面世，如乙肝疫苗、干扰素等。 3．细胞破碎技术？初步分离纯化技术？高度分离纯化技术？ 细胞破碎是工业化生产胞内物质所必需的技术，已经开发出球磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学破碎等技术（见“微生物细胞破碎”一章）。细胞破碎技术的逐渐成熟，使得胞内生物物质的大规模工业化生产成为可能。 初步分离纯化技术 主要开发了沉淀、离子交换、萃取、超滤等技术。较早出现的是酶及蛋白质的盐析法；有机溶剂沉淀法；双水相萃取技术比较适合于胞内活性物质和细胞碎片的分离，为进一步纯化精制创造了前提；超滤技术解决了生物大分子对pH、热、有机溶剂、金属离子敏感等难题，在生物大分子的分级、浓缩、脱盐等操作中得到了广泛的使用。 高度分离纯化技术 小分子物质一般可通过离子交换、脱色和结晶、重结晶等方法获得纯度很高的产品。生物大分子的纯化一直是个难题。70年代以来，逐渐开发出各种色谱(层析)技术，如亲和色谱、疏水色谱、聚焦色谱、离子交换色谱和凝胶色谱等，后两种技术已开始用于批量生产。 4．下游技术的一般工艺过程？ 按生产过程划分，生物工程下游技术大致可分为4个阶段，即预处理、提取（初步分离）、精制（高度纯化）、成品制作。如下图所示。 发酵液 →预处理→细胞分离→ 细胞破碎→ 碎片分离→ 提取→ 精制 →成品制作 加热 过滤 匀浆法 离心 沉淀 （重）结晶 浓缩 调pH 离心 研磨法 双水相 吸附 离子交换 干燥 絮凝 膜分离 酶解法 膜分离 萃取 色谱分离 无菌过滤 超滤 膜分离 成型 结晶 （1）预处理和固液分离 主要技术有过滤和离心。固液分离以除去发酵液中的不溶性固形物杂质和菌体细胞。 （2）提取（初步分离） 目的是除去与产物性质差异较大的杂质，为后到精制工序创造有利条件。 （3）精制（高度纯化） 目的是除去与产物的物理化学性质比较接近的杂质。 成品制作 成品形式与产品的最终用途有关 5．什么是生物工程下游技术永久性的发展方向和推动力？ 成本、质量、环境保护将是生物工程下游技术永久性的发展方向和推动力。 6．清洁生产(Cleaner Production）？ 清洁生产（Cleaner Production）是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。它包括三方面内容：即清洁生产工艺（技术）、清洁产品、清洁能源。清洁生产工艺是生产全过程控制工艺，包括节约原材料和能源，淘汰有毒害的原材料，并在全部排放物和废物离开生产过程以前，尽最大可能减少它们的排放量和毒性，对必须排放的污染物实行综合利用，使废物资源化。 第二章 发酵液预处理 1．发酵液有什么特性？ 微生物发酵液的特性可