生物工程下游技术知识要点(总复习)
生物下游技术复习资料
生物下游技术复习资料第一章一.生物分离工程的概念：是生物化学工程的一个重要组成部分，指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程，因它处于整个生物产品生产过程的后端，又称为生物工程下游技术。
它描述了生物产品分离、纯化过程的原理、方法和设备。
二.生物分离工程的一般流程包括四步：发酵液的预处理、提取、精制和成品加工。
1.发酵液的预处理：离心和过滤是该步骤最基本的单元操作，凝聚和絮凝可加速固液两相的分离。
2.产物的提取：主要是去除与目标产物性质有很大差异的杂质，使目标产物的纯度和浓度有较大程度的提高，这步可选的操作范围较广，如吸附，萃取，沉淀。
3.产物的精制：用于去除与目标产物有类似化学功能和物理性质的杂质，所选用的操作具有高选择性，但可选用的操作技术有限，首选色谱分离技术，目前这一阶段的单元操作涉及色谱技术有层析、离子交换、亲和色谱、吸附色谱等。
4.成品的加工处理：产品的加工方式是由产物的最终用途和要求所决定的，常用的方法有浓缩、结晶和干燥。
三.生物分离过程的特点：（2010考过，）（一）、生物分离过程的体系特殊1、原料液的特点：1）、原料液体系复杂2）、存在与目标分子结构相近的分子及异构3）、产物浓度很低；4）、产物活性易降低或失活2、对产物的要求1）、要求目标物具有活性；2）、要求产物高纯度；3）、副作用小（二）、生物分离过程的工艺流程特殊1、工艺设计1）、操作条件特殊；2）、多种高选择技术结合使用；3）、优化设计分离过程和各个单元操作；4）、要求设计工艺流程具有一定的适用范围。
2、单元操作1）、单元操作的种类多；2）、同一单元操作可以在不同工艺阶段使用；3）、不同单元操作可以结合使用。
（三）、生物分离过程的成本特殊第二章一. 发酵液预处理的目的1）改变发酵液中固体粒子的物理性质，提高固液分离的效率；2）使产物转入便于后处理的某一相中；3）去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。
生物工程下游技术参考资料
《生物工程下游技术》复习资料一、名词解释1. 凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。
2. 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。
3. 助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。
4. 浸取：也称之为浸出，用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶液中的过程。
5. 超临界流体（SF）：是指某种气体（液体）或气体（液体）混合物在操作压力和温度均高于临界点时，使其密度接近液体，而其扩散系数和黏度均接近气体，其性质介于气体和液体之间的流体。
6. 反胶团：是两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发的向内聚集而成，内含微小水滴的空间尺度仅为纳米级的集合型胶体，是一种自我组织和排列而成的，并具有热力学稳定的有序构造。
7. 浓差极化：浓差极化是指，当水透过膜并截留盐时，在膜表面会形成一个流速非常低的边界层，边界层中的盐浓度比进水本体溶液盐浓度高，这种盐浓度在膜面增加的现象叫做浓差极化。
8. 膜：即死膜，人工合成的无生命的膜，是指分隔两相界面，并以特定形式限制和传递各种化学物质。
9. 超滤：以压力差为推动力，以多孔小薄膜为过滤介质，按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。
10. 软水：利用钠型阳离子交换树脂去除钙、镁离子后的水。
11. 色谱分离：色谱分离也称为色层分离或层析分离，在分析检测中则常称为色谱分析。
它是一种物理的分离方法。
利用多组分混合物中各组分物理化学性质(如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、分配系数等)的差别，使各组分以不同程度分布在固定相和流动相中；当多组分混合物随流动相流动时、由于各组分物理化学性质的差别，而以不同的速率移动，使之分离。
12. 结晶：当溶质从液相中析出时，形成晶形物质的过程称为“结晶”。
13. 干燥：常指借热能使物料中水分(或溶剂)气化，并由惰性气体带走所生成的蒸气的过程。
生物下游技术总结提纲
