生物工业下游技术
生物工业下游技术
生物工业下游技术二第一章绪论1、对生物工业生产过程中获得的生物原料，经提取分离，加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，通常称为下游技术。
2、下游技术的一般工艺过程：发酵液f预处理f细胞分离f细胞破壁（胞内产物）一碎片分离一提取一精制一成品制作按生产过程可简单归纳为①预处理和固液分离②提取（初步分离）③ 精制（高度纯化）④成品制作第三章发酵液的预处理1、发酵液的过滤特性的改变：①降低液体粘度②调整PH③凝聚与絮凝④ 加入助滤剂⑤加入反应剂2、杂蛋白的去除方法：沉淀法变性法吸附法3、固液分离设备①碟片式离心机工作原理：悬浮液由轴中心加入，其中的固体颗粒在离心力的作用下沿最下层的通道滑移到碟片边缘处，自转鼓壁排泄口引出，清液则沿着碟片向轴心方向移动，自环形清液口排出，从而达到固液分离的目的。
适用范围：细菌，酵母菌，放线菌等多种微生物细胞悬浮液及细胞碎片悬浮的分离。
②管式离心机悬浮液在加压情况下由下部送入，经挡板作用分散于转鼓底部，受到高速离心力作用而旋转向上，清液位于转鼓中央，呈螺旋形运转向上移动，重液（或固体）靠近鼓壁，至分离盘靠近中心处为清液出口孔，靠近转鼓壁处为重液出口处适用范围：一般离心机难以分离而固形物含量＜1%的发酵液③倾析式分离机工作原理：悬浮液从由料管径进料口进入高速旋转的转鼓内，在离心力作用下，固体颗粒发生沉降分离，沉积在转鼓内壁上。
堆积在转鼓内壁上的固相靠螺旋推向转鼓的锥形部分，从排渣口排出。
与固相分离后的液相，径液相回流管从转鼓大端的溢流空溢出。
适用范围：适合于含固形物较多的悬浮液的分离，不适合于细菌，酵母菌等微小微生物悬浮液的分离④分离因数：离心力与重力的比值，衡量离心程度的参数⑤根据过滤机理的不同，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤两种澄清过滤：固体含量少于0.1g/100ml.胶粒直径在5-100 〃m的悬浮液，过滤介质起主要过滤作用。
滤饼过滤：固体含量＜0.1g/ml悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用。
生物工业下游技术
电场
含尘废气净化
五、生物工业下游技术的发展动态
——成本、质量、环保将是该技术发展方向和动力 成本、质量、
1. 传统术经过改造提高后， 适合于大规模工业化生产的传统技术经过改造提高后， 适应面更宽，效率会更高，仍然显示出强劲的生命力。 适应面更宽，效率会更高，仍然显示出强劲的生命力。 各种新型高效的过滤机械和离心机械的问世， 各种新型高效的过滤机械和离心机械的问世，结晶理 论和离子交换技术的新进展，提高了产品的收率、 论和离子交换技术的新进展，提高了产品的收率、质量 和生产效率。 和生产效率。
对基因工程产品还应注意生物安全（biosafety）问题， 对基因工程产品还应注意生物安全（biosafety）问题， 要防止菌体扩散，一般要求在密封的环境下操作。 要防止菌体扩散，一般要求在密封的环境下操作。
三、生物工业下游技术的发展历程
1. 古代酿造业
古代酿造业包括酿酒、制酱（ ）、醋 酸奶和干酪等。 古代酿造业包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。技术原 家庭式作坊、产物基本不经过后处理而直接使用，无下游技术。 始、家庭式作坊、产物基本不经过后处理而直接使用，无下游技术。
生物工业下游技术
主讲 陈世伟
第一章
绪论
一、下游加工过程在生物技术中的地位
下游技术（工程） 下游技术（工程） （downstream processing）：对于由 ） 生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、 生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组 织培养的、 织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原 经提取分离、加工并精制目的成分， 料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产 品的技术。 品的技术。
2. 新技术的研究开发
第八章 生物工业下游技术基本原理(1)
多级分离与方法组合
• 大多数分离物系中溶质间性质差别较小， 即分离因子较小，单级分离效率很低，故 一般需要采用多级分离操作以提高效率。
• 对于特定的目标产物，要根据起自身性质 及其与共存杂质的特性，选择合适的分离 方法和不同分离方法的组合，以获得最佳 分离效果，
•
多孔质固体：d = 2~10
（2）表面扩散
• 细孔内物质运动的第二种形式是细孔内壁 表面物理吸附的分子在保持被吸附状态下 进行的运动，称为表面扩散。
四、生物分离及其效率
