2020年(生物科技行业)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？2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？3 分离纯化的回收率与浓缩率如何计算？4 现代生物分离工程研究方向有哪些特点？5 分离纯化指标有哪些?简述pH对发酵液过滤特性的影响，并举例说明。
答：（1） pH直接影响发酵液中某些物质的电离程度和电荷性质，因此适当调节pH值可以改善发酵液的过滤特性。
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。
生物工程下游技术
名词解释1.生物分离工程：在工业规模上，通过适当的分离纯化技术与装备并消耗一定的能量和分离介质来实现的生物物质制备的过程。
2.膜分离：利用膜的选择性，以膜两侧存在的能量差为推动力，由于溶液中各组分使其膜的迁移率不同，而实现分离的一种技术。
3.穿透曲线：吸附过程中吸附柱出口的溶质浓度变化的曲线。
4.乳化：水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象。
5.絮凝：使用絮凝剂将将胶体粒子胶连成网，形成10mm大小絮凝块的过程。
填空1.色谱展开技术可以分为（加试样）、（展开）和（分部收集）三个操作部分。
2.电泳按分离原理和操作的不同可分为（区带电泳）、（等电点电泳）和(等速电泳)。
3.常用的沉淀操作技术有盐析法（等电点沉淀法）和（有机溶剂沉淀法）三种方法。
4.离心机按功能和用途的不同可以分为（制备型离心机）和（分析型离心机）。
简答1.膜分离技术的优点？答：1）处理效率高，设备易于放大2）可在适湿或低温下操作3）化学强度和机械损害最小4）无相的转变，节能5）有相当好的选择性，可在分离浓缩时，可达到部分纯化的目的6）选择合适的膜与操作参数，可获得较高的回收率7）处理系统可密闭循环，防止外来污染8）不外加化学物质，从而降低成本2.膨胀床吸附介质应满足的条件？答：1）吸附剂的尺寸和密度应保持其于料液中需除去的固型颗粒间有明显的差异2）吸附剂具有良好的孔道结构，不易被料液中的大分子所污染3）吸附剂应具有活性基团，且对目标产物具有较高的吸附能量4）应具有较高的化学稳定性和良好的机械程度。
3.细胞破碎方法选择的依据？答：1）根据细胞处理量2）根据细胞壁的强度和结构3）根据目标产物对破坏方法的敏感度4）破坏程度5)目标产物的选择性释放计算三级萃取计算题利用乙酸乙酯萃取发酵液中的防线菌素D，当pH为3.5时分配系数为57，采用三级错流萃取，料液的流量H=450L/h，三级萃取剂的流量之和为39 L/h，分别计算：1）L1=L2=L3时和L1=20，L2=10,L3=9时的萃取率。
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。
2020年(生物科技行业)生物工程下游技术
（生物科技行业）生物工程下游技术湖北省高等教育自学考试大纲课程名称：生物工程下游技术课程代码：6705第壹部分课程性质和目标壹、课程性质和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。
下游技术是对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、加工且精制目的成分，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。
主要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，生物工程和设备等多门学科。
二、课程目标和基本要求通过学习生物工程下游技术这门课程应掌握以下基本知识点：1.生物工程下游技术的研究对象和发展历程2.下游技术的理论基础3.发酵液预处理，微生物细胞破碎方法和设备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，色谱法等主要分离单元操作技术及分离过程的特点，工艺设计和设备选型通过学习了解各种分离方法的原理，适用范围，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佳方案的设计能力。