一、生物产品的特点：1、是产物浓度低的溶液原因：①细胞间接触抑制限制细胞量②产物对细胞有反馈抑制③培养条件限制氧传递2、培养环境组分复杂3、产物稳定性差：①产物易受物化条件影响发生化学降解②产物易受生物酶降解4、由于分批操作，细胞变异性大，使产物批间差异大。
5、产品用于食品与药物，对质量要求高。
二、生物工程下游加工一般工艺流程：1、预处理和固液分离该步对产物浓缩与质量改善不大，可选用操作有限。
①预处理：将悬浮液中与溶液浓度相近的细胞分离出来方法：加热、调pH、絮凝②固液分离：不溶物的去除方法：I、细胞移动：沉降、浮选II、溶液移动：过滤（上压力、下压力、错流过滤）III、离心IV、膜分离（不常用）此外，若目标产物为胞内产物，则需要：①细胞破壁：匀浆法、研磨法、酶解法②碎片分离：离心、双水相、膜分离2、提取（初步分离）该步去除与目标产物性质差异大的杂质，使产物浓度与质量显著提高。
其可选操作范围广：沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶、膜分离3、精制（高度纯化）该步去除与目标产物有类似化学功能和物理性质的杂质。
其可选操作要求对产物有高度选择性：重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离4、成品加工该步采用方法由产品最终用途要求决定，方法：浓缩、干燥、无菌过滤、成型等。
一、悬浮液预处理方法：根据可分离物质的性质选择处理方法：1、对热稳定性好的产品：加热作用：降低黏度，加速聚集以除杂。
要求：温度不宜过高，处理时间不宜过长。
2、利用产品不同的电离度与电荷性质：调节pH方法：加入草酸、无机盐或碱应用：等电点沉淀、膜过滤、絮凝3、根据产品在不同条件下分散状态的差异：凝聚与絮凝①凝聚：加入无机带电离子（如铁盐）中和胶粒电荷、胶体脱稳，胶粒聚集形成凝聚体。
②絮凝：加入天然或合成的大分子量聚电解质（如甲壳素或PAM）将胶粒交联成网形成絮凝团。
4、为防止滤孔阻塞使用惰性助滤剂。
如将硅藻土、石棉等预涂在滤布上或按一定比例与悬浮液混合后进行过滤，使混合颗粒形成格子型滤饼结构，方便清液通过。
生物工程下游知识点总结
生物工程下游知识点总结一.名词解释1.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。
它包括三个方面的内容，即清洁生产工艺（技术）、清洁产品、清洁能源。
2.凝聚作用：向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集的现象。
3.絮凝作用：絮凝剂通过静电引力范德华力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。
当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联接时，就形成了较大的絮团。
4.下游工程（下游技术，下游加工过程，downstream processing）:对于由自然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5.协萃:两种或两种以上的萃取剂同时萃取某一溶质或其它化合物时，萃取性能优于它们各自萃取性能之和的效应。
6.萃取因数:萃取平衡后，溶质在萃取相与萃余相中数量（质量或物质的量）的比值。
（E=DR）7.带溶剂：在纯气体溶剂中，加入被萃取物亲和力强的组分以提高其对被萃取组分的选择性和溶解度的一类物质。
8.离子交换带:溶液的组成和树脂的组成达到平衡时所对应的树脂层的高度。
9.反胶团（reversed micelles）:两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水基团自发地向内聚集而成，内含微小水滴的，空间尺度仅为纳米级的集合性胶体。
10.浓差极化:当溶剂透过膜而溶质留在膜上因而使膜面浓度增大，并高于主体浓度的现象。
（指在分离过程中，料液中的溶剂在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是在膜表面与临近膜面区域浓度越来越高。
在浓度梯度作用下，溶质由膜面向本体溶液扩散，形成边界层，使流体阻力与局部渗透压增加，从而导致溶剂透过量下降。
生物工程下游技术
生物工程下游技术第五章1、目标产物分离基本的两个阶段：产物的初级分离和产物的纯化精制阶段。
（1）初级分离：位于生物反应之后，其任务是分离细胞和培养液，破碎细胞释放产物，溶解包涵体，复原蛋白质，浓缩产物和去除大部分杂物等。
（2）纯化精制：在初级分离的基础上，用各种高选择手段（主要是各种色谱层析）将目标产物和干扰杂物尽可能的分离开，达到产物的高纯度，最后储藏运输和使用产品。