• 生物分离的目标是实现生物产品的高效率 分离纯化。
• 分离效率可从不同的角度来评价，一是分 离方法和设备，二是分离过程和产品。
=(cTP/cTW)/(cXP/cXW)
（2.3）
此处定义的在单级平衡蒸馏中相当于相对挥发 度；在萃取分离中又称萃取选择性 （selectivity），是目标产物和杂质在两相间分 配系数的比值。
• 式(2.1)和式(2.2)或式(2.3)也适用于间歇过 程浓缩率和分离因子的计算。
• 另外，对于具有生物活性的生物产品（酶、 蛋白质药物、抗体等），可用分离前后目 标产物的比活（specific activity）A之比 表示目标产物的分离纯化程度
差速分离过程
• 传统的过滤、重力沉降和离心沉降等非均 相物系的机械分离方法根据溶质大小、形 状和密度差进行分离，也属差速分离的范 畴。
• 其他典型的差速分离法还包括超滤、反渗 透、电渗析、电泳和磁泳等。其结果是： 欲分离物在分离场的端面上浓缩或在分离 场内形成一个稳定的浓度分布。
差速分离操作
物性 对象 外加势能 分离场
(2.5)
• 生物分离操作多为间歇过程（分批操作），
生物工艺下游技术
冷冻罐-母瓶-子瓶-一级种子-二级种子-发酵罐（上有）-发酵液的预处理与固液分离-提取-精制-成品加工-成品（最后纯化）下游加工过程是生物工程的一个组成部分。
生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程。
下游技术：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术。
整个下游过程应：时间短，温度低，PH适中（选择在生物物质的温度范围内），严格清洗消毒（包括厂房、设备及管路，注意死角）和传统产品抗生素的生产是一致的。
要防止菌体扩散，一般要求密封环境下操作。
发酵液预处理：分离菌体和其他悬浮颗粒(细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物)；除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，以利于提取和精制的顺利进行。
钙离子，可用草酸，反应生成的草酸钙能促使蛋白质凝固，提高滤液（也称为原液）质量.镁离子，可用三聚磷酸钠它和镁离子形成可溶性络合物，用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。
Na5P3O10+Mg2+ =MgNa3P3O10+2Na黄血盐与铁离子形成普鲁土盐沉淀3K4Fe(CN)6+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3 +12K+杂蛋白去除方法：热变性、沉淀、大幅度改变pH、加有机溶剂、吸附法凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使聚集起来，增大体积，以便于过滤，常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理中。
絮凝技术预处理发酵液的优点不仅在于过滤速度的提高，还在于能有效地去除杂蛋白质和固体杂质，如菌体、细胞和细胞碎片等，提高了滤液质量胶粒能保持分散状态的原因主要是带有相同电荷和扩散双电层的结构。
布朗运动凝聚：是在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。
絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。
工业生物技术下游收获与纯化书籍
工业生物技术是一种利用生物学原理和技术手段，通过对微生物、动植物细胞或其组分的培养、繁殖和加工等手段进行工业化生产的技术。
工业生物技术在医药、食品、化工等领域有着广泛的应用，是推动现代化工产业发展的重要产业之一。
在工业生物技术的生产流程中，下游收获与纯化是非常重要的环节，直接关系到产品的质量和产量。
本文将就工业生物技术下游收获与纯化进行详细介绍。
一、工业生物技术下游收获下游收获是工业生物技术生产过程中的一个重要环节，其主要目的是从大规模发酵生产的生物体系中分离并回收目标产物。
下游收获的关键工艺包括分离、固液分离、净化等。
常用的下游收获技术包括离心、超滤、膜分离等。
1. 离心技术离心技术是一种通过应用离心力将混合物中的不同成分分离的方法。
在工业生物技术中，离心技术可以用于细胞收获、蛋白质分离等。
离心技术操作简单，成本低廉，是工业生物技术中常用的下游收获技术之一。
2. 超滤技术超滤技术是一种利用半透膜将混合物中的大分子物质与小分子物质分离的方法。
在工业生物技术中，超滤技术可以用于蛋白质、酶等目标产物的分离和浓缩。
超滤技术操作简便，分离效果好，被广泛应用于工业生物技术生产中。
3. 膜分离技术膜分离技术是一种利用不同孔径和不同性质的膜过滤材料对混合物中的成分进行选择性分离的技术。