三、和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、加工且精制目的成分，最终使其成为产品的技术。
在生物工程专业课程的学习中，是壹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。
《物理学》，《无机化学》，《有机化学》，《物理化学》等基础课是这门课程的基础，《微生物学》，《生物化学》，《酶工程》，《发酵工程》，《生物工程和设备》等专业课的知识也会运用到这门课程中，其后继课程有《发酵工厂设计》等。
生物工程下游技术
1.请描述生物工程下游技术的一般工艺流程，并分析各步可采用方法及其原理按生产过程分，下游技术工艺过程大致可分为4个阶段，即预处理、提取（初步分离）、精制（纯化）、成品制作。
发酵液→预处理→细胞分离→细胞破壁→碎片分离→提取→精制→成品制作加热过滤匀浆法离心沉淀(重)结晶浓缩调PH 离心研磨法双水相吸附离子交换干燥絮凝膜分离酶解法膜分离萃取色谱分离无菌加工超滤膜分离成型结晶（1）预处理和固液分离加热法：加热可降低液体黏度，只适用于产物对热较稳定的发酵液。
在适当的温度和受热时间下可使菌体或蛋白质凝聚形成较大颗粒的凝聚物，改善发酵液固液分离特性。
加热是蛋白质变性凝固的有效方法。
调节PH法：PH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，调节PH可以改变菌体和蛋白质的带电性质，从而改变其过滤特性。
蛋白质属于两性电解质，两性电解质在溶液中的PH处于等电点时分子表面净电荷为零，导致赖以稳定的双电层及水化膜的削弱或破坏，分子间引力增加溶解度最小。
因此，调节溶液的PH，可使蛋白质溶解度下降而析出，这是除去蛋白质的有效方法。
改变PH，还能使蛋白质变性凝固。
絮凝：在某些高分子絮凝剂的存在下。
基于桥架的作用，使胶粒形成絮凝团的过程。
（2）提取（初步分离）沉淀：在溶液中加入沉淀剂使溶质溶解度降低，生成无定形固体从溶液中析出的过程。
原理：沉淀分离就是通过沉淀，在固-液分相后，除去留在液相或沉积在固相中的非必要成分。
吸附：吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。
吸附的原理：固体内部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体表面分子所受力是不对称的。
向内的一面受内部分子的作用力较大，而表面向外一面所受的作用力较小，因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。
萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。
原理：利用各物质在不同溶剂中具有不同的溶解度的原理来达到将目标产物分离纯化的目的。
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？2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？3 分离纯化的回收率与浓缩率如何计算？4 现代生物分离工程研究方向有哪些特点？5 分离纯化指标有哪些?简述pH对发酵液过滤特性的影响，并举例说明。
答：（1） pH直接影响发酵液中某些物质的电离程度和电荷性质，因此适当调节pH值可以改善发酵液的过滤特性。
（2）氨基酸和蛋白质在酸性条件下带正电，碱性条件下带负电，等电点时净电荷为零，两性物质在等电点下的溶解度最小，等电点沉淀法在生物工业分离中广泛使用。
生物工程下游技术
生物工程的下游技术上游：菌种，基因工程，分子生物学，遗传学中游：微生物发酵工程，动植物细胞，海洋生物培养下游：生物分离工程生物下游加工过程是指目标产物的分离纯化过程，包括产物提取，产物浓缩，产物纯化，成品化。
生物反应器：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。
直接测定法细胞干重法：测量细胞浓度的最基本方法。
显微计数法：显微镜和血球计数器。
平板计数法：生理盐水稀释，记录菌斑。
浊度法：波长600-700nm范围测量。
微生物的浓度即菌体浓度的表示方法。
（g/l,kg/m3)间接测定法测定构成细胞的大分子物质来确定细胞浓度。