（1）机械破碎（高压匀浆、高速研磨）—离心法提取包含体—加变性剂溶解—除变性剂复性特点：利用了包含体与细胞碎片的密度差，离心法可获得干净的包含体，再对其复性。
这样首先摆脱了大量的杂质，使后面的分离纯化简单了，缺点是需要经过几次离心，加工时间较长（2）机械破碎—膜分离除可溶性蛋白—变性剂溶解包含体—除变性剂复性特点：应用了膜分离技术，用微孔膜除去可溶性蛋白质，但细胞碎片与包含体一起被膜挡住，难以分开，其次膜的堵塞和浓差极化常常导致可溶性蛋白的滞留，优点是封闭式操作，不污染环境也不受污染，能量也消耗少（3）化学破碎（加变性剂）—离心除细胞碎片—除变性剂复性特点：化学法破菌，试剂既可以破菌又可以溶解包含体，这样节约了时间和设备，缺点是所有的可溶性杂质都没有被除去，混杂在产物中间，给后面的分离带来困难。
第六章1、膜分离技术：是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中其他组分从而达到分离目的技术。
优点：1）处理效率高，设备易于放大2)可在室温或低温下操作，适宜于热敏感物质分离浓缩3）化学与机械强度小，减少失活4）无相转变，省能5）有相当好选择性，可在分离、浓缩的同时达到部分纯化目的6）选择合适膜与操作参数，可得到较高回收率7）系统封闭循环，防止外来污染8）不外加化学物，减少了成本，也减少了对环境的污染2、膜的清洗：物理方法和化学方法。
物理方法一般是指用高速水冲洗，海绵球机械擦洗和反洗等，他们的特点是简单易行。
化学清洗通常是用化学清洗剂，如碱、酸、酶表面活性剂、络合剂和氧化剂等。
生物工业下游技术复习共10页
第一章 绪论1．下游技术（工程）：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。
2．发酵液的特点 含水多，产物含量低；含菌体蛋白；溶有原来培养基成分；相当多的副产物和色素；易被杂菌污染或使产物进一步分解；易起泡，粘性物质多。
3．整个下游加工过程应遵循下列四个原则 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），这和传统产品抗生素的生产是一致的。
4．生物工业下游技术大致可分为以下几大类：（1）固液分离技术（2）细胞破碎技术（3）初步分离纯化（超滤技术解决了生物大分子对pH 、热、有机溶剂、金属离子敏感等难题，在生物大分子的分级、浓缩、脱盐等操作中得到了广泛的使用。
）（4）高度分离纯化技术（5）其他新型分离技术（超临界CO2萃取技术在获得天然生物物质方面有着独特的优势。
）5．一般下游加工过程可分为4个阶段：a 培养液（发酵液）的预处理和固液分离；b 初步纯化（提取）；c 高度纯化（精制）；d 成品加工。
6．下游加工过程的一般流程 产品的收得率和质量控制应是贯穿下游技术工艺过程的主线。
7．单元操作 过滤、离心——固液分离；蒸发、蒸馏、结晶——进一步纯化；萃取——浓缩或提取液相中的成分；离子交换、层析、膜技术、超滤；干燥8．清洁生产：清洁生产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。
包括三方面内容：（1）清洁生产工艺（2）清洁产品（3）清洁能源 清洁生产的标准：技术评价、经济评价、环境评价技术上可行，符合环保法规，经济上有赢利性 第二章 下游技术的理论基础分离机理：利用目标产物和杂质之间物理、化学、生物学性质上的差异进行分离。
物性差异越大，作为分离基础的实际利用价值越大。
以物理学过程为基础的分离操作，大致可分为：a 、平衡过程分离：利用相的组成差别进行混合物体系的分离。
生物工程下游技术
动物生物反应器一、概述1、生物反应器：生物反应器是利用生物体所具有的生物功能，在体外或体内通过生化反应或生物自身的代谢获得目标产物的装置系统、细胞、组织器官等等。
2、内容：生物反应器听起来有些陌生，基本原理却相当简单。
胃就是人体内部加工食物的一个复杂生物反应器。
食物在胃里经过各种酶的消化，变成我们能吸收的营养成分。
生物工程上的生物反应器是在体外模拟生物体的功能，设计出来用于生产或检测各种化学品的反应装置。
或者说，生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。
生物反应器（bioreactor）经历了三个发展阶段：细菌基因工程、细胞基因工程、转基因动物生物反应器。
转基因动物生物反应器的出现之所以受到人们极大的关注，是因为它克服了前两者的缺陷，即细胞基因工程产物往往不具备生物活性，必须经过糖基化、羟基化等一系列修饰加工后才能成为有效的药物，而细胞基因工程又因为哺乳动物细胞的培养条件要求相当苛刻、成本太高而限制了规模生产。