在工业生物技术中，膜分离技术可以用于分离蛋白质、多糖等目标产物。
膜分离技术具有操作简单、分离效果好等优点，因此在工业生物技术中得到了广泛应用。
二、工业生物技术下游纯化下游纯化是工业生物技术生产过程中的另一个关键环节，其主要目的是从下游收获得到的混合产物中分离出目标产物，并将其纯化。
下游纯化的关键工艺包括各种色谱分离、各种洗脱技术等。
常用的下游纯化技术包括离子交换色谱、凝胶过滤色谱、亲和色谱等。
1. 离子交换色谱离子交换色谱是一种利用离子交换树脂对带电离子进行分离的色谱技术。
在工业生物技术中，离子交换色谱可以用于分离蛋白质、多肽等目标产物。
生物工业下游技术
生物工业下游技术=第一章绪论1、对生物工业生产过程中获得的生物原料，经提取分离，加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，通常称为下游技术。
2、下游技术的一般工艺过程：发酵液→预处理→细胞分离→细胞破壁（胞内产物）→碎片分离→提取→精制→成品制作按生产过程可简单归纳为①预处理和固液分离②提取（初步分离）③精制（高度纯化）④成品制作第三章发酵液的预处理1、发酵液的过滤特性的改变：①降低液体粘度②调整PH ③凝聚与絮凝④加入助滤剂⑤加入反应剂2、杂蛋白的去除方法：沉淀法变性法吸附法3、固液分离设备①碟片式离心机工作原理：悬浮液由轴中心加入，其中的固体颗粒在离心力的作用下沿最下层的通道滑移到碟片边缘处，自转鼓壁排泄口引出，清液则沿着碟片向轴心方向移动，自环形清液口排出，从而达到固液分离的目的。
适用范围：细菌，酵母菌，放线菌等多种微生物细胞悬浮液及细胞碎片悬浮的分离。
②管式离心机悬浮液在加压情况下由下部送入，经挡板作用分散于转鼓底部，受到高速离心力作用而旋转向上，清液位于转鼓中央，呈螺旋形运转向上移动，重液（或固体）靠近鼓壁，至分离盘靠近中心处为清液出口孔，靠近转鼓壁处为重液出口处适用范围：一般离心机难以分离而固形物含量<1% 的发酵液③倾析式分离机工作原理：悬浮液从由料管径进料口进入高速旋转的转鼓内，在离心力作用下，固体颗粒发生沉降分离，沉积在转鼓内壁上。
堆积在转鼓内壁上的固相靠螺旋推向转鼓的锥形部分，从排渣口排出。
与固相分离后的液相，径液相回流管从转鼓大端的溢流空溢出。
适用范围：适合于含固形物较多的悬浮液的分离，不适合于细菌，酵母菌等微小微生物悬浮液的分离④分离因数：离心力与重力的比值，衡量离心程度的参数⑤根据过滤机理的不同，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤两种澄清过滤：固体含量少于0.1g/100ml.胶粒直径在5-100μm的悬浮液，过滤介质起主要过滤作用。
滤饼过滤：固体含量＜0.1g/ml悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用。
生物工业下游技术复习要点
生物工业下游技术复习要点第一章绪论1.下游技术:对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物源料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，通常称为下游技术，也称为下游工程或下游加工过程。
生化分离工程:生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程.2.生物工业下游技术一般工艺过程3.生物工程下游技术大致可分为4个阶段：(1)预处理和固液分离：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。
过滤和离心相比，无论是投资费用还是运转费用，前者都要小得多，因而首选方法应是过滤。
(2)提取(初步分离)：目的是除去与产物性质差异较大的杂质，是目的产物要求有较大浓缩比的过程。
(3)精制(高度纯化)：目的是去除与产物的物理化学性质比较接近的杂质。
通常采用色谱分离，结晶特别是重结晶。
(4)成品制作：成品形式与产品的最终用途有关，有液态产品也有固态产品，美观的产品形态也是产品档次的一个标志。
4.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。
第二章下游技术的理论基础1.分类：以物理学过程为基础的分离操作，大致可分为以下三类，（1）平衡分离过程：建立在相平衡关系上的。
利用相的组成差别进行混合物体系的分离。
（2）拟平衡(速度差)分离操作：在混合物体系本身所占有的空间之外，加一个能引起物质分离的势能场，在它的作用下，形成分离场。
（3 ）非平衡分离操作：1、2以外均划归其中，利用物质移动速度差和广义的、基于“屏蔽效应”的分离操作。
生物工程下游技术1
生物工程下游技术1★等电点沉淀法：对于氨基酸和蛋白质等两性物质，在酸性条件下带正电荷，在碱性条件下带负电荷，而在某一pH值下净电荷为零，称为等电点，此时两性物质的溶解度最小，此即为等电点沉淀法。
