生物工程下游技术知识要点(总复习)

合集下载

生物工程下游技术思考题答案

⽣物⼯程下游技术思考题答案

⼀．绪论

1、从某⼀动物培养的细胞中分离某⼀抗体(⼀蛋⽩的代表）的⼀般⼯艺过程。答：⽣物⼯程下游技术的⼀般⼯艺过程（p12）

2、分离纯化某⼀酶制剂的主要步骤和结果如下表：

（

（2）亲和层析的原理是什么？

3、产品的分离提取⼯艺应考虑那些因素？

答：⽣物分离过纯化过程的选择准则（P16）

①步聚少，成本低②次序合理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物性溶解度，分⼦电荷，分⼦⼤⼩，功能团，稳定性，挥发性⑨危害性⑩废⽔处理

第⼆章发酵液预处理

1．沉降速度离⼼的原理。（p15）

答：沉降速度法：主要⽤于分离沉降系数不同的物质。

2．沉降平衡离⼼的原理。（p15）

答：沉降平衡法：⽤于分离密度不同的物质。如梯度密度离⼼。

3．差速离⼼的概念。（p15）

答：采⽤不同的转速将沉降系数不同的物质分开的⽅法。

4． rpm与RCF的换算关系。

5.已知某⼀离⼼机的转⼦半径为25cm，转速为1200r/min，计算相对离⼼⼒为多⼤？

第三章细胞破碎

1除去发酵液杂蛋⽩质的常⽤⽅法有那些？

答：杂蛋⽩质的除去（p6）

(1) 沉淀法：蛋⽩质是两性物质，在酸性溶液中，能与⼀些阴离⼦（三氯⼄酸盐、⽔扬酸盐）形成沉淀；在碱性溶液中，能与⼀些阳离⼦（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。