动物细胞形态成纤维细胞型；上皮细胞型；游走细胞型；多形性细胞型，均属于贴壁依赖型细胞，培养这类细胞时，常需贴附在支持物上生长。
但由于培养环境的变化，细胞形态常发生改变。
悬浮型细胞这类细胞常呈圆形，不贴附在支持物上，呈现悬浮状态生长。
如血液细胞，淋巴组织细胞及肿瘤细胞。
培养这类细胞也可采用微生物培养的方法进行悬浮物培养。
动物细胞培养的环境：温度、PH值、营养成分、溶氧、气体环境、渗透压以及其他因素。
固定化培养是既适用于贴壁依赖性细胞，又适用于非贴壁依赖性细胞的包埋培养方式，具有细胞生长密度高、抗剪切力和抗污染能力强等优点。
由于所培养的细胞的不同，固定化培养的方式也有不同，一般对于贴壁依赖性细胞通常采用胶原包埋，而对于非贴壁依赖性细胞则常用海藻酸钙包埋。
常用的细胞固定化的方法1、吸附：选择适当的条件，将细胞和支持物混合，细胞便贴附在支持物的表面。
2、共价贴附：细胞和支持物通过化学键结合，减少了细胞泄露。
3、离子/共价交联：如果用聚合物（聚氨等）处理细胞悬液，则会在细胞之间形成桥使之絮结。
4、包埋：此法步骤简单，条件温和，细胞和高聚物或单体混合，随着凝胶的形成，细胞嵌入到高聚物网络中。
生物工程下游技术课程简介
《生物工程下游技术》课程简介Downstream Technique of Biotechnology一、课程编号：060343二、课程类型：限选课总学时/学分数：32学时/2 学分适用专业：生物技术、中药学（四年级）先修课程：基因工程、细胞工程、现代生物技术大实验三、内容简介：生物工程下游技术是实现生物工程产业化的关键问题。
通过本课程的学习，对当前生物工程下游技术领域的大分子物质提取、分离及纯化技术、沉淀技术、浓缩技术、膜分离技术、生物反应器技术、各种色谱技术、各种电泳技术等有较全面、较详细的了解，并掌握一些主要技术的方案设计和实际操作。
通过案例教学等方法培养学生科学而实际的思想方法，提高分析实际技术问题和因地制宜处理这些问题的能力，使之更加容易胜任生物技术产业中新产品和新工艺的开发，生产工艺过程技术管理和高技术生产岗位的实际技术工作。
四、选用教材：《生物工程下游技术》，刘国诠主编，化学工业出版社《生物工程下游技术》课程教学大纲一、课程编号：060343二、课程类型：限选课总学时/学分数：32学时/2学分适用专业：生物技术、中药学（四年级）先修课程：基因工程、细胞工程、现代生物技术大实验三、课程的性质与任务：生物工程下游技术是实现生物工程产业化的关键问题。
通过本课程的学习，使学生对当前生物工程下游技术领域的大分子物质提取、分离及纯化技术、沉淀技术、浓缩技术、膜分离技术、生物反应器技术、各种色谱技术、各种电泳技术等有较全面、较详细的了解，并掌握一些主要技术的方案设计和实际操作。
通过案例教学等方法培养学生科学而实际的思想方法，提高他们分析实际技术问题和因地制宜处理这些问题的能力，使之更加容易胜任生物技术产业中新产品和新工艺的开发，生产工艺过程技术管理和高技术生产岗位的实际技术工作。
四、教学主要内容及学时分配：本课程讲授按每周2学时，16周共32学时安排。
六、课程内容的重点和深广度要求：重点掌握当前生物工程下游技术的原理和方法，能够上网了解各种技术最新研究及应用进展。
生物工程下游技术
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: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.
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.
4)酶溶法:利用酶反应,分解破坏细胞壁上的特殊键,从而达到破壁的目的.
优点:选择性释放产物,条件温和,核酸泄漏量少,细胞外形完整.
不足:价格高,限制了大规模应用,通用性差,不同菌种需选择不同的酶,不易确定最佳的溶解条件;产物抑制的存在.
倾析式离心机靠离心力和螺旋的推进作用自动连续排渣,所以也称为螺旋卸料沉降离心机.特别适用于含固形物较多的悬浮液的分离.优点:操作连续;适应性强;应用范围广;结构紧凑和维修方便缺点:分离有数较小,不适用于细菌;酵母等微生物悬浮液的分离,液相澄清度也较差.
过滤:使悬浮液通过过滤介质,让液体通过,而把固体颗粒截留,从而达到固液分离的目的.