另外，转基因动物生物反应器还具有产品质量高、容易提纯的特点。
一般把目的片段在器官或组织中表达的转基因动物叫做动物生物反应器。
几乎任何有生命的器官、组织或其中一部分都可以经过人为驯化为生物反应器。
从生产的角度考虑，生物反应器选择的组织或器官要方便产物的获得，例如乳腺、膀胱、血液等，由此发展了动物乳腺生物反应器、动物血液生物反应器和动物膀胱生物反应器等。
其中，转基因动物乳腺生物反应器的研究最为引人注目。
二、动物生物反应器的介绍1、转基因动物与生物反应器转基因动物是指经人的有意干涉,通过实验手段, 将外源基因导入动物细胞中,稳定地整合到动物基因组中,并能遗传给子代的动物。
Palmiter等(1982)将含有小鼠金属巯蛋白基因启动子的DNA片断与大鼠生长激素基因融合,用微注射的方法导入小鼠受精卵,移植给受体,产下了21 只仔鼠,6 只比同窝仔鼠生长快,10 周龄时体重比同窝正常鼠大 1 倍,成功地获得了超级小鼠。
生物工程下游技术复习
一、名词解释（每题4分，共20分）1、连续培养反应器：不断地往反应器中加入营养物，利用罐中的菌体增殖得到产物，并不断采出。
在良好的控制下，罐内菌体的增殖速度可以与采出速度相同而达到稳态。
2、贴壁培养: 贴壁依赖性细胞在培养中要贴附于壁上才能迅速铺展,开始有丝分裂并迅速进入对数生长期,这种培养方式就叫贴壁培养.多数动物细胞的培养都采取这种方式.3、蛋白质的复性：包含体蛋白质溶解于变性剂溶液中，呈变性状态，所有的氢键、疏水键全部被破坏，疏水侧链完全暴露，但一级结构和共价键不被破坏，当除去变性剂后，一部分蛋白质可以自动折叠成具有活性的正确构型，这一折叠过程称为蛋白质复性。
4、膜污染：物料中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化的现象。
5、排阻色谱又称凝胶色谱或凝胶渗透色谱，是利用被分离物质分子量大小的不同和在填料上渗透程度的不同，以使组分分离。
常用的填料有分子筛、葡聚糖凝胶、微孔聚合物、微孔硅胶或玻璃珠等，可根据载体和试样的性质，选用水或有机溶剂为流动相。
6、分配色谱是利用溶液中被分离物质在两相中分配系数不同，以使组分分离。
其中一相为液体，涂布或使之键合在固体载体上，称固定相；另一相为液体或气体，称流动相。
常用的载体有硅胶、硅藻土、硅镁型吸附剂与纤维素粉等。
7、有效柱长（有效迁移距离，Leff）：溶质从开始迁移至其迁移速度等于流动相速度时，溶质在色谱柱上迁移的距离称为有效迁移距离，也称为有效柱长。
8、吸附等温线：指在一定温度下物质分子在两相界面上进行的吸附过程达到平衡时它们在两相中浓度之间的关系。
9、切向流过滤（错流过滤、交叉流过滤、十字过滤）：就是一种维持恒压下高过滤速度的技术，其原理就是：使悬浮液在过滤介质表面作切向流动，利用液体的剪切作用将介质表面的固体移走，当移走固体与固体沉积速率相同时，过滤速度就保持恒定，控制不同的切向流速度就可以得到不同的过滤速度。
生物的工业下游技术复习
做滤饼过滤，在滤饼过滤中，悬浮液本身形成的滤饼起着主要的过滤作用，适合于固体含量
大于0.1g/100ml的悬浮液的过滤分离。
11、切向流过滤（Cross-Flow Filtration）又称错流过滤：操作特点是使悬浮液在过滤介 质表面作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介质表面的固体（滤饼）移走。恒压、高速
1）多种破碎方法相结合： 化学法、酶法、机械法相结合。
如用溶解酶预处理面包酵母， 然后高压匀浆，95MPa压力下匀浆4次，总破碎率接近100%。 而单独采用高压匀浆法，同样条件下破碎率只有32%。
2）与上游过程相结合 在发酵培养过程中，培养基、生长期、操作参数（如pH、温度、通 气量、 搅拌转速、稀释率等）等因素都对细胞壁膜的结构与组成有一定的影响。细胞的破碎 与上游培养过程有关。
a、平衡过程分离：利用相的组成差别进行混合物体系的分离。
b、 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。
c、非平衡分离操作：利用物质移动速度差和广义的、基于“屏蔽效应”的分离操作。
分子识别：酶和底物的专一性结合。钥匙和锁的关系。
6、固液分离的方法： 重力沉降、浮选、旋液分离 、过滤、离心
7、作业第三题
碟片式离心 机是传统离心 机， 为目 前工业 上应用 最广泛的 离心机。分离 因数可达1000-20000，最大处理量达到300m3/h，常用于大规模的分离过程。 适用范围：细菌、酵母菌、放线菌、 细胞碎片