★化学渗透破壁法：某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可以改变细胞壁或细胞膜的通透性，从而使胞内物质有选择地渗透出来。
★反渗透：在只有溶剂能通过的渗透膜的两侧，形成大于渗透压的压力差，就可以使溶剂发生倒流，使溶液达到浓缩的效果，这种操作成为反渗透。
★离心分离因素：将离心加速度和自由落体加速度的比值称为离心分离因素或离心力与重力比，用公式表示为：K＝Rω2/g。
★高压匀浆破壁法：将细胞悬浮在适宜的匀浆液中制成匀浆，在其尚未沉降之前，很快以高压泵将其以很高的流速喷出，这种高速喷出的浆液经过碰撞被迫改变方向而流出，细胞在这一系列过程中经历了高流速下的剪切、碰撞以及由高压到常压的变化，使细胞产生较大的形变，导致细胞壁的破坏。
★色谱阻滞因数：溶质在色谱柱（纸、板）中的移动速率与流动相移动速率之比称为阻滞因数，表示。
以Rf★超临界流体：超临界流体是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点——临界点后的流体。
★有机溶剂沉淀法：利用有机溶剂与蛋白质水溶液互溶，在溶解于蛋白质水溶液的同时从蛋白质分子周围的水化层中夺走水分子，降低水溶液的介电常数，破坏蛋白质分子表面的水化膜，从而导致蛋白质分子相互聚集发生沉淀作用。
★膜组件：由膜、固定膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元称为膜组件或膜装置。
★膜的水通量：即膜通量，指单位时间内通过单位膜面积的水体积流量。
★膜的孔隙率：孔总面积在单位膜上所占面积的比例，空隙率越大强度越差，膜透量越大。
★膜的孔径分布：★膜的截留分子量：膜壁上微孔的形状和大小并非完全一致，常使用截留率和截留分子量两个参数共同来衡量，当90%的溶质被膜截留时，在截留曲线上所对应该类溶质的最小分子量即为该膜的截留分子量，用MMCO表示。
生物工业下游技术
种人工膜。
液膜的应用研究首先在金属离子的分离、浓缩等方面活跃
起来，而后在冶金、医药、环保、原子能、石油化工、生物技
术领域也蓬勃开展起来。
如在生物医学的应用上，防止用药过度和药物的释出。
在生物分离技术上，如氨基酸、有机酸、抗生素、脂肪
酸、酶等蛋白质、生物活性物质等分离方面的研究都很活跃。
(1)整体液膜：主要用于载体的开发和基础性研究上，如分离机制、传递速度和载体选择性等。 (2)支持液膜：进行工业性应用研究的主要是乳化液膜，其次是支持液膜。 (3 )乳化液膜：膜相通常由烷烃类物质组成，所以有时也称为油相，在油相中还需添加一些表面活性剂以增加膜的稳定性。 乳化液膜系统由三相组成，即膜相、外相和内相。最常见的外相是水溶液。水性的外相中含有乳化小油珠，小油珠中又含有更小的具有特定性质的微水滴，称为内水相。 分离过程： 目标物质（外相）→膜界面→膜相→膜界面（内相）→内相释放 在膜的两侧同时进行萃取和反萃取（或吸附与解吸）的操作。
三、与生物膜的相似性
2
含有表面活性剂的膜溶剂相当于生物膜的
3
类脂体；
1
液膜与生物膜在结构上有许多相似之处。
5
蛋白质载体。
4
而液膜中的流动载体即相当于生物膜中的
第二节 乳化液膜的制备与分离机制
在一强烈的剪切率下，缓慢添加水相(内水相)于一含有表面活性剂的油相中，形成动力学上稳定的油包水(W／O)乳化液，再通过一温和搅拌将油包水乳化液分散于一连续水相(外水相)中，膜相充当了两水相的隔离层，因而内相不含有外相水溶液。
生物工业下游技术
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第一节 概 论
壹
第二节 乳化液膜的制备与分离机制
貳
第三节 载 体
生物工程下游技术
细胞破碎（cell rupture）技术是指利用不同
的方法破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内物 质包括目的产物成分释放出来的技术。
第一节 细胞壁的组成与结构
通常细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗 透压冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主 要来自于细胞壁。
第二节 常用破碎方法
破碎方式 机械法
固体剪切 作用 压榨
–过滤介质: 孔物质； 过滤采用的多
–滤浆: 所处理的悬浮液； –滤液: 通过多孔通道的液体； –滤饼或滤渣 :被截留的固体物质。
3）错 流 过 滤
• 又称切向流过滤（Cross-Flow Filtration） 即液体的流向和滤膜相切。
第三章 细胞破碎
