南农生物分离工程生物分离1 ppt课件

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生物分离工程ppt课件

（分离过程精细，成本高）
Table 3 typical products from fermentation
products Antibiotics Amino acids
Ethanol Organic acids
Enzymes r-DNA protein
in
Concentration g/l 25 100 100 100 20 10
（生物技术的目标就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品。）
By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document (4228BC) includes a description of brewing .Bread ; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology.
For example: 6steps 90% 53%
Biological products require high quality 生物产品要求高质量：
*purity（纯度） *sanitation（卫生） *biological activity（生物活性）
The recovery plant usually represents a major investment and, consequently the separations cost a substantial fraction of the total cost of the final product.

生物分离工程课件

第一章生物分离工程概述1.1生物分离在生物技术中所占位置1生化分离工程的定义：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程。

2、单元操作：完成一道工序所需的一种方法和手段。

3、生物技术：即有机体的操作和应用有机体生产有用物质、改善人类生存环境的技术。

4、生物技术的目标：就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的产品。

生物技术的主要目标是生物物质的高效生产，分离纯化是生物产品工程的重要环节，因此生物分离是生物技术的重要组成部分。

5、狭义生物技术的产物仅为化学产品，约有100年的历史。

6、获得产品的有效途径：原材料、预处理、生物反应、生物分离、产物7、传统发酵与现代发酵比较1.2 生物物质和生物分离1.2.1 生物物质种类繁多，包括自然界存在的各种生物资源。

现代生物技术主要通过生物反应过程生产各种物质。

现代生物技术产品的主体是蛋白质药物。

1.2.2 生物分离过程1.3生物分离的特点：A生物工程的主要特点是生物制品多种多样。

产品的多样性导致分离方法的多样性。

B绝大多数生物分离方法来源于化学品的分离方法。

C生物分离一般比化工分离难度大。

a成分复杂,固体成分包括完整有机体、培养基及底物中的不溶物，液体成分包括底物可溶物、代谢中产物及目标产物。

b悬液中的目标产物浓度低.1.4生化产品的类型：按用途分类：食品类。

保健品类。

医用类产品。

农业用产品。

生物试剂类。

按分子量大小分类：Mass < 1000D：抗生素、有机酸、aa、多肽类等Mass > 1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类按发酵时目的产物所在的位置分类：cell内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（α-淀粉酶）等2.生物分离与一般化学分离方法的比较2.1、分离过程的分类：•机械分离（离心、过滤）•传质分离（平衡分离、速率分离）▪平衡分离—萃取、吸附、沉淀、结晶、层析等▪速率分离—膜分离、电渗析、透析2.2生物产品特点：①产物浓度低的水溶液(原因：a 氧传递限制；b 细胞量; c 产物抑制②组分复杂(a 大分子; b 小分子; c 可溶物; d 不可溶物; e 化学添加物③产物稳定性差( a 化学降解(pH , 温度); b 微生物降解（酶作用，染菌）④分批操作，生物变异性大⑤质量要求高（药品或食品）2.3生物产品要求高质量：纯度、卫生、生物活性分离过程的成本占产品总投资的大部分，因此必须仔细考虑和设计产品的回收和纯化过程。

生物分离工程1生物分离工程概述08.ppt.Convertor

生物分离工程（一）一片绿叶，饱含着它对根的情谊；一句贺词，浓缩了对你的祝愿。

又是一个美好的开始，祝成功和快乐永远伴随着你。

生物技术生物技术必须实现产业化后才能给人民造福，取得应有的社会和经济效益。

根据国际上发展生物技术的经验和资料及我国发展生物高技术的实践，业已证明了生物分离工程在利用生物技术生产产品时占的成本比例极大。

可以说，生物分离工程技术是生物高新技术实现产业化的关键。

生物分离工程 1生物产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞的大量培养和饲养、种植后，从中分离、精制、质量监测有关目的产品的一系列单元操作技术过程。