GF型（分离型），用于分离各种乳浊液,特别适用于二相相对密度差甚微的液一液分离以及含 有少量杂质的液一液一固分离。
生物工程下游技术 重点
一、绪论1.生物下游加工过程的几个阶段：①预处理和固液分离；主要技术：过滤和离心②提取（初步分离）；目的：除去与产物性质差异较大的杂质，为后道精制工序创造有利条件；技术：盐析法、有机溶剂沉淀、化学沉淀、大孔吸附树剂、膜分离技术③精制（高度纯化）；目的：除去与产物性质差异较小的杂质；技术：色谱分离技术、结晶、重结晶④成品制作；喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥，冷冻干燥，结晶2.评价分离效果的重要参数浓缩率（m）；回收率；纯度二、发酵液预处理和固液分离名解：凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。
絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。
1.改变发酵液过滤特征的方法物理化学方法：调酸（等电点）、热处理、电解质处理、添加絮凝剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻—解冻、添加助滤剂（——降低液体粘度（加热法、加水稀释法），调整PH，凝聚与絮凝，加入助滤剂，加入反应剂）2.发酵液的相对纯化⑴高价无机离子的除去方法①Ca2+—草酸、草酸钠，形成草酸钙沉淀（回收草酸）②Mg2+—三聚磷酸钠，形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物③Fe2+—黄血盐，普鲁士兰沉淀⑵杂蛋白的去除方法①沉淀法：酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。
②变性法：加热；大幅度调节PH值；加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。
③吸附法：吸附剂或沉淀剂吸附除去杂蛋白—活性炭、硅胶、氧化铝3．常用固液分离的方法⑴离心：在液相非均一系统中，利用离心力达到液－液、液－固、液－液－固分离的方法，统称为离心分离。
离心机种类：碟片式离心机、管式离心机、倾析式离心机⑵过滤：根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
过滤机种类：板框压滤机、真空转鼓过滤机、硅藻土过滤机三、细细胞破碎的主要方法和适用对象，了解基本机理。
（见P65图）细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。
生物工程与下游技术知识点整理
生物工程与下游技术知识点整理第十三章β内酰胺类抗生素1、（掌握青霉素的性质并分析流程，会设计提取分离纯化的流程）青霉素的理化性质（1）酸碱性：有一个酸性基团；解离常数pK值为 2.7；（2）溶解度：青霉素是有机酸，易溶于醇，酸，醚，酯；氯仿是多种青霉素游离酸的很好溶剂；在水中溶解度很小，迅速丧失抗菌能力；青霉素的金属盐易溶于水；易溶于低级醇；略溶于乙醇，丁醇，酮类，醋酸乙酯；含有少量水分时，溶解度大大增加；不溶于乙醚，氯仿，醋酸戊酯；青霉素的分离纯化工艺（工业钾盐生产工艺流程）课本277页发酵液，冷到10℃下，1/3体积中性过滤，板框压滤或鼓式过滤，10％硫酸调pH5，加PPB溶液（十五烷基溴化吡啶，絮凝剂），板框过滤或鼓式过滤，冲水量20－30％；滤洗液；加1/3BA（醋酸丁酯），加PPB，10％硫酸调pH2－2.5，逆流萃取；得一次丁酯萃取液；加0.3％活性炭搅拌10min，压滤，－10℃冷冻脱水，水分在0.9%以下，过滤得BA清液；加温到15℃，加醋酸钾－乙醇溶液适当搅拌，结晶后静置1h以下，甩滤，得湿晶体；湿晶体放洗涤罐，丁醇（4－6L/10亿）洗涤，乙酸乙酯（2L/10亿）顶洗，挖出粉子真空干燥；得青霉素G钾盐成品；2、头孢菌素C（1）头孢菌素C性质：为两性化合物，C为氨基酸，水溶性很大，稳定性差；大孔网状吸附剂从发酵液中初步分离头C，离子交换法纯化，络盐沉淀法结晶；（2）分离纯化工艺流程头C发酵液，硫酸酸化，板框过滤，得头C滤液；大孔网状吸附剂吸附，得饱和树脂；丙酮水溶液解吸，得一次头C解吸液；阴离子树脂吸附，醋酸钠解吸；加醋酸锌，得头C锌络盐结晶；板框过滤，得头C锌盐湿品；气流干燥，得头C锌盐成品；（3）头C分离纯化工艺要点A、发酵液预处理发酵液冷到15℃以下，硫酸酸化到pH2.5－3，放置一段时间；板框或真空鼓式过滤机过滤，并用水顶洗滤渣；收集，合并滤液，洗液，低温10℃保存；B、大孔网状吸附剂的吸附和解吸头C最适吸附pH2.5－3，XAD4的吸附容量为15－20g/L；2－4倍体积去离子水洗涤，除去硫酸根等阴离子，以免干扰离子交换树脂的纯化；15－25％乙醇，丙酮，或异丙醇水溶液来解吸。
