生物分离工程课件.doc

第一章 生物分离工程概述 1.1生物分离在生物技术中所占位置 生化分离工程的定义：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程。 2、单元操作：完成一道工序所需的一种方法和手段。 3、生物技术：即有机体的操作和应用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。 4、生物技术的目标：就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品。生物技术的主要目标是生物物质的高效生产，分离纯化是生物产品工程的重要环节，因此生物分离是生物技术的重要组成部分。 5、狭义生物技术的产物仅为化学产品，约有100年的历史。 6、获得产品的有效途径：原材料、预处理、生物反应、生物分离、产物 7、传统发酵与现代发酵比较 1.2 生物物质和生物分离 1.2.1 生物物质 种类繁多，包括自然界存在的各种生物资源。现代生物技术主要通过生物反应过程生产各种物质。 现代生物技术产品的主体是蛋白质药物。 1.2.2 生物分离过程 1.3生物分离的特点： A生物工程的主要特点是生物制品多种多样。产品的多样性导致分离方法的多样性。 B绝大多数生物分离方法来源于化学品的分离方法。 C生物分离一般比化工分离难度大。 a成分复杂,固体成分包括完整有机体、培养基及底物中的不溶物，液体成分包括底物可溶物、代谢中产物及目标产物。 b悬液中的目标产物浓度低. 1.4生化产品的类型： 按用途分类：食品类。保健品类。医用类产品。农业用产品。生物试剂类。 按分子量大小分类：Mass 1000D：抗生素、有机酸、aa、多肽类等 Mass 1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类 按发酵时目的产物所在的位置分类：cell内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质 cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（α-淀粉酶）等 2.生物分离与一般化学分离方法的比较 2.1、分离过程的分类： 机械分离（离心、过滤） 传质分离（平衡分离、速率分离） 平衡分离—萃取、吸附、沉淀、结晶、层析等 速率分离—膜分离、电渗析、透析 2.2生物产品特点： ① 产物浓度低的水溶液 (原因： a 氧传递限制； b 细胞量; c 产物抑制 ② 组分复杂(a 大分子; b 小分子; c 可溶物; d 不可溶物; e 化学添加物 ③ 产物稳定性差( a 化学降解(pH , 温度); b 微生物降解 （酶作用， 染菌） ④ 分批操作，生物变异性大 ⑤ 质量要求高 （药品或食品） 2.3生物产品要求高质量：纯度、卫生、生物活性 分离过程的成本占产品总投资的大部分，因此必须仔细考虑和设计产品的回收和纯化过程。设计中应考虑下列问题？ 1. 产品价值 2.产品质量 3.产物在生产过程中出现的位置 4.杂质在生产过程中出现的位置 5. 主要杂质独特的物化性质是什么？ 6.不同分离方法的技术经济比较 上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化。 2.4方法选择的基本原则： 1)、尽可能简单、低耗、高效、快速。 2)、分离步骤尽可能少。Why? A) φn 为总回收率，λn 为各单元回收率。意义？ 分离步骤越多，回收率越低；如φ10 = 0.9510 = 0.63，φ5 = 0.955 =0.77 B)、分离步骤多，设备投入大，人员物资消耗大，生产周期长 How ? 3)、避免相同原理的分离技术多次重复出现 比如，分子筛和超滤技术按分子量大小分离，重复应用两次以上，意义就不大了。 4)、尽量减少新化合物进入待分离的溶液。 A)、引起新的化学污染；B)、蛋白质的变性失活 5)、合理的分离步骤次序。 原则是：先低选择性，后高选择性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。 2.5设计前应了解的信息： 1、在设计前，首先要掌握的产物物化性质，主要包括： (1)、溶解度及影响因素，包括温度、pH值、有机溶剂和盐等； (2)、分子量和分子形状。对于高分子物质非常有意义； (3)、沸点和蒸汽压。对于热稳定的小分子物质非常有意义； (4)、极性大小； (5)、分子电荷及影响因素，包括pH值和盐等； (6)、功能团。功能团为萃取剂和特异性吸附的选择提供依据； (7)、免疫原性。设计亲和色谱； (8)、稳定性及其影响因素，包括温度、pH值、毒性试剂等(如青霉素低pH不稳定)； (9)、分子的淌度及影响因素，包括pH值、离子强度和盐等； (10)、等电点pI 2、成品规格（或产品质量标准） 表1.3 五肽胃泌素的上海市药品标准（