它主要是通过利用物理技术、物化技术、化学技术、生物技术等方法来达到目的。

生化分离工作的一般过程动、植物组织、体液等胞外产物提取发酵液→预处理→c分离→c破碎→碎片分离→初步纯化→精制→制成品培养液加热沉淀匀化离心沉淀分子筛无菌过滤酶反应调pH 离心超声萃取吸附离子超滤絮凝过滤胞溶过滤萃取亲和冻干错流过滤研磨错流过滤超滤吸附喷干憎水结晶电泳发酵工程下游加工工程(downstream processing)生物分离工程 2正因为如此，本课程涉及生化、化工、物化、物理学和化学等领域的各个方面理论及实验技术及其它们结合所产生的边缘学科。

随生物技术的发展，生物分离工程在近几年来得到了快速发展，已形成了一整套有别于上述各学科的研究方法和理论。

生物分离工程是生物工程学系的一门重要的必修专业基础课。

教学目的：（一）、要求学生比较系统的掌握生物分离工程的理论和技术方法，并应用于对生物技术的产业化。

（二）、通过对生物分离工程的学习，使学生能综合利用已学会的化学、物理学、生物化学、物理化学、化工原理等知识，为今后学习生物产品工艺学等打好基础，开拓思路及走上工作岗位后能在实际工作时应用生物分离工程各种技术做好理论准备。

教学目的：（三）、要求学生掌握有关产品后处理采用各单元操作的常用手段，并初步掌握其理论知识，如：盐析、结晶、离子交换、萃取、离心等。

《生物分离技术实训》课件

介绍生物分离技术的定义、原理和常见的分离方法。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不同的生物分离技术
探索不同的生物分离技术，包括离心、色谱和电泳等。
生物分离技术的应用领域
深入研究生物分离技术在生物医学、食品安全和环境保护等领域中的应用。
实训项目介绍
详细介绍实训项目，包括实验材料、步骤和目标。
实训项目的步骤和方法
分步解析实训项目的具体步骤和使用的技术方法。
《生物分离技术实训》 PPT课件
这份PPT课件将为您介绍《生物分离技术实训》的背景和目标，生物分离技术的概述，不同的生物分离技术，以及它们在应用领域的重要性。我们还将介绍实训项目的步骤和方法，并分享实训成果和总结。
背景和目标
了解《生物分离技术实训》的背景和目标，掌握生物分离技术的基本概念。
生物分离技术概述
实训成果和总结
分享实训项目的成果和总结，以及对生物分离技术的展望和未来发展。

生物分离工程

Bioseparation Engineering
Chapter 1 Introduction
§1.1 Downstream processing in biotechnology
• The producing process of a biotechnological product is termed bioprocess, that can be divided into two processes as follows
• Strictly monitor the DSP steps for keeping the activity of the product;
• Rapidly remove those impurities can affecting the stability of the final product;
– Upstream processing：strain development and bioreaction （enzyme catalyze reaction, microbial fermentation, plant/mammalian cell culture, etc）
– Downstream processing：the isolation and purification of biotechnological products
• Centrifugation
– Differential centrifugation
• It is an unit operation commonly used in the biochemical industry. According to the characteristics of the broth, the aim of isolation, and the extent of separation requested, different components can be separated from the broth separately by selecting proper operational parameters in practice.