下游复习资料
第一章绪论1 生物工程下游技术概念：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。
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。
2 主要内容包括：固液分离法、细胞破碎法、萃取分离法、双水相萃取、超临界萃取法、离子交换法、膜分离法、层析分离法、结晶法等等。
3 一般步骤与单元操作：固液分离：絮凝，离心，过滤细胞破碎技术：机械破碎（球磨、高压匀浆），化学破碎（溶菌酶）等初步分离：用一定的手段将大体积、浓度小的物料显著缩小体积并提高纯度。
方法：沉淀（盐析法、有机溶剂沉淀、等电点、沉淀剂），吸附，膜分离技术精制：利用各种方法将具有一定纯度的生物产品进一步纯化至高纯度状态。
方法：各种层析技术，离子交换成品制成：浓缩，结晶，干燥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③避免相同原理的分离技术多次重复出现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5.下游加工过程的特点①需要实现目标产物的快速分离纯化②需要对原料液进行高度浓缩③需要借助新型的分离技术④需要除去有害人类健康的物质⑤需要采用利于保持目标产物产品质量的操作条件第二章发酵液的预处理和固液分离1. 发酵液的预处理方法：①加热法②调节ph③凝聚和絮凝2凝聚：在凝聚剂(如铝盐、铁盐、石灰等)作用下, 胶体脱稳并使粒子相互聚集成１mm大小凝聚体的过程。
机理：A、中和粒子表面电荷B、消除双电层结构常用凝聚剂：硫酸铝Al2(SO4)3•18H2O（明矾）；氯化铝AlCl3•6H2O；三氯化铁FeCl3；硫酸亚铁FeSO4·7H2O ；石灰；ZnSO4；MgCO3絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程机理：架桥作用常用絮凝剂：人工合成有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯酸类和聚苯乙烯类衍生物。
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。
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第三章 发酵液预处理与固液分离1.加水稀释法 （稀释后要过滤速率提高的百分比要大于加水量）1.降低液体黏度2.加热法2.调整PH （如利用蛋白质的等电点）3.凝聚：在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。
过滤特性改变 凝聚值越小，凝聚能力就越强絮凝：在有些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。
混凝：包括上述两种法。
4.加入助滤剂 （最常见的是硅藻土）5.加入反应剂1. Ca 2+ : 加草酸钠除杂 Mg 2+ :加三聚磷酸钠C a 2+ ：加黄血盐1.沉淀法2.杂蛋白的除去： 2.变性法 （有加热法，调PH ，加酒精，丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。
）3.吸附法 (加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白而除去)1.离心 公式：Q=v ω2Zg d v L S •-=μρρ18)(2 固液分离手段 θπctg r r gn Z )(323132-=2.过滤 （1）板框过滤机 （适合固体含量在１％—１０％的悬浮液的分离）（２）真空转鼓过滤机 （适合固体含量大于１０％） （３）硅藻土过滤机 （适合固体含量小于０．１％）第五章细胞破壁细胞破壁１．破壁法：（１）珠磨法原理：进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃小珠，英砂，氧化铝等研磨剂一起快速搅拌或研磨，研磨剂，珠子与细胞之间的互相剪切，碰撞，使细胞破碎。
（2 ）高压匀浆法原理：利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎。
是大规模细胞破碎的常用法。