• 微生物代谢产物大多分泌到细胞外，如大 多数小分子代谢物、细茵产生的碱性蛋白 酶、霉菌产生的糖化酶等，称为胞外产物。 但有些目的产物存在于细胞内部、如大多 数酶蛋白、类脂和部分抗生素等，称为胞 内产物。 • 许多基因工程产品都是胞内产物。分离提 取胞内产物时，首先必须将细胞破碎，使 产物得以释放，才能进一步提取。因此细 胞破碎是提取胞内产物的关键步骤。
生物下游技术
一、名词解释1、下游技术：对于自然界生物产生的或微生物菌体发酵的、动植物体培养的或酶反应等各种生物工业产生的生物原料，经提取分离、精制组分，使其产业化的技术。
2、絮凝：向发酵液添加絮凝剂，利用其长链结构及含有与胶粒结合官能团，酵液形成较大絮团，达到去除固体物质和杂蛋白的一种方法。
3、浓差极化：4、双水相萃取：5、吸附色谱：根据固定相对不同物质吸附力的不同而使混合物分离的一种方法。
6、凝胶色谱：以凝胶为固定相，根据各物质分子大小不同而进行分离的色谱技术，也称分子筛色谱、空间排除色谱、尺寸排阻色谱。
7、凝聚：8、超临界萃取：9、反胶团：二、填空题1、生物工业下游技术按生产过程可分为预处理、固液分离提取、精制和成品制作4个过程。
2、膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性不同可分为微滤膜、超滤膜、反渗透膜和纳滤膜。
3、发酵液在预处理时加入黄血盐主要是除去Fe2+。
4、离子交换树脂由和构成。
5、超临界流体的特点是与气体相似的挥发性，与液体有相似的溶解性。
6、生物工业产品的成本、质量、环保，将是生物工业下游技术持久的发展方向和推动力。
7、分配的构成要素有固定相、流动相和溶质。
8、发酵液在预处理时加入硅藻土主要是起助滤的作用。
9、使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度称凝聚值，该值越小凝聚能力越强。
10、发酵液的固液分离常用的分离方有、、、。
11、酵母细胞采用酶溶法破碎时，先加入蛋白酶作用于甘露聚糖—蛋白质结构，使二者溶解，再加入葡聚糖酶作用裸露的葡聚糖层，最后只剩下原生质体这时若缓冲液的变化，则细胞膜破裂，释出胞内物质。
12、肽聚糖是细菌壁的主要化学成分，它是一个大分子复合体，由多糖链、短肽交联而成。
三、判断1、多级逆流萃取的流程特点是：料液走向和萃取剂走向相反，只在最后一级中加入萃取剂。
（√）2、螺旋霉素在酸性条件下呈盐的化学状态存在，易溶于水，因此可以将螺旋霉素反萃取至水相。
（√）3、溶剂萃取时乳化现象的形成是由于发酵液中杂蛋白没除去而形成的。
生物工业下游技术选择题复习要点
第二章发酵液预处理一、选择题1、在发酵液中常加入B，以除去发酵液中的钙离子。
A. 硫酸B. 草酸C. 盐酸D. 硝酸2、在发酵液中加入草酸，其作用是ABCD。
A. 去除钙离子B. 去除部分镁离子C. 改善发酵液的过滤性能D. 有助于目标产物转入液相。
3、在发酵液中加入三聚磷酸钠，它和B形成可溶性络合物，可消除对离子交换的影响。
A. Ca2+B. Mg2+C.Zn2+D. Fe3+4、环丝氨酸的发酵液中，加入磷酸盐的主要目的是去除AD。
A. Ca2+B. Fe3+C. Zn2+D. Mg2+5、在发酵液中加入黄血盐，可去除C，使其形成普鲁士蓝沉淀。
A. Ca2+B. Zn2+C. Fe3+D. Mg2+6、关于阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力，以下说法正确的是ABCD。
A. Al3+＞Fe3+B. H+＞Ca2+＞Mg2+C. K+＞Na+＞Li+D. Fe3+＞H+＞K+7、酵母絮凝的FLO1型只被以下A抑制。
A. 甘露糖B. 葡萄糖C. 麦芽糖D. 蔗糖E. 半乳糖8、酵母絮凝的NEW FLO型只被以下E抑制。
A. 甘露糖B. 葡萄糖C. 麦芽糖D. 蔗糖E. 半乳糖9、发酵液中，细胞絮凝机理有A。
A. 胶体理论B. 高聚物架桥理论C. 双电层理论D. 盐析理论10、在生物产品分离中，C技术可代替或改善离心和过滤方法，富集或除去发酵液中的细胞或细胞碎片。
A. 凝聚B. 双水相萃取C. 絮凝D. 色谱11、下列物质属于絮凝剂的有AC 。
A、明矾B、石灰C、聚丙烯酸类D、硫酸亚铁第三章细胞破碎技术一、选择题1、高压匀浆法提高细胞破碎率的方法有ABC 。
A. 适当地增加压力B. 增加通过匀浆器的次数C. 适当地增加温度D. 提高搅拌器的转速2、下列AB 可采用高压匀浆法进行细胞破碎。
A. 大多数细菌B. 酵母C. 放线菌和霉菌D. 含有亚细胞器（如包涵体）的微生物细胞3、珠磨法提高细胞破碎率的方法有BCD 。
（生物科技行业）生物工业下游技术复习题
（生物科技行业）生物工业下游技术复习题1什么是下游技术？对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术生物工业下游技术的工作领域是什么？物质分离、产品再加工生物工业下游技术的原料特征是什么？1、粗料发酵，质、悬浮物多。
2、分子量及分子结构差异大。
3、易受各种分离操作的影响。