管式离心机:分离效率很高.用于液液分离和固液分离.当用于液液分离时为连续操作,而用于固液分离时则为间歇操作.适于微生物细胞;细胞碎片;细胞器;病毒;蛋白质;核酸等生物大分子的分离.优点:设备简单,操作稳定,分离效率高.在生物工业中,特别适合于一般离心机难以分离而固形物含量＜1％的发酵液的分离.缺点:生产能力较小,转速相对较低的管式离心机最大处理量也就是10m3/h,且不适用于固形物含量较高的发酵液.
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。
生物工程下游技术参考资料(生物分离工程)
《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。
生物工程下游技术复习
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
面处，被气泡带出连续相而达到分离。
稀释复性? 将溶液稀释，导致变性剂的浓度降低，蛋白 质开始复性。 透析复性? 将溶液对水或缓冲液透析，变性剂透过膜被 除去，里面的蛋白开始复性。时间较长，易 形成蛋白质沉淀。 临界胶团浓度? 表面活性剂在水溶液中形成胶团的最低浓度。
包含体的成分及形成的原因?
• 包含体（inclusion body）：重组蛋白质的高效表达 常常导致其在胞内发生错误折叠和聚集，形成包含 体。 • 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。 • 一般认为包含体的形成主要原因是蛋白质本身具有 易于聚集沉淀的性质，或表达产物周围的物理环境 （如温度、离子组成）不适或缺少某些折叠辅助因 子（如分子伴侣）的作用。 • 在大多数情况下，包含体的形成是蛋白质过量表达 的结果，而与蛋白质的种类和表达系统无关。
①加热。不仅使蛋白质变性，同时降低液体粘度， 提高过滤速率。 ②调PH； ③加有机溶剂如酒精、丙酮等。
（3）吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸 附杂蛋白而除去。
*发酵液预处理的目的是什么？主要有那几 种方法？ 预处理的目的： • 分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒（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的性质， 以利于后继各步操作。 调酸（等电点）、热处理、电解质处理、 添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加 反应剂及添加助滤剂等。
生物工程下游技术论文1
膜分离技术【作者】【简介】【摘要】生物工程是当今世界高技术发展的重要领域。
下游技术是生物高技术实现产业化的关键。
膜分离技术是下游技术中一项新近发展的、具有广泛应用前景的单元操作.在一定流体相中，有一薄膜凝聚相物质，把液体相分隔成为两部分，这一物质称为膜。
膜本身是均一的一相或者两相以上凝聚物质所构成的复合体。
膜的厚度在0.5mm以下，具有半透明性或全透明性。
还具有高度的渗透选择性，作为一种有效的分离技术，膜传递物质的速度必须比传递其他物质快。
膜在生活及生产中有着广泛的重要的应用。
【关键词】膜特点原理应用分离技术膜分离技术是指物质在推动力作用下由于传递速度不同而得到分离的过程，近似于筛分。
由于其具有其他常规分离方法无法比拟的优越性，近年来迅速崛起，被认为是最有发展前途的高新技术之一。
膜分离过程以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力（如压力差、浓度差、电位差等）时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离、提纯的目的。
通常膜原料侧称膜上游，透过侧称下游。
不同的膜过程所使用的膜不同，推动力也不同。
膜分离技术在分离物质过程中不涉及相变，对能量要求低，因此和蒸馏、结晶、蒸发等需要输入能量的过程有很大差异，膜分离的条件一般都比较温和。