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产物浓度和质量得到了提高
B. 产物分离
• 离子交换 • 萃取 • a. solvent extraction（溶剂萃取） • b. reversed micelle extraction（反微团萃取） • c. supercritical fluid extraction（超临界流体萃取） • d. two-aqueous phase extraction（双水相萃取）
products Antibiotics Amino acids
Ethanol Organic acids
Enzymes r-DNA protein
in
Concentration g/l 25 100 100 100 20 10
生物工程的主要特点是生物制品多种多样，产品的多样性导致分离方法的多样性
黑曲霉
• 柠檬酸+石灰浆Ca(OH)2 =柠檬酸钙 • 柠檬酸钙+H2SO4=柠檬酸+CaSO4
* Penicillin production.
• 产黄青霉 • 青霉素为弱酸性物质 • 萃取法
第二章生物材料预处理和细胞破碎
2.1 固液分离的分类 2.2 发酵液的组成 2.3 培养液的基本特征 2.4 悬浮液的预处理
• DESALINATION
/locate/desal
• SEPAR PURIF METHOD
/servlet/product/productid/SPM
• SEPAR SCI TECHNOL
/servlet/product/productid/SS
微滤超滤反渗纳米乳化支持膜膜透膜滤膜液膜液膜
渗透蒸膜萃膜蒸膜吸发膜取馏收
图1-2 膜技术家族图
• 色谱分离是有机化学和生物化学中大分
子分离的一项十分重要的分离技术，属精细分离。
• 如琼脂糖凝胶作为基质，与各种配基结
合后制成各种色谱分离介质，开发出一大类各具特色的，对分离生物大分子十分有效的色谱分离技术。
技术的成本越高。
• 下游技术的步骤越多，总收率也越低：
(90 ％) 6 ＝ 53.1％
(95 ％) 6 ＝ 73.5％。
• 重复提取是提高总收率的一个有效方法。
如谷氨酸一步等电点结晶，结晶母液如再经过一次离子交换提取：
75％＋（1－ 75％）× 65％＝ 91.25％。
1.5 生化分离工程的发展动态
品制作。
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过滤
超滤
图1-1 生化分离工程一般工艺过程
A. 不溶物的去除
• *filtration（过滤） • *centrifugation（离心） • *cell disruption （细胞破碎）
问世，也从一个侧面推动生物工业向更大规模方向发展。
• 适合于大规模工业化生产的传统技术经
过改造提高后，适应面会更宽，效率会更高。
新技术的研究和开发
• 新型分离介质的研究开发
• 膜、树脂和凝胶是主要的新型分离介质。 • 从半渗透膜开始，膜技术已经逐步发展成一个庞大的
膜家族。
膜
离子交换膜过滤膜气体分离膜液膜渗析膜新分离膜
/locate/enzmictec
• CHEM ENG SCI
/locate/ces
• SEP PURIF TECHNOL
/locate/seppur
• BIOCHEM ENG J
/locate/bej
子代分离技术
• 各种分离纯化技术相互结合、交叉、渗透，
形成形成了所谓融合技术或子代分离技术。
• 膜技术和萃取、蒸馏、蒸发技术相结合形
成了膜萃取技术、膜蒸馏及渗透蒸发技术；
• 膜分离过程与亲和配基相结合，形成了亲
和膜分离过程；
其他新兴下游技术
• 菌体絮凝技术 • 菌体细胞破碎 • 超临界CO2萃取 • 反胶团萃取 • 液膜分离 • 电泳分离
教材及参考资料
• 孙彦. 生物分离工程. 化学工业出版社，2001 • 严希康. 生化分离工程. 化学工业出版社，2001 • 刘国诠. 生物工程下游技术（第二版）. 化学工
业出版社，2003
• 毛忠贵. 生物工业下游技术. 中国轻工业出版社，
1999
• 欧阳平凯、胡永红. 生物分离原理与技术，化
如 L-异亮氨酸为2.4％，青霉素为3.6％，庆大霉素为0.2％，胰岛素仅为0.001％。
• 原料液中常存在与目标分子结构极其相
似的分子及异构体。
• 当生物技术产品是食品或药物时，溶剂
的使用受到一定的限制，萃取、色谱、膜分离会受到一定的限制。
typical products from fermentation