（3）超声破碎法（适合实验室用）（4 ）酶溶法1 .外加酶法2. 自溶法（1）加热法（2）干燥法（5）化学渗透法2.破碎率的测定（1）直接测定法破碎前利用显微镜计数器直接计数破碎后用染色的法把破碎的细胞与未受损的细胞分开。
即可直接计算破碎率。
（2）目的产物测定法通过测定破碎液中目的产物的释放量来估算破碎率。
（3）导电率测定法根据导电率随着破碎率的增加而呈线性增加第五章．溶剂萃取与浸取一、溶剂萃取过程的理论基础：——是把目标物质从第一个液相中依靠更强大的溶解力抽提到第二个液相中。
如把水相中的醋酸抽提到醋乙酯中。
1．萃取溶剂的选择根据萃取目标产物的介电常数，寻找极性相接近的溶剂为萃取溶剂。
好的溶剂应满足以下要求：①萃取容量大，单位体积萃取溶剂能萃取大量产物；②选择性好，只萃取产物而不萃取杂物；③有利于相的分散和两相分离，与被萃取相互溶度小，且粘度小，界面传力小④易回收和再生；⑤化学致定性好，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，对人体无毒或低毒。
二．分配定律和分离因数1）分离因数若原来料液中除溶质A以外，还有溶质B，则萃取剂对溶质A、B的分离能力可用分离因数（B）来表征：平衡后：1萃取液，2萃余液B=（c1A/c1B）/(c2A/c2B)=(c1A/c2A)/(c1B/c2B)=k A/k B若A为产物，B为杂质B=k产/k杂B越偏离于1，产物与杂质越容易分离。
三、水相条件对萃取的影响1）PH值k表观分配系数产物的稳定性选择性B= k产/k杂2）温度产物稳定性k3）盐析——无机盐类（硫酸铵、氯化钠等）一般可降低产物在水中的溶解度而使其更易转入有机溶剂相中，另一面还能减小有机溶剂在水相的溶解度。
如提取V B12时，加入（NHa）2so4可促其自水转到有机相。
但盐的用量要适宜，防止促杂质一起转至有机相，还要考试成本，必要时可回收。
4）带溶剂——能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机相中，且该复合物在一定条件下又容易分解。
四、乳化和去乳化1、乳化1）乳化——一种液体（分散相）分散在另一种不相混溶的液（连续相）体中的现象。
有两种形式：水包油O/W、W/O。
在乳浊液中，界面积大，物系的自由能大，故为热力学不稳定系统，时间一长，乳浊液会自行破坏。
2）稳定的措施：加入表面活性剂，降低表面传力。
影响稳定的因素：①表面活性剂在界面上形成的保护膜的情况。
②液滴是否带电（带电、同性互斥，稳）③介质的粘度（粘大，不易聚集，稳）3）乳化给萃取带来的不良影响有机相与水相分层困难，出现两种夹带水相中夹有有机相→产物的丢失有机相中夹有水相→后续精制困难2、破乳化工业生产中，自量物系中的一些物质会成为表面活性剂，使乳化液较稳定。
如在发酵液中，蛋白质就成为表面活性剂，且多形成O/W乳化液。
破乳法：①过滤或离心分离②物理法（加电解质中和离子型乳浊液的电荷）③物理法（加热、稀释、吸附等）④顶替法：加入表面活性更大，但因其碳链较短难以形成坚固的保护膜的物质，取代界面上的乳化剂。
⑤转型法：向O/W中加入亲油性乳化剂，有转化成W/O倾向，又不稳定，而破乳。
第二节浸取一、浸取过程1．过程浸取过程系指出溶媒进入细胞组织溶解、浸取目的产物后，变成浸取液的全部过程。
1）浸油：材料与浸取溶剂混合时，溶剂首先附着于材料表面使之润湿，然后通过毛细管和细胞间隙进入细胞组织中。
2）溶解：溶剂进入组织后，溶解可溶性成分。
3）扩散：溶剂溶解目的产物后，具有较高的浓度，故即形成扩散点，不停地向围扩散，这是浸取的动力。
4）置换：浸取的关键在于保持最大的浓度梯度。
用浸取溶剂随时置换材料围的浓浸取液，是掌握浸出过程和设计浸出器械的关键问题。
二、溶剂的选择1）原则：“相似相溶”原理。
2）良好溶剂要求：①对目的产物的分配系数K D大且对目的物质的选择性高。
②价廉、无毒，无腐蚀性，闪点高，无爆炸性，易于除去和回收。
3）产物用途限制：食品（无毒，不能致癌）。
3、增溶作用用酶或酸碱催化生物大分子发生水解反应或促使大分子溶解，使原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的生物物质转变。
某些场合下，这些反应不能进行过度。
如浸取或胶物质时，过度降解会降低胶体物质的成胶能力。
4、固体原料预处理1）恰当地粉碎原料：以缩短固体或细胞部溶质分子向其表面扩散的距离。
过细：粉碎能耗上升有害物质的过度溶出过滤与分离困难固体床层被压实，不利于溶剂渗透和溶质的扩散2）有机溶剂浸取前，对含水物料进行干燥，否则影响浸润过程。