(2) 变性法：使蛋⽩质变性的⽅法很多，如：加热，调节pH，有机溶剂，表⾯活性剂等。其中最常⽤的是加热法。

(3) 吸附法：加⼊某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋⽩质⽽除去。

生物工程下游技术

⽣物⼯程下游技术

⽣物⼯程下游技术⽣物⼯程下游技术的定义

指从动植物与微⽣物的有机体或器官、⽣物⼯程产物（发酵液、培养液）及其⽣物化学产品中提取、分离、纯化有⽤物质的技术过程。

实质：是研究如何从混合物中把⼀种或⼏种物质分离出来的科学技术。

1.⽣化⼯程分离技术

预处理

结晶⼲燥

离⼼法：离⼼过滤、离⼼沉降、超离⼼

萃取法：有机溶剂、双⽔相、液膜、反胶团、超临界

层析法：凝胶过滤层析、反相层析、亲和、疏⽔相互作⽤、聚焦、离⼦交换

膜分离：微滤、超滤、

反渗透、透析、电渗透

2.⽣物物质常⽤的分离技术

氨基酸：结晶和离⼦交换法

蛋⽩质和多肽：离⼦交换层析、电泳

糖类：吸附层析

脂质：有机溶剂萃取、超临界流体萃取和层析

抗⽣素：有机溶剂萃取、离⼦交换、结晶和吸附层析

3. ⽣物分离⽅法的选择与评价

原则：

步聚少，次序合理，产品规格（注射，⾮注射），⽣产规模，物料组成，产品形式，产品稳定性，危害性，物性：溶解度、电荷、分⼦⼤⼩、功能团、稳定性、挥发性，废⽔处理

4.浓缩率：浓缩程度⼀般⽤浓缩率(concentration factor)表达，是⼀个以浓缩为⽬的的分离过程的最重要指标。浓缩率为

m，mt=mx则⽬标产物未得到任何程度的分离纯化。

5.分离因⼦：分离因⼦⼜称分离系数。产品中⽬标产物浓度越⾼，杂质浓度越低，则分离因⼦越⼤，分离效率越⾼。

6. 回收率：⽆论是以浓缩还是以分离为⽬的操作过程，⽬标产物均应以较⼤的⽐例回收, 回收率R：

⽣物分离操作多为间歇过程（分批操作），若原料液和产品溶液的体积分别为VC和VP。

1 ⽣物产品与普通化⼯产品分离过程有何不同？

生物工程下游技术

复性
基因工程制品分离纯化的一般流程
产物提纯过程包括两个基本阶段：
• 初级分离：分离细胞和培养液，破碎细
胞释放产物，溶解包含体（包涵体），复原蛋白质，浓缩产物，去除大部分杂质等过程。主要决定产物的得率。
• 纯化精制：初级分离基础上，用各种高
选择性手段，主要是各种层析技术，将目标产物和干扰杂质尽可能分开，使产物的纯度达到有关要求。主要决定产物的纯度。
d. 对于含有半胱氨酸的蛋白，在增溶时应加入还原剂（如DTT、GSH、β-ME）打开蛋白质中所有二硫键，对于没有二硫键的目标蛋白有时也应使用还原剂，因为含二硫键的杂蛋白会影响包涵体的溶解。 e. 同时还应加入金属螯合剂，如EDTA或 EGTA，用来螯合Cu2+、Fe3+等金属离子以防止其与还原状态的巯基发生氧化反应。
第一节概述 • 产物提纯过程的不同决定于：
对象材料、目标产物特性及对其纯度的要求
基因工程生物制品分离纯化:
分离纯化极其重要
工程菌经过大规模培养后，产生的有效成分含量很低，杂质含量却很高
基因工程药物从转化细胞、生产，对产品的纯度要求高于传统产品。
发酵液细胞分离胞内产物细胞破碎固液分离包涵体变性细胞碎片分离浓缩初步分离高度纯化制剂产品胞外产物
包含体的分离及溶解 ① 分离包含体：对培养收集的细胞进行破碎

生物分离工程复习笔记

生物分离工程

内容：

1.生物分离工程概念、特点、操作流程等；

2.生物分离中常用到的分离操作方法，其概念、原理、特征、适用对象、注意事项、优缺点、使用实例等；

3.常用方法的比较；

基本知识点（一）

一．生物分离工程概述1，生物分离工程（P1）

生物分离工程是指从发酵液、反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。它描述了生物产品分离、纯化过程的原理、方法和设备，又称为生物工程下游技术。

特征：应用面广;种类繁多，结构功能复杂，生物活性各异;目的产物在初始物料中的含量低;原料中目标产物浓度越低，所需能耗越高，分离过程成本越大;始物料成分复杂,常需多个步骤,产品总收率低;易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感；产品的质量要求高，尤其是药品等

2.传统生化产品和基因工程产品在提取和精制上的差异（P1）（了解）

1）传统生化产品都为小分子(工业用酶除外，但它们对纯度要求不高、提取方法较简单)．其理化性能(如平衡关系等)数据都为已知，因此放大比较有根据；基因工程产品大多为大分子，必要数据缺乏，放大多凭经验。

2）由于第一代基因工程产品都以E.coli作为宿主，表达产品处于胞内，提取前需将细胞破碎，细胞内物质释放出来，给提取增加了很多困难；而发酵液中的产物，浓度较低，杂质又多，且一般大分子较小分子不稳定(易失活，如对剪切力)，故提取较困难。

