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第1页/共57页生物分离工程第绪论第2页/共57页课程安排讲课32学时课程考核： 期末考试占80%，平时成绩占20％。第3页/共57页第一章 绪论第二章 过滤第三章 离心与沉降第四章 细胞破碎第五章 萃取第六章 吸附及离子交换第七章 色谱分离第八章 沉析第九章 膜分离和电泳第十章 结晶与干燥第4页/共57页发酵液预处理细胞分离胞外产物细胞破碎成品加工细胞碎片分离初步纯化高度纯化原料预处理培养基扩大培养微生物菌株发酵液的预处理与固液分离第5页/共57页第一章 绪论第一节 生物分离工程的性质、内容与分类第二节 生物分离工程的一般流程第三节 生物分离过程的特点第四节 生物分离工程的发展历程和动态第6页/共57页第一节 生物分离工程的性质、内容与分类 一、生物分离工程的性质 1、生物工程上游：育种、基因工程、细胞工程、酶工程 及发酵工程下游：生物产品的回收——生物分离技术第7页/共57页上游加工过程：功能物质的发现及优良物种选育（基因工程、细胞工程）中游加工过程：将原料大规模转化为生物物质（酶工程、发酵工程、动植物细胞培养）生物工程下游加工过程：获得产品（生化分离）第8页/共57页生物技术上游与下游加工过程生物技术各分类间关系第9页/共57页 2. 生物技术产品2.1 生物技术产品定义：发酵、动植物细胞培养、酶反应液和动植物组织细胞与体液中获得的产品2.2内容：常规生物技术产品和现代生物技术产品2.3特点：（1）具有一定的生理活性－结构复杂（2）分布广泛－胞内胞外（3）原始浓度（含量）偏低（4）组分复杂（5）产物稳定性差 批间差异大（6）质量要求高（生物医药）（7）价格贵（经济性）第10页/共57页第11页/共57页第12页/共57页第13页/共57页生化分离3.生物分离工程： 为提取生物产品时所需的原理、方法、技术的一门技术科学，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 (Downstream Processing)。 单元操作： 完成一道工序所需的一种方法和手段。 产品初始原料第14页/共57页 生物分离工程原理 分离的本质在于有效识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别。 物理性质：力学、热力学、电磁性质； 化学性质：化学热力学、化学反应学、光化学； 生物学性质：分子识别。 分离是混合的逆过程，需要作功才能实现，而且需要有专门过程和设备。如酒精-水第15页/共57页二、生物分离工程的研究内容1、生物分离工程主要目标产品类型 直接获得产品、间接获得产品（1）按产品的相对分子量大小分： 小分子：1000(抗生素、有机酸、氨基酸） 大分子：1000(酶、抗体、多肽、蛋白质）（2）按产品所处的位置分： 细胞内：胰岛素、干扰素、重组蛋白质 细胞外：抗生素、胞外酶第16页/共57页 2、生物分离工程技术原理的探讨 3、生物分离工程设备的研究 4、生物分离操作过程的设计与优化 第17页/共57页 三、生物分离过程的分类 可以按被分离物质的性质分类，也可以按分离过程的本质分类。 1、按被分离物质的性质分类：物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。 2、分离过程的本质分类： 平衡分离过程（根据不同组分在两相间分配平衡的差异实现分离）、差速分离过程（利用外加能量强化不同组分迁移的速度差进行分离）、反应分离过程（利用外加能量或化学试剂，促进化学反应进行而达到分离）。第18页/共57页 例：（1）Absorbance 1）非特异性吸附 抗生素 (吸附) 2）特异性吸附 抗体 3）亲和吸附 抗原抗体 4）离子交换 抗生素（2）Chromatography 1）凝胶 抗生素、蛋白质 (色谱或层析) 2）亲和色谱 抗体 3）离子交换 蛋白质（3）Electric Field 1）磁性免疫微球 抗原抗体 (场致分离) 2）区带电泳 蛋白质 3）等速电泳 蛋白类 4）等点聚焦电泳 蛋白类第19页/共57页四、生物分离工程的重要性 1、生物产品特点（1）粗料发酵：酒精、柠檬酸、酶制剂等；（2）产物浓度低的水溶液 （A、氧传递限制；B、细胞量；C、产物抑制）；（3）组分复杂（大分子、小分子、可溶物、不可溶 物、化学添加物）；（4）产物稳定性差（化学降解、微生物降解）；（5）质量要求高（食品或药品）；（6）分批操作，生物变异性大。第20页/共57页 2、生物分离工程的重要性（1）生化产品的必经的过程。（2）回收率不高。抗生素(80%左右)，蛋白质(60-90%)。（3）分离纯化昂贵。分离纯化成本占总成本40-80%；药用产品的成本更高；大多数酶70%。（4）