第一章-生物化工研究内容-课件.pptVIP

1.2 生物化工研究内容 生物化工是生物技术中的一个重要部分，是使生物产品从实验室走向市场成为商品的关键技术，特别在生物技术产业化进程中将起到决定性的作用 生物化工研究范围的扩大 传统的有生化反应工程和生化反应器，生化分离工程，生物制药工程，废弃物的生物处理，生物过程的检测与控制； Biotechnology 2000会议上将动物细胞和植物细胞的培养、生物催化和生物传感器也列为其中； 目前生物能源、生物炼制也已成为热门。 生物化工的上下游过程 上游处理过程:以研究生物反应工程为主 下游过程滞后的原因 研究的难易程度 下游过程的成本 观点: 忽视生化分离过程将是不足取的 1.3 生物分离的对象 生物分离过程的一般流程 下游加工过程“四步曲” 分离成本与产物浓度的关系 Crude product concentration versus selling price (Dwyer, 1984) 生物产品的价格与产品浓度的关系 (1996年) 1.4 生物分离过程的特点 处理规模相差大：特性强于共性 1.5 生物分离的任务 生物分离解决的是如何从原料液中获取这些物质，涉及的是得率或收率 注意点 (1) 目标产物的纯度—分离的目标； (2) 在保证纯度的前提下，提高得率—减少损耗； (3) 降低成本—投资成本、操作成本和原料成本； (4) 缩短流程和简化工艺过程； (5) 降低对环境的负担； (6) 提高每一单元的收率?i， 下游过程的步骤与收率 1.6 生物分离技术分类 利用被分离各组分在两个或两个以上物相中平衡分配率之间的差异，使指定组分与其它组分分离开来的分离过程。分配率的差异来源于各组分在各种条件下的化学位之不同 利用机械手段，把不同组分加以分离的过程，包括利用比重不同、颗粒大小不同等过程，大多数是一些固液分离方法。 利用组分的分子量差异、携带电荷量多少、符号的差异而进行的分离过程。这些组分在一定的力场、电场中迁移速率不同或者迁移方向相反，从而使这些组分分布于单一物相的不同区域，达到分离目的。 若干生物分离技术的使用频率 1. 7 选择分离方法的依据 在含生物活性物质的体系中，这方面数据不足，严重影响了生物分离过程的有效进行 生物活性点、活性大小、亲和能力等等 影响生物特性变化的条件的因素，包括溶剂、pH值、温度、外力场等等。 (3)能用作分离和纯化依据的蛋白质性质 利用蛋白质之间在性质上的差异，能设计出一组合理的分级分离步骤 大小、形状、电荷与电荷分布、等电点、疏水性、溶解度、密度、与配体和金属结合能力、可逆性缔合、翻译后修饰、特异性序列或结构。 1.8 典型的生化分离实例 5) 单克隆抗体的分离纯化 乳酸分离纯化流程图 青霉素分离纯化工艺 洛伐他汀分离纯化工艺 粒细胞集落刺激因子分离纯化工艺 单克隆抗体的分离纯化 1. 9 生化分离的发展趋势 这是改善现有分离技术的一个重要途径，譬如，超临界流体技术、各种高效层析方法、各种外力场下的分离技术、亲和方法、抗溶剂结晶、分子印迹技术、模拟移动床技术、逆流色谱等等，都是在朝这个方向上努力。 过程集成化，就是通过某一种技术将原先分离过程的几个操作单元合成一个，以缩短这个流程； 技术集成化，就是将几种分离原理合为一个分离技术，使得单级分离技术的效率更高。 将细胞培养与有关分离结合起来，在反应的同时，分离出有关代谢产物，既可以使产物及时取出，降低发酵液中的产物浓度，消除产物的反馈抑制作用，又可以简化产物的分离纯化过程。 70年代已将此用于厌氧发酵(乙醇)的过程中，近来已扩展到好氧发酵中。不少研究者将反应与吸附、离子交换、膜分离等分离技术耦合，取得了较为肯定的结果。 要重视反应与分离的集成化技术。 把分离因素引入到生物反应体系中，从源头上减轻分离过程的负担： 控制生物反应过程，减少与目标生物分子性质相近或相似的生物杂质的产生； 利用代谢工程技术，通过改变代谢途径来控制不同生物质的产生； 利用基因工程技术，增加目标产物的相对浓度，或降低相似物的相对含量。 适应循环经济的需要； 发酵液中多产品的分离； 结合环境工程回收低浓度生物质。 第一章 结束 (1)开发高效的新型分离技术 (2) 生化分离技术的集成化 (3)反应和分离过程的耦合 (4)引入分离因素的生物反应过程 * * 在2000年世界生物技术大会上，已有生化工程科学与过程 (Biochemical Engineering Science and Process)的提法 生物反应工程在发展速度，成熟程度等方面明显领先于生物分离工程 下游处理过程:以研究生物分离与纯化为主 生物产品的生产过程 两方面的发展不均衡 生物反应是源，生物反应决定了生物产品产出规律 生物反