4、原料和发酵操作不稳定，各批次间成分变化大生物制品分离过程可以划分成那几个阶段？各阶段的任务是什么？.1、预处理和固液分离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）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）除去与产物物理化学性质比较接近的杂质4、成品制备获得产品生物制品分离过程的确定应注意哪些问题？1、目的物是胞内物质还是胞外物质2、原料中产物和主要杂质浓度3、产物和主要杂质的物理化学特性差异4、产品的用途和质量标准5、产品的市场价格6、废物的处理方法2平衡分离过程：建立在相平衡关系上的。
利用相的组成差别进行混合物体系的分离。
拟平衡分离过程：混合物体系之外加一个势能场，在它的作用下，形成分离场。
使被分离物在分离场的端面上浓缩，或者在分离场内形成一个稳定的浓度分布。
传递通量：流体在分离场内的传递现象可用经典流体力学中动量（通量）传递、热量（通量）传递和质量（通量）传递规律和作用于分离场的外加势能场来描述。
特异性结合：分子识别是指提取介质与目的物的关系就象钥匙和锁孔的关系。
分离的准确度和精确度都大大提高，这对于低浓度、高附加值的目的物分离意义特别重要。
在下游过程中，如何利用化学过程？1）生成难溶盐或沉淀物的反应2）生成络合物或螯合某些金属离子的反应等3）在医药、食品、化工等行业具有广泛市场的山梨醇和木糖醇可以通过葡萄糖和木糖经金属镍催化加氢工艺（高压）获得。
4）在某些发酵产品或天然物质中，利用有机化学反应生成有特殊用途或更有价值的衍生物等方面的研究也较活跃。
生物工业下游技术 第一章 绪论
生物工程下游技术
胞外产物 胞内产物 发酵液 预处理 加热 细胞分离 过滤 细胞破壁 匀浆法 碎片分离 离心 提取 沉淀 精制 重结晶 成品 制作 浓缩
调pH
絮凝
离心
膜分离
研磨法
酶解法
双水相
膜分离
吸附
萃取 超滤
离子交 换色谱
膜分离
干燥
无菌过滤 成型
结晶
注：产品的收率和质量控制是贯穿下游技术过程的主线
第一代生物技术 无活性的小分子如：酒精、丙酮、丁醇等。 19世纪60年代-20世纪40年代。 发现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业。 开始引入化学工程中近代分离技术，例如： 蒸馏、过滤、精馏等。
第二代生物技术 抗生素如：青霉素、链霉素等;谷氨酸等氨基酸; 核酸;柠檬酸等有机酸;淀粉酶等酶制剂;多糖和 单细胞蛋白。 无菌空气制备技术和大型好氧发酵装臵的开发。 产品的多样性决定了分离方法的多样性。 借鉴和引进吸收了大量的80%近代化学工业的分 离技术。
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第三代生物技术 DNA重组技术及细胞融合技术产生的乙肝疫 苗和干扰素等。 20世纪70年代末发展的。 发现大批生理功能性物质，如活性糖质、活 性肽、高度不饱和脂肪酸等。 加强下游技术领域的研究：活性糖类、活性 蛋白、活性脂类和特殊的复合物质。
20世纪80年代——新技术
各种生化分离方法设计工艺路线。
本 课 程 主 要 内 容
本课程主要介绍生物技术产品的
分离纯化的原理、方法、过程理论及
其应用。主要内容包括：理论基础、
发酵液预处理、细胞破碎法、萃取分
离法、双水相萃取、反胶团萃取、膜
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1.生物分离工程：由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，称为分离工程，也称为下游技术或下游工程。
主要内容包括预处理、提取（初步分离）、精制（高度纯化）、成品制备。
不确定2.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；（3）组分复杂；（4）产物稳定性差（化学微生物降解）；（5）质量要求高（食品或药品）；（6）分批操作，生物变异性大。
3.生物分离过程的选择准则（1）步骤少（2）次序合理（例如盐析、离子交换）（3）产品规格（注射、非注射）（4）生产规模（5）物料组成（6）产品形式（固体适当结晶，液体适当浓缩）（7）产品稳定性（8）物理性质：溶解度、分子电荷、分子大小、功能团、挥发性等（9）危害性（10）废水处理具体：（1）尽可能简单、低耗、高效、快速。
（2）分离步骤尽可能少。
（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。
（6）要掌握的产物物化性质：(A)溶解度及影响因素(温度、pH值、有机溶剂和盐等)；(B)分子量和分子形状(高分子物质)；(C)沸点和蒸汽压(对于热稳定的小分子物质) ；(D)极性大小；(E)分子电荷及影响因素，包括pH值和盐等；(F)功能团(萃取剂和特异性吸附的选择) ；(G)免疫原性,设计亲和色谱；(I)稳定性及其影响因素(温度、pH值、毒性试剂)；(J)等电点pI；7）成品规格（或产品质量标准）（8）物料的组成和性质(A)目的产物的浓度。