3）大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋白的分离，由于蛋白

质都内氨基酸所构成，所以性质相似，分离主要依靠高分辨力的精制方法，如色谱分离等。

生物工业下游技术

生物工程下游技术:（广义）生物工程下游技术是指从工程菌或工程细胞的大规模培养直到产品的分离纯化、质量监测所需要的系列单元操作技术。（狭义）生物工程下游技术是指从各种生物活性物质中分离纯化得到目的产物的系列单元操作技术。凝聚作用是指在某些电解质作用下，使扩散双电层的排斥电位或ξ电位降低，破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程。絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大絮凝团的过程。絮凝剂具有长链线状结构，易溶于水，在长的链节上含有相当多的活性功能团。根据电性不同，可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三类。絮凝剂的功能团吸附在胶粒表面上，且一个高分子聚合物的不同链节可吸附在不同颗粒的表面上，产生架桥联接。S,沉降系数：单位离心加速度下的沉降速度。沉降系数和物质的相对分子质量相关。细胞破碎，即利用物理、化学和酶等方法破坏细胞壁或细胞膜使胞内产物获得最大程度的释放. 通常细胞壁较坚韧，细胞膜强度较差，因此破碎的阻力主要来自于细胞壁。机械破碎:机械破碎处理量大、破碎效率高、速度快，是工业规模细胞破碎的主要手段。与传统的机械破碎设备的操作原理相同，主要基于对物料的挤压和剪切作用。包含体:外源基因在宿主中的表达产物不能分泌到细胞外，而是在细胞内形成没有活性的固体颗粒。包含体主要由蛋白质构成，其中大部分是基因表达产物（其产物的一级结构是正确的，但立体结构是错误的），此外还含有微量的质粒、rRNA和RNA聚合酶，包含体颗粒直径约0．1～3．0μm，随表达产物而异。一般认为包含体的形成是部分折叠中间态之间疏水性相互作用的结果，主要原因是表达产物周围的物理环境不适或缺少某些折叠协助因子的作用。截留分子量：指在常温和规定的压力差下，当超滤膜对某一分子量物质的截留率不少于90%时，该分子量为截留分子量。较好的膜应有陡直的截断曲线，可使不同相对分子质量的溶质完全分离。水通量: 指单位时间内单位面积的膜所透过的水量。水通量随膜的截留相对分子质量或膜孔径的增大而增大。膜材料的种类对水通量的影响显著，不同厂商生产的膜水通量的差别很大。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。常见的膜组件:管式膜组件,(毛细管)中空纤维式,螺旋卷式,平板式.浓差极化: 膜分离操作中，不能完全透过膜的溶质因受到截流作用使膜表面附近溶质浓度升高

生物下游技术

提取
（加热、调pH、絮凝）
.
精制
细胞分离（过滤、离心分离、膜分离) 细胞破碎（匀浆、研磨、酶解）细胞碎片分离
胞内产物胞外产物
（离心分离、双水相萃取、膜分离）
初步纯化（沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶）
高度纯化（重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）成品加工（浓缩、无菌过滤、干燥、成型）
5
三、解决下游加工难的方向

从上游着手：菌种选育传统分离技术的提高和完善新分离过程与技术的研究、开发和应用
2011-3-26
6
四、生物技术下游加工过程流程和单元操作
1. 一般下游加工过程可分为4个阶段
发酵液预处理和固液分离
采用凝聚和絮凝等技术加速固、液分离；如产物在细胞内，还要进行细胞破碎
2011-3-26 4
3. 所需目的产物稳定性低
对热、酸、碱、有机试剂、酶以及机械剪切等均敏感，
易失活或分解。
4. 代价昂贵，产品回收率不高，损耗大
如：抗生素、乙醇、柠檬酸的纯化费用占整个工程费用的60%；纯化蛋白质占总费用的80~90%
5. 生物安全问题：热原质、色素、毒性物质
2011-3-26

2011-3-26
23
杂蛋白质的去除方法

絮凝法
见p15幻灯。

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。溶剂向膜面流动引起溶质向膜面的流动，这种流动如果与浓度梯度所驱动的溶质向本体溶液扩散的速度平衡时，在膜面附近就形成一个稳定的浓度梯度区，这一区域就称为浓度极化边界层，这一现象称为浓差极化。浓差极化是一个可逆的过程。）

生物工程下游技术知识要点(总复习).pdf

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：包括上述两种方法。

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 ω2Z

g d v L S •−=μ

ρρ18)

固液分离手段 θπctg r r g

n Z )(323

132−=

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．破壁方法：（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，石英砂，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方法。

（3）超声破碎法（适合实验室用）

生物工程下游技术复习题及解答

、名词解释

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、菌体比生长速率(卩)：单位浓度菌体在一定条件下引起的反应速率，其值反映了培养菌体增长的能力，受菌株及各种物理化学环境的影响.表示为□二dx/x.dt

3、得率系数：两种物质得失之间的计量比。Yx/s,Yp/s

4、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.