对于热敏性物质复杂的分离过程很重要，这两个因素使膜分离成为生化物质分离的合适方式。
在应用上夜显示了许多优点：一是易于操作。
在常温下可连续使用，可直接放大，易于自动化；二是成本低，寿命长，维护方便；三是高效节能，特别是对热敏性物质的处理具有其他分离过程所无法比拟的优越性；四是常温下操作无相态变化，分离精度高，没有二次污染。
当然，它也存在一些问题比如：膜材料的价格比较高，运行工艺费用昂贵、操作过程膜容易被污染，导致膜性能降低、膜的耐性也不同，使用过程受到限制多等等。
膜分离过程常有几种类型，有渗析、电渗析、微滤、超滤、反渗透、纳滤、气体分离等几种。
不同的膜分离技术有不同的原理以及分离的范围，应用的范围也有所不同。
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生物科技行业）生物工程下游技术湖北省高等教育自学考试大纲课程名称：生物工程下游技术课程代码：6705第壹部分课程性质和目标壹、课程性质和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。
下游技术是对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、加工且精制目的成分，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。
主要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，生物工程和设备等多门学科。
二、课程目标和基本要求通过学习生物工程下游技术这门课程应掌握以下基本知识点：1.生物工程下游技术的研究对象和发展历程2.下游技术的理论基础3.发酵液预处理，微生物细胞破碎方法和设备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，色谱法等主要分离单元操作技术及分离过程的特点，工艺设计和设备选型通过学习了解各种分离方法的原理，适用范围，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佳方案的设计能力。
三、和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、加工且精制目的成分，最终使其成为产品的技术。
在生物工程专业课程的学习中，是壹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。
《物理学》，《无机化学》，《有机化学》，《物理化学》等基础课是这门课程的基础，生物学》，《生物化学》，《酶工程》，《发酵工程》，《生物工程和设备》等专业课的知识也会运用到这门课程中，其后继课程有《发酵工厂设计》等。
第二部分考核内容和考核目标第壹章绪论壹、学习目的和要求学习且了解生物工程下游技术的研究对象，生物工程下游技术的重要性，生物工程下游技术的特点，生物工程下游技术的发展历程，生物工程下游技术的壹般工艺过程，以及生物工程下游技术的发展动态。
二、考核知识点和考核目标1.1生物工业下游技术的工作领域（次重点）1.1.1技术范畴（识记）1.1.2生物工程下游技术的发展历程（理解）1.2生物工程下游技术的壹般工艺过程（重点）1.2.1原料及产品特性（识记）1.2.2下游技术的壹般工艺过程（理解）1.3 生物工业下游技术的发展动态（壹般）1.3.1传统分离技术的提高和完善（理解）1.3.2新技术的研究和开发（理解）1.3.3清洁生产（理解）第二章下游技术的理论基础壹、学习目的和要求掌握下游技术的理论基础。
掌握物理学过程中平衡论的主要内容，理解平衡、非平衡、拟平衡过程的区别；理解化学过程中化学分子间的相互识别及识别机理，分子间的相互作用和化学反应；理解生物分离过程的特异性相互作用及作用方式。