高？低？(B)物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质。
(C)目的产物的定位。
是胞内还是胞外？(D)菌种的种类和形态。
(E)微生物的含量和发酵液的黏度。
（9）生产规模（10）分批分离还是连续纯化（11）危害性(A)离心产生的气溶胶、发酵产生的废气、干燥产生的粉尘等。
(B)目的产物本身的危害性：抗肿瘤代谢类药物、类固醇类、抗生素、激素类药物等。
(C)试剂危害：萃取试剂CCl4、甲苯、苯、二甲苯、CNBr。
(D)微生物的危害：重组DNA工程菌不能任意排放。
这一菌种为新的物种，不能排除对生态系统和人的危害。
（12）对环境的考虑1）废水A、除菌过滤和灭菌处理；B、符合BOD的要求；2）废料A、灭菌处理；B、综合利用：动物饲料、饲料添加剂，有机肥料3）废气A、除菌过滤和灭菌处理；B、废气（有机溶剂）回收4）溶剂的回收A、减少环境排放，减少污染；B、循环利用，减低成本4.产品的分离提取工艺考虑因素①产物本身的性质；②胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦废液的处理方法等。
5.发酵液的性质①发酵产物浓度较低；②悬浮物颗粒小，相对密度相差不大；③固体粒子可压缩性大；④液相粘度大，大多为非牛顿型流体；⑤性质不稳定。
有关改善发酵液过滤特性的方法有：调酸，热处理，电解质处理，添加助凝剂，添加表面活性剂，添加反应剂，冷冻解冻及添加助滤剂等。
6.发酵液预处理的目的⑴改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率；⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作方法①物理性质的改善：加热（降低黏度、去除杂蛋白）、加热（降低黏度、去除杂蛋白）、加助滤剂（改善过滤）②杂质的去除：去杂蛋白（等电点、变性剂、吸附）、去多糖（酶解）、去离子（沉淀）7.凝聚是在高价无机盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。
絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。
8.细胞破碎常用方法及优缺点：机械法：有珠磨法、高压匀浆法、超声破碎法等非机械法：有酶溶法、化学法、物理法和干燥法等珠磨法特点：破碎率较高，适合大规模细胞破碎，碎片较小，胞内物质释放完全，温度容易急剧上升，需要良好的降温配套设备，相对与酵母和细菌，珠磨法更适合真菌菌丝和藻类 高压匀浆法特点：破碎率较高，适合大规模细胞破碎，碎片细小，胞内物质释放完全，适合革兰氏阴性菌和酵母的破碎，不适合团状或丝状真菌、革兰氏阳性菌和基因工程菌。
超声破碎法：优点：操作简便，液量损失少，适合实验室规模。
缺点：易引起温度的剧烈上升，在大规模操作中，声能传递和散热困难，产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物质失活。
化学渗透法有如下优缺点：优点：(1)对产物释放具有一定选择性。
(2)细胞外形保持完整，碎片少，浆液粘度低，易于固液分离和进一步提取。
缺点：(1)通用性差，某种试剂只能作用于某些特定类型的细胞。
(2)时间长，效率低，一般胞内物质释放率不超过 50％ 。
(3)有些化学试剂有毒性，在其后的产物提取精制过程中需设法分离除去。
9溶剂萃取(Solvent Extraction)是生物工业中重要的分离提纯方法，它是利用一种溶质组分在两个互不相溶的液相中（料液和萃取剂）分配特性不同来进行分离的过程。
10分配定律: 溶质的分配平衡规律即分配定律是指在一定温度、压力下，溶质分布在两个互不相溶的溶剂里，达到平衡后，它在两相的浓度比为一常数K0（分配系数）。
萃余相浓度萃取相浓度==210C C K 在常温下Ｋ为常数；Ｃ的单位通常用mol/L 或质量单位/mL 。
适用条件：必须是稀溶液；溶质对溶剂的互溶无影响；必须同一种分子类型，即不发生缔合或离解。
11.乳化——是一种液体（分散相）分散在另一种不相混溶的液体（连续相）中的现象。
如水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中。
由蛋白质引起的乳化多为O/W 型。
乳化产生的结果是导致两相分层困难，有夹带现象。
这样可能形成两种形式的乳浊液：水包油（O/W)、油包水（W/O ）。
去乳化——萃取过程中为分离完全必须破坏乳化。
方法：过滤或离心、化学法（加电解质破坏双电层）、物理法（加热、稀释等）、顶转法（加入其他表面活性剂）12带溶剂：指能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中，并且该复合物在一定条件下容易分解。