• J CHROMATOG A
/locate/chroma
• J MEMBRANE SCI
/locate/memsci
• J SUPERCRIT FLUID
/locate/supflu
• ENZYME MICROB TECH
物
生物产品要求高质量：
• *purity（纯度） • *sanitation（卫） • *biological activity（生物活性）
设计中应考虑下列问题
• 产品价值 • 产品质量 • 产物在生产过程中出现的位置 • 杂质在生产过程中出现的位置 • 主要杂质独特的物化性质是什么？ • 不同分离方法的技术经济比较
学工业出版社，1999。
• 刘茉娥. 膜分离技术. 化学工业出版社，2000 • 张镜澄. 超临界流体萃取. 化学工业出版社，
2000
国内杂志
• 膜科学与技术 • 化工进展 • 生物工程学报
• 现代化工 • 化工学报 • 高校化学工程学报 • 化学工程 • 离子交换与吸附 • 化学工业与工程
SCI杂志
• 生物活性物质产品的稳定性制约了下游
技术的可选范围。
• 发酵液放罐后，应及时快速操作：
菌体也可能自溶
容易被杂菌污染
引起产物的破坏和降解，如原料液中常存在降解目标产物的杂质，如可水解目标蛋白质的蛋白酶。
因此要求采用快速的分离纯化方法除去影响目标产物稳定性的杂质。
• 原料液中目标产物的浓度一般都很低。
预处理的目的预处理方法 2.5常用过滤器
2.1 固液分离的类型
1、过滤(重力过滤器、压滤器、真空过滤器)
2、离心
2.2 发酵液的组成
• 悬浮液：
指固体颗粒在0.1m以上的固液分散体系。生物细胞培养液基本上也是悬浮液。
不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量
C. 产品的纯化
• *chromatography（色谱） • *electrophoresis（电泳）
以上技术具有产物的高选择性和杂质的去除性
D. 产品的精制
• *crystallization（结晶） • *drying （干燥）
• 一般情况下，原料中产品浓度越低，下游
• 传统分离技术的提高和完善 • 新技术的研究和开发 • 下游工程与上游工程相结合 • 改进上游因素，简化下游过程
传统分离技术的提高和完善
• 蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子
交换等传统技术由于应用面广且相对成熟，对它们的提高和完善将会推动大范围的技术进步。
• 各种新型高效的过滤机械和离心机械的
下游工程与上游工程相结合
• 发酵与分离耦合过程的研究
• 这一新的技术思路在70年代首先用于厌
氧发酵——乙醇发酵过程中，渗透蒸发，近年来逐步发展到用于好氧发酵过程中来。
• 发酵-分离耦合过程的优点是可以解除
终产物的反馈抑制效应，同时简化产物提取过程，缩短生产周期。
改进上游因素，简化下游过程
• 培养基和发酵条件； • 代谢工程：一般以开发新物种和提高目
1.3 生物技术下游加工过程的特点
• 生物技术产品以粗料发酵为主，粗原料
增加了下游操作成本，包括发酵废液的处理成本，其中清液（精料）发酵将是一个方向。
• 目前发酵或培养大多是分批操作，各批
发酵液产物浓度和其他物性会出现差异，实际生产中也会出现染菌的发酵液，因而需要技术的适应面宽，操作弹性大。
to ta l
U sed for all c o n v e n tio n a l chem icals
7
U sed in b io se p a ra tio n s
7
22
18
3
10
42
35
生物分离一般比化工分离难度大
成分复杂
• 固体成分包括完整有机体、培养基及底物中的不
溶物
• 液体成分包括底物可溶物、代谢中产物及目标产
steroid biooxidations Total
Number of species 85 18 15 11
6
8
143
绝大多数生物分离方法来源于化学品的分离方法，大约80%的化工分离方法可应用于生物分离技术中。
生物分离与化学分离方法的比较
c la ssific a tio n
P hysical se p a ra tio n s E quilibrium c o n tro lle d se p a ra tio n s R ate controlled se p a ra tio n s
• 在生物产品的开发研究中，分离过程的
费用占全部研究费用的50％以上；
• 在产品的成本构成中，分离与纯化部分