5、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。

6、浓差极化：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。溶剂向膜面流动引起溶质向膜面的流动，这种流动如果与浓度梯度所驱动的溶质向本体溶液扩散的速度平衡时，在膜面附近就形成一个稳定的浓度梯度区，这一区域就称为浓度极化边界层，这一现象称为浓差极化。浓差极化是一个可逆的过程；

7、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。

生物工程下游技术

课程名称：生物工程下游技术课程代码：6705

第一部分课程性质与目标

一、课程性质与特点

生物工程下游技术这门课程适合于理工科专业生物工程专业进行学习。本课程的内容更多的涉及到工业应用。下游技术是关于由生物界自然产生的生物体或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应、微生物转化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，也称为下游工程或下游加工过程，是生物技术产品产业化的必经之路。目前所指的下游技术大多数属于〝物质分离〞范畴。要紧研究的是物质分离的方法原理及相关的仪器设备。生物工程下游技术这门课程涉及到物理，化学，生物化学，发酵工程，生物工程与设备等多门学科。

二、课程目标与差不多要求

通过学习生物工程下游技术这门课程应把握以下差不多知识点：

1.生物工程下游技术的研究对象和进展历程

2.下游技术的理论基础

3.发酵液预处理，微生物细胞破裂方法和设备

4.溶剂萃取和浸取，超临界流体萃取，双水相萃取，反胶团萃取，膜分离过程，液膜分离，离子交换法，色谱法等要紧分离单元操作技术及分离过程的特点，工艺设计与设备选型通过学习了解各种分离方法的原理，适用范畴，熟悉常用分离设备的操作，在实际应用中能够选择合适的分离方法对仪器进行操作达到分离的目的。通过学习，具备对生物产品的分离、纯化技术的应用能力，及对生物物质提纯最正确方案的设计能力。

三、与本专业其他课程的关系

本课程的内容更多的涉及到工业应用。下游技术对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。在生物工程专业课程的学习中，是一门将生物工程上游技术应用到实际生产中所需要借助的手段。

生物的工业下游技术复习

7、分配系数K=萃取相浓度/萃余相浓度
8、B（分离因数=K产/K杂）越大，A、B的分离效果越好，即产物与杂质越容易分离。
9、水相条件的影响：（1）pH值（2）温度（3）盐析（4）带溶剂能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中，提高分配系数。复合物又要容易分解。
10、工业上萃取操作三步骤：混合、分离、溶剂回收
离的固形物含量<1%发酵液的分离
倾析式分离机是一种靠离心力和螺旋的推动力作用自动连续排渣的离心机。具操作连续、适
应性强、结构紧凑和维修方便的优点。分离因数为1500-3000。
适用范围：特别适合固形物含量较多的悬浮液的分离。因分离因数较低，不适合细菌、酵母
等微小微生物悬浮液的分离。
板框过滤机：广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。
真空转鼓过滤机：真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、处理量大。特别适合固体含量大（>10％）的悬浮液的分离，在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离。由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。
8、过滤：在一定的压力差下，利用多孔性介质截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法称为过滤。

生物工程下游技术(知识点框架)

下

游

技

术

概

念

范

畴

宗

旨

清

洁

生

产

预处理细胞破碎细胞壁的组成与结构（主要组成、主要结构、主要阻力、形状和强度取决于）常用破碎方法珠磨法：工作原理、破碎率的影响因素分析、R 的确定高压匀浆法：工作原理、影响破碎的主要因素超声破碎法：特点及影响因素酶溶法：外加酶应用的关键化学渗透法：化学试剂及其原理反复冻融法：原理及特点 R 的测定及破碎研究方向：电导率测定的原理、研究方向（结合、上、下）料液预处理过滤液特性改变（特性：滤饼比阻；降粘度：加水、加热；调PH ；凝聚与絮凝：二者区别，常用试剂；助滤剂：作用、选择；反应剂：例子）过滤液相对纯化（高价离子：Ca 2+、Mg 2+、Fe 2+、Fe 3+除去方法，杂蛋白的去除方法）固液分离（离心分离：原理、Fr 、适用、特点，碟片式离心机：工作过程，最大允许处理量；过滤：分类，真空转鼓过滤机的特点及工作过程）提取溶剂萃取和浸取溶剂萃取理论：溶剂互溶规律；介电常数，溶剂选择；弱酸、弱碱分配定律，分离因数β；水相条件（盐析、带溶剂）其他：萃取步骤，理论得率（E ，多级错流、逆流）；乳化与破乳（HLB ，乳化不良影响）；设备浸取：过程、相平衡超临界流体萃取超临界流体：临界温度、监界压力、临界点、超临界流体（工作区的特点）超临界萃取：定义、原理、流程模式超临界CO2萃取：优点，拖带剂热力学简介：固体溶质溶解度的关键因素、液体溶质溶解度（理解）分离膜分离过程分类与特性：分类（对称、非对称、复合、荷电、微孔等）；特性（P170表9-1，电渗析原理图及定义）理论：机理模型（孔模型特点，溶解-扩散模型渗透力的因素，优先—毛细模型的特点）；膜性能参数（孔道特性的三个定义、水通量、截断分子量、截留率的概念）寿命：压密作用（原因、改善），水解，浓差极化（定义），膜污染（定义、原因、减轻方法、消除的标准）液膜分离概论：液膜的定义、分类，膜相组成分离机制：无载体扩散迁移（二种机制的特点、结果），载体促进传递（三种机制的特点、结果、实例），结论工艺流程：乳化、分离浓缩、破孔（静置、电破乳）