（带溶剂能提高分配系数）盐析：指一些无机盐加入水相中后可降低产物在水中的溶解度而使其更易于转入有机溶剂相中，另一方面还能减小有机溶剂在水相中的溶解度。
13.良好的溶剂要满足以下几个方面的要求：1)有很大的萃取容量；2)有良好的选择性，理想情况是只萃取产物而不萃取杂质；3)与被萃取的液相互溶度要小，且粘度低，界面张力小或适中，这样有等于相的分散和两相分离；4)溶剂的回收和再生容易；5)化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小；6)经济性好，价廉易得；7)安全性好，闪点高，对人体无毒或毒性低等。
14超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction）作为一种分离过程的开发和应用，是基于一种溶剂对固体和液体的萃取能力和选择性，在超临界状态下较之在常温常压条件下可获得极大的提高。
基本原理：一般物质，液相和气相在常压下成平衡时，两相的物理性质：粘度、密度等相差很显著。
在较高压力下，物理性质差别逐渐缩小，当达到某一温度与压力时，两相差别消失，合并成一相，这是称为临界点，其温度和压力分别称为临界温度和临界压力。
当温度和压力超过临界点时，其性质介于液体和气体之间，超临界流体的密度和液体相近，粘度和气相相近，溶质在其中的扩散速度可为液体的100倍；流体的密度越大，萃取能力也越大，变化温度和压力可改变萃取能力，使对某物质具有选择性。
流体在临界区附近，压力和温度的微小变化，会引起流体的密度大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的溶解度大致上和流体的密度成正比。
超临界流体萃取正是利用了这个特性，形成了新的分离工艺。
其优缺点：可以在接近室温(35～40℃)及CO2气体笼罩下进行提取，有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散。
CO2性质不活泼，属不燃性气体，无味、无臭、无毒、安全性好；价格便宜，纯度高，容易制取，可重复循环使用。
全过程不使用有机溶剂，无毒，无污染。
工艺简单，容易掌握，萃取效率高、能耗少。
15将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过CMC时，表面活性剂就会在水溶液中聚集在一起而开成聚集体，称为正常胶束。
若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过CMC，便会在有机溶剂内形成聚集体，称为反胶束。
表面活性剂：是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极性基团两部分组成的两性分子，可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。
16反胶束萃取蛋白质的基本原理：蛋白质进入反胶束溶液是一种协同过程，即在宏观两相（有机相和水相）界面间的表面活性剂层同邻近的蛋白质发生静电作用而变形，接着在两相界面形成了包含有蛋白质的反胶束，此反胶束扩散进入有机相中，从而实现了蛋白质的萃取。
（蛋白质溶入反胶束溶液的推动力主要包括表面活性剂与蛋白质的静电作用和位阻效应。
）反胶束萃取蛋白质的影响因素：水相pH值，离子强度表面活性剂类型、浓度离子种类。
该法的优点：成本低、溶剂可反复使用；萃取率和反萃取率都很高；有可能解决外源蛋白的降解问题；构成反胶束的表面活性剂往往具有溶解细胞的能力，可直接从整细胞中提取蛋白质和酶。
反胶团的制备：注入法，相转移法，溶解法。
17膜分离的特点①操作在常温下进行；②物理过程，不需加入化学试剂；③不发生相变化（因而能耗较低）；④在很多情况下选择性较高；⑤浓缩和纯化可在一个步骤内完成；⑥设备易放大，可以分批或连续操作。
(1)对称膜：结构与方向无关的膜，孔经可一致，结构可不规则；(2)非对称膜：分离层很薄，较致密，为活性膜，孔径的大小和表皮的性质决定分离特性，厚度决定传递速度，朝向待浓缩液；多孔的支持层只起支撑作用，使膜具有必要的机械强度。
(3)复合膜：选择性膜层(活性膜层)沉积于具有微孔的底膜(支撑层)表面上，表层与底层是不同的材料，膜的性能不仅取决于有选择性的表面薄层而且受微孔支撑层的影响。
18透析：用具有一定孔径大小的、高分子溶质不能透过的亲水膜将溶质溶液与纯水分隔，在浓差的作用下，小分子溶质透向水侧，水透向溶液一侧。
透析膜：孔径5-10nm,实验室中常用透析袋应用：脱盐，血液透析特点：以浓差为推动力，膜透过通量很小，不适于大规模生物分离过程，多在实验室中应用。
19微滤（Microfiltration,MF）以多孔细小薄膜为过滤介质，压力为推动力，使不溶性物质得以分离的操作。