二、考核知识点和考核目标2.1下游技术中的物理学过程（次重点）2.1.1基础物性（理解）2.1.2物理学过程分类（识记）2.1.3平衡论及各种平衡关系（识记）2.1.4传递现象及传递方式（识记）2.2下游技术中的化学过程（重点）2.2.1化学分子识别机理及相互作用（识记）2.2.2下游技术中的化学反应（理解）2.3 下游技术中的生物学过程（重点）2.3.1生物特异性相互作用机理，作用方式和影响因素（识记）2.3.2亲和色谱（应用）第三章发酵液预处理壹、学习目的和要求了解发酵液进行预处理的目的，掌握具体的改善发酵液过滤特性的处理方法。
掌握发酵液中高价无机离子和杂蛋白质的去除方法。
了解固液分离的方法，设备以及各分离设备的类型，分离原理和分离适用范围。
二、考核知识点和考核目标3.1发酵液过滤特性的改变（次重点）3.1.1发酵液的特性（理解）3.1.2改善发酵液过滤特性的方法（识记）3.2发酵液的相对纯化（壹般）3.2. 1 发酵液的杂质对提取精制的影响（理解）3.2.2高价无机离子的去除方法（识记）3.2.3杂蛋白质的去除方法（识记）3.3 固液分离工程及设备（重点）3.3. 1 固液分离方法的种类（识记）3.3.2离心分离的原理（识记）3.3.3离心分离各种类型的设备，分离适用范围和分离原理（应用）3.3.4过滤操作的种类（理解）3.3.5常用的过滤设备类型和工作机理（应用）3.3.6错流过滤原理（理解）3.3.7错流过滤应用（应用）3.3.8其他固液分离方法（理解）第四章微生物细胞破碎、学习目的和要求回顾微生物细胞壁的组成和结构，区分G+ 菌、G—菌以及酵母菌细胞壁的差别。
掌握微生物细胞破碎的原因，具体的破碎方法以及不同破碎方法各自的原理及适用范围。
细胞破壁应注意的问题。
掌握破碎率的测定方法。
二、考核知识点和考核目标4.1细胞壁的组成和结构（壹般）4.1.1细胞壁和细胞膜的组成和各自的作用（理解）4.1.2细菌，酵母菌，霉菌的细胞壁结构（识记）4.1.3细胞壁结构和细胞破碎（应用）4.2常用破碎方法（重点）4.2.1细胞破碎方法分类（识记）4.2.2机械破碎方法原理（理解）4.2.3不同类型机械破碎设备（应用）4.2.4细胞机械破碎影响因素（识记）4.2.5非机械破碎方法种类（识记）4.2.6不同细胞破碎方法适用范围（识记）4.2.7不同细胞破碎方法各自优缺点（理解）4.2.8其他破碎方法（理解）4.3破碎率的测定和破碎技术的研究方向（次重点）4.3.1破碎率的测定方法（识记）4.3.2破碎技术的研究方向（理解）第五章溶剂萃取和浸取壹、学习目的和要求掌握溶剂萃取法分离机制，溶剂萃取中的基本概念。
了解溶剂萃取基础上发展起来的新型萃取技术。
了解工业萃取方式及过程计算。
掌握乳化和去乳化概念和过程。
了解萃取设备。
浸取基本概念，步骤，理论基础和扩散机理。
、考核知识点和考核目标5.1溶剂萃取（重点）5.1. 1 溶剂萃取过程的理论基础（识记）5.1.2基本概念（识记）5.1.3相似相溶原理（理解）5.1.4溶解过程（理解）5.1.5溶剂的互溶性规律（应用）5.1.6溶剂萃取溶剂的选择（应用）5.1.7分配定律和分配因数（识记）5.1.8溶剂萃取水相条件的影响（识记）5.1.9工业萃取方式（识记）5.1.10不同工业萃取方式过程计算（识记）5.1.11乳化和去乳化概念和过程（识记）5.1.12萃取设备简介（应用）5.2浸取（次重点）5.2. 1 基本概念（识记）5.2.2浸取过程（理解）5.2.3费克定律（理解）5.2.4不同介质中的分子扩散（理解）5.2.5相平衡（识记）5.2.6 溶剂选择原理（应用）第六章超临界流体萃取壹、学习目的和要求掌握超临界流体萃取中相关概念，了解超临界流体萃取技术在工业上的应用。
掌握超临界流体萃取的基本原理，超临界流体的性质，超临界流体的选择性，夹带剂的使用，超临界流体萃取的特点。
掌握超临界流体萃取的基本过程。
了解超临界流体萃取设备。