生物工程下游技术

优点:操作参数少,适合于大规模操作,
缺点:不适合于丝状真菌及含有包涵体的基因工程菌.破碎率较低,往往需循环2-4次才能达到较高的破碎率,容易引起产物的失活的可能性,需配备换热器进行级间冷却.
3）超声破碎法:通常采用的超声破碎机在15—25kHz的频率下操作.
优点:操作简便,液量损失少,适合实验室规模.
乳化现象的产生必需有第三种物质的出现,这种物质就是表面活性剂,所以表面活性剂又称为乳化剂
水包油型油滴分散于水相中的乳浊液
油包水型水滴分散于油相中的乳浊液
浸取也称为浸出,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.
增溶作用: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.
5)化学渗透法:某些化学试剂如有机溶剂、变性剂、表面活性剂、变性剂等通过改变细胞壁或膜的通透性（渗透性）,从而使胞内物质有选择地渗透出来.化学渗透法取决于化学试剂的类型以及细胞壁的结构与组成.
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.
优点:珠磨机连续操作时兼具破碎和冷却双重功能,减少了产物失活的可能性,在适当条件下一次操作即可达到较高的破碎率,适合于各种微生物细胞的破碎.
缺点:操作参数多,一般凭经验估计,在大规模操作中,夹套冷却控温难度大.
（2）高压匀浆法: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裂.

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；

生物工程下游技术复习资料

第三章细胞破碎、蛋白质复性及固液分离
*包含体? 主要由蛋白质构成，其中大部分是基因表达产物,产物的一级结构是正确的，但立体结构是错误的，故无活性。通常为固体颗粒。
泡沫分离法? 是一种基于溶液中溶质（或颗粒）间表面活性的差异进行分离的一种方法，表面活性强的物质优先吸附于分散相（气相）与连续相（液相）的界
比较溶剂萃取与浸取的异同点？溶剂萃取法是利用液体混合物各组分在某有机溶剂中的溶解度的差异而实现分离的。浸取是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。
生物萃取与传统萃取相比的特殊性？ ① 组分比较复杂 ②传质速率不同（质量的传递受可溶的和不溶的表面活性组分影响） ③ 相分离性能不同（不溶性固体和可溶性表面活性剂的存在，对相分离的速率产生重大的不利影响） ④ 产物的不稳定性
区别澄清过滤和滤饼过滤？
澄清过滤：
• 所用的过滤介质为硅来自百度文库土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，填充于过滤器内即构成过滤层；也有用烧结陶瓷、烧结金属、粘合塑料等组成的成型颗粒滤层。
• 当悬浮液通过时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上。
• 过滤介质起着主要的过滤作用。适合于固体含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5-100um的悬浮液的过滤分离，如河水、麦芽汁、酒类和饮料等的澄清。
*反胶团的制备方法？
（1）注入法将含蛋白质的水溶液直接注入含有表面活性剂的非极性有机溶剂中去，然后进行搅拌直到形成透明的溶液为止。

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。