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《生物分离工程》课程笔记

第一章绪论

一、生物分离工程的历史及应用

1.历史

生物分离工程的历史可以追溯到古代酿酒和面包制作时期，但作为一个独立领域的发展

始于20世纪。早期的生物分离技术主要依靠自然现象，如沉淀、结晶等。随着科技的发展，

尤其是生物技术的崛起，生物分离工程逐渐形成一门独立的学科，并得到了迅速发展。

2.应用

生物分离技术在医药、食品、农业、环境保护等领域有广泛的应用。例如，在疫苗生产

中，需要从细胞培养液中分离出病毒或细菌；在抗生素提取中，需要从发酵液中提取抗生素；

在蛋白质纯化中，需要从混合蛋白质中分离出目标蛋白质；在果汁澄清中，需要去除果汁中

的悬浮固体等。

二、生物分离过程的特点

1.复杂性

生物分离过程涉及生物大分子（如蛋白质、核酸、多糖等）的分离和纯化，这些生物大

分子在结构和性质上具有很高的复杂性，因此生物分离过程也具有较高的复杂性。

2.多样性

生物分离过程中，针对不同的生物大分子和混合物，需要采用不同的分离方法和工艺，

因此生物分离过程具有很高的多样性。

3.灵敏度

生物大分子在分离过程中容易受到外界因素的影响，如温度、pH值、离子强度等，因

此生物分离过程需要严格控制条件，具有很高的灵敏度。

4.易失活性

生物大分子在分离过程中容易发生变性、降解等失活现象，因此生物分离过程需要尽量

减少这些失活现象的发生。

5.高价值

生物大分子往往具有很高的经济价值，如药物、生物制品等，因此生物分离过程需要高

效、高收率地分离目标物质，以满足市场需求。

第二章过滤

一、过滤基本概念及预处理

1.过滤基本概念

过滤是一种基于孔径大小实现固体与流体分离的技术。在生物分离工程中，过滤技术被

广泛应用于细胞培养液、发酵液、酶反应液等混合物的初步分离和纯化。过滤过程中，混合

物通过过滤介质（如滤纸、滤膜等），固体颗粒被拦截在过滤介质上，而流体则通过过滤介

质流出，从而实现分离。

2.预处理

为了提高过滤效率，通常需要对混合物进行预处理。预处理方法包括调整pH值、温度、

添加助滤剂等。调整pH值可以改变混合物中固体颗粒的电荷性质，促进絮凝作用，有利于

过滤。温度的调整可以改变混合物的粘度，影响过滤速率。添加助滤剂可以提高过滤介质的

过滤性能，减少过滤过程中的阻力。

二、过滤基本理论

1.滤饼过滤

滤饼过滤是指在过滤过程中，固体颗粒在过滤介质上形成一层滤饼，随着滤饼厚度的增

加，过滤阻力逐渐增大，过滤速率逐渐降低。滤饼过滤适用于固体颗粒含量较高的混合物分

离。

2.深层过滤

深层过滤是指固体颗粒被拦截在过滤介质的深层，而不是形成滤饼。深层过滤适用于固

体颗粒含量较低的混合物分离。

3.表面过滤

表面过滤是指固体颗粒被拦截在过滤介质的表面，适用于颗粒较小或粘性较大的混合物

分离。

4.过滤速率

过滤速率是指单位时间内流体通过过滤介质的体积。过滤速率与过滤面积、过滤压力、

滤饼阻力等因素有关。

5.阻力

过滤过程中的阻力包括滤饼阻力、深层阻力和表面阻力。滤饼阻力与滤饼厚度和颗粒大

小有关；深层阻力与过滤介质的孔隙率和颗粒大小有关；表面阻力与过滤介质的表面性质有

关。

6.毛细管作用

毛细管作用是指在细管中，由于表面张力的作用，液体上升或下降的现象。在过滤过程

中，毛细管作用会影响过滤速率和滤饼的形成。

三、连续旋转式过滤机

连续旋转式过滤机是一种高效的过滤设备，通过旋转过滤盘实现连续固液分离。其主要

特点包括：

1.高效：连续旋转式过滤机具有较高的过滤速率和处理能力，适用于大规模生产。

2.易清洗：过滤介质可以快速更换和清洗，降低了操作难度和维护成本。

3.操作简便：连续旋转式过滤机自动化程度较高，操作简便，降低了人工成本。

4.应用广泛：连续旋转式过滤机适用于不同类型的混合物分离，具有较高的适应性。

第三章离心

一、离心的基本概念

离心是一种利用离心力实现混合物中各组分离的技术。当混合物在离心机中旋转时，由

于离心力的作用，密度较大的组分会向离心轴外部移动，而密度较小的组分则会向离心轴内

部移动，从而实现分离。