二、考核知识点和考核目标6.1序言（壹般）6.1.1超临界流体萃取的基本概念（识记）6.1.2超临界流体萃取在工业上的应用（理解）6.2超临界流体萃取的基本原理（重点）6.2.1癸酸为列说明超临界流体萃取的基本原理（理解）6.2.2溶剂气体的临界温度和溶解度之间的关系（理解）6.3超临界CO 2溶剂特征（重点）6.3.1超临界CO2 的相图（识记）6.3.2萃取溶剂CO2 的性质（识记）6.4超临界CO 2 萃取（次重点）6.4.1超临界CO2 萃取举例（应用）6.4.2拖带剂概念及作用（理解）6.5超临界CO 2萃取流程（重点）6.5.1咖啡豆中咖啡因萃取（理解）6.5.2啤酒花萃取（理解）6.6超临界CO 2萃取技术在生物，食品等工业中的应用（壹般）第七章双水相萃取技术壹、学习目的和要求了解双水相体系的形成。
掌握双水相萃取的基本原理。
了解影响双水相萃取得率的因素。
了解双水相萃取技术的应用和双水相萃取技术的进展。
二、考核知识点和考核目标7.1概述（壹般）7.1.1双水相萃取的特点（理解）7.1.2双水相萃取的基本概念（识记）7.1.3双水相萃取现象（应用）7.1.4聚合物的不相溶性（理解）7.2双水相分离理论（重点）7.2.1双水相形成（理解）7.2.2几种典型的双水相系统（识记）7.2.3相图（理解）7.2.4物质在俩相中的分配（理解）7.2.5双水相系统中物质分配的影响因素（理解）7.3双水相萃取技术的应用（次重点）7.3.1酶的提取和纯化（应用）7.3.2核酸的分离及纯化（应用）7.4双水相萃取技术的进展（壹般）7.4.1 廉价双水相体系（应用）7.4.2双水相萃取技术同生物转化相结合（应用）7.4.3双水相萃取技术同膜分离技术相结合（应用）7.4.4双水相萃取技术同亲和层析相结合（应用）第八章反胶团萃取壹、学习目的和要求掌握反胶束的形成和概念，比较反胶束和正常胶束。
掌握反胶团的物理化学性质，了解反胶束萃取的基本原理。
学习反胶团的制备方法。
理解蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型。
掌握影响反胶束萃取得率的因素。
了解反胶团萃取在分离工艺中的应用。
二、考核知识点和考核目标8.1概述（壹般）8.1.1反胶团的概念（识记）8.1.2反胶团的功能（理解）8.1.3反胶团的应用方面（应用）8.1.4反胶团萃取的优点（理解）8.2反胶团的形成（重点）8.2.1反胶团的构造（理解）8.2.2反胶团的物理化学性质（识记）8.2.3反胶团和正胶团的比较（理解）8.2.4反胶团的制备方法（识记）8.3生物活性物质的分离浓缩（重点）8.3.1反胶团萃取的原理（理解）8.3.2 蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型（识记）8.3.3反胶束萃取蛋白质的影响因素（识记）8.3.2 蛋白质向非极性溶剂中的溶解模型（识记）8.3.4AOT/ 异辛烷体系中立体性、静电性、疏水性相互作用的分离特性和效果（应用）8.4反胶团萃取在分离工艺中的应用（次重点）8.4.1分离核糖核酸酶，细胞色素和溶菌酶的混合物流程（应用）第九章膜分离过程壹、学习目的和要求掌握膜分离的基本概念，基本操作模式。
了解膜分离的特点，膜的分类。
了解膜分离过程的机理和模型。
了解膜的性能参数及其中的基本概念，影响膜寿命的因素。
了解膜组件的结构和特点。
比较反渗透、纳滤和超滤。
二、考核知识点和考核目标9.1概述（壹般）9.1.1膜的概念（识记）9.1.2膜分离的优点（理解）9.2膜和膜分离过程的分类和特性（重点）9.2.1膜的分类（识记）9.2.2膜分离过程的种类（识记）9.2.3膜分离过程的区别和使用范围（识记）9.3膜的基本理论（重点）9.3.1膜分离过程的基本传质过程（理解）9.3.2膜分离过程的机理（识记）9.3.3浓差极化（识记）9.3.5 膜的性能和参数（识记）9.3.4膜分离过程的扩散模型（理解）9.3.6膜的性能参数中的基本概念（识记）9.3.7膜的使用寿命的影响因素（理解）9.3.8膜的使用寿命的影响因素中的基本概念（识记）9.4膜的应用（次重点）9.4.1膜组件的结构和特点（理解）9.4.2各种膜组件性能的比较（应用）9.4.3反渗透法膜的基本性能参数和应用（应用）9.4.4超滤法膜的基本性能参数和应用（应用）9.4.5微孔过滤的基本性能参数和应用（应用）9.4.6纳米过滤的基本性能参数和应用（应用）第十章液膜分离壹、学习目的和要求了解液膜的分类，乳化液膜的形成。