第六章超临界流体第一节超临界流体一、临界点横坐标为温度，纵坐标为压力，100—1200的直线为等密度线。
固相与液相的界线。
介线：固相与气相的界线。
沸腾线：液相与气相界线三重点(Tri-Point)：熔融线、升华线、沸腾线；相交点、临界点：二条互相垂直的虚线的交点，其概念可用临界温度和临界压力来解释。
1、临界温度——是指高于此温度时，无论加压多大也不能使气体液化。
所以沸腾线从三重点到临界温度至。
2、临界压力——是指在临界温度，液化气体所需的压力。
3、临界点：临界温度与临界压力相交所构成的点。
二、超临界流体1、定义：是相图中，状态高于临界温度和临界压力的流体。
（即虚线构出的右上角长形区）。
2、特点：在临界点的附近，密度线聚集于临界点围，压力或温度的小围变化，就会引起co 2密度的大幅度变化。
第二节 超临界萃取的原理1、定义2、图6-1（a ）癸酸熔点31℃，沸点269℃，常温下呈固态。
至-196℃，且抽真空。
（b ）升温至19.5℃，真空不再，因为固体升华成气态，产生压力（3×10-6mn/g ）由pv=nRT ，可算出癸酸向真空中的溶解度（浓度）为3×10-6g/L 。
（c ） 用乙炔[Tc=283k,Pc=50atm]做为超临界（T=292.5,p=82atm ）萃取溶剂，此时乙炔密度为0.3g/nl ，接近于液体密度，溶解度为7g/l ，与（b ）比增加了1亿倍。
（d ）压力温度与（c ）同，与（c ）不同的是用N2代替了乙炔。
由于T=292.5k 距Tc=126k 较远，等温线较陡，Pr=25.3382 ，对应的密度很小，0.06g/ml ，其溶解复与（b ）相近。
说明了：①并非所有超临界流体溶剂在同TP 下具有相同的溶解复。
②溶质在超临界流体中的溶解度，与其密度有关。
P 越大，溶解越大，P 越小，溶解越小。
3、原理：由超临界流体的特点相知：在临界点附近（即工作区里），P 上升或T 下降则溶剂的P 大幅度增加，对溶质溶解度大幅度增加，有利于溶质的萃取；而P 下降或T 上升，则溶剂的P 大幅度减小，对溶质的溶解度将大幅度减小，有利于溶质的分离和溶剂的回收。
前面我们从能量的角度，分析过溶解过程。
溶剂与溶质间的分子作用力强，则溶解得好，此时作用力的大小，与溶剂的分子数量/单位体积，即密度有关，P 大，溶解度大。
1、定义：超临界萃取是将超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取液。
第三节 超临界co 2萃取一、SC-Co2萃取1）纵坐标为相对含量，横坐标是混合参数（挥发性、分子量、极性、化学物性等构成。
）从左→右依次为香精油组分、萜烯类、游离脂肪酸、脂肪、蜡、树脂、色素等。
①水蒸气蒸馏法：获得香精油部分（萃取物）②良好的非极性溶剂（甲叉氯）：少高聚物乘余（萃余物）③SC-co2萃取与压力、温度有关，3Ompa60℃(pB30g/△)与甲叉氯相似。
（萃取多，可用其萃余物），p 下降、p 下降、溶解度下降，分离线左移，也可获得水蒸汽蒸馏的产品（取其萃取物）。
2）全萃取物色较深，可通过改变P or T ，改变co2萃取能力，来改变萃取物的色度。
30mpa co2萃酒花制品绿色，14mpa 为黄色。
二、超临界co 2（简称SC-co 2）萃取的优点表6-1为一些超临界萃取溶剂的临界点性质，其中co2在工业上应用广泛。
SC-co2优点：①无毒、无腐蚀性、不可燃烧，纯度高且价格低廉。
②粘度低SC-co2的粘度是通常有机溶剂粘度的几十分之一，paspas 3100.32.031009.003.0-⨯--⨯-扩散系数大（溶质在SC-co2中扩散系数比通常液体中高出50-100倍）传质性能良好，使萃取能在相对较短的时间完成。
③Pc 和Tc 相对较低，适合于处理某些热敏性生物制品和天然物产品；④适合于得到萃取物的目的，也适合于获得萃取后的余留物质的场合。
三、拖带剂作用拖带剂——能增加物质的溶解度和萃取选择性的辅助溶剂。
如：co2添加14%丙酮后，甘油酯的溶解度增加了22倍。
纯co2几乎不能从咖啡中萃取咖啡因，但加湿（水）的SC-co2因为有极性的H2co3，在一定条件下，能选择地溶解萃取极性咖啡因。
第五节 SC-co2萃取流程1、萃取工段十分离工段（溶质和co2分离）1）图6-9中，（A ）等温条件下，萃取相，PV 、膨胀、溶质分离。
co 2经压缩后再加至萃取槽。
2）（B ）为等压条件下，萃取相、升温，溶质分离。
co 2经压缩后再加至萃取槽。
3）（C ）为萃取相中的溶质由分离槽中的吸附吸附，co 2再回到萃取槽中。
第七章．双水相萃取技术萃取是最常用的一种液液分离法，普通的有机溶剂萃取法由于以下原因难于应用于蛋白质分离：1。