生物分离工程课件-01..
合集下载
生物分离工程PPT课件
如果 1 ，则目标产物未得到任何程度
的分离纯化。
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：
R FPCTP 100% FcCTC
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 则回收率为
RVPCTP 100% VcCTC
分离效率的评价
• 浓缩程度 • 分离纯化程度 1. 回收率
上图表示一个连续稳态的分离过程，其中F表示流 速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂 质，C、P和W分别表示原料、产品和废料。
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。
•机械分离
分离操作
•传质分离。 传质分离的对象主要是均相物系，又分输送分离扩散分离。 输送分离根据溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实 现分离，又称速度分离法，其传质推动力主要有压力差、 电位梯度和磁场梯度等，如超滤、反渗透、电渗析、电泳 和磁泳等。扩散分离根据溶质在两相中分配平衡状态的差 异实现分离，又称平衡分离法，传质推动力为偏离平衡态 的浓度差，如蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、吸附和离 子交换等。
• 物理性质 力学性质：重力、离心力、筛分； 热力学性质：状态变化、相平衡； 传质性质：粘度、扩散、热扩散； 电磁性质：电泳、电渗析、磁化。
• 化学性质 化学热力学：化学平衡； 反应动力学：反应速率； 光化学性质：激光激发、离子化。
• 生物学性质 分子识别：生物亲和作用、生物学识别； 输送性质：生物膜输送， 反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。
为了得到一定纯度的生物产品， 下游加工过程需要采用多种方法、实行多步 分离操作，整个下游加工过程的总回收率为
的分离纯化。
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：
R FPCTP 100% FcCTC
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 则回收率为
RVPCTP 100% VcCTC
分离效率的评价
• 浓缩程度 • 分离纯化程度 1. 回收率
上图表示一个连续稳态的分离过程，其中F表示流 速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂 质，C、P和W分别表示原料、产品和废料。
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。
•机械分离
分离操作
•传质分离。 传质分离的对象主要是均相物系，又分输送分离扩散分离。 输送分离根据溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实 现分离，又称速度分离法，其传质推动力主要有压力差、 电位梯度和磁场梯度等，如超滤、反渗透、电渗析、电泳 和磁泳等。扩散分离根据溶质在两相中分配平衡状态的差 异实现分离，又称平衡分离法，传质推动力为偏离平衡态 的浓度差，如蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、吸附和离 子交换等。
• 物理性质 力学性质：重力、离心力、筛分； 热力学性质：状态变化、相平衡； 传质性质：粘度、扩散、热扩散； 电磁性质：电泳、电渗析、磁化。
• 化学性质 化学热力学：化学平衡； 反应动力学：反应速率； 光化学性质：激光激发、离子化。
• 生物学性质 分子识别：生物亲和作用、生物学识别； 输送性质：生物膜输送， 反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。
为了得到一定纯度的生物产品， 下游加工过程需要采用多种方法、实行多步 分离操作，整个下游加工过程的总回收率为
生物分离工程课程课件
生物分离工程课程课件
在这个生物分离工程课程中，我们将探讨分离技术的基本概念以及其在生物 制药中的应用。我们将深入研究膜分离技术、层析技术、离心技术和其他分 离技术，以及这些技术在实验室和工业中的实际应用。
分离技术的基本概念
1 分离原理
2 分离过程
了解分离技术的基本原理， 包括固体与液体的分离、 物质间的相互作用以及各 种分离方法的工作原理。
离心应用
2
生和不同类型的离心机的工作原理。
探索离心技术在生物制药中的应用，如
细胞分离、蛋白质沉降和病毒富集。
3
离心参数
讨论离心过程中的关键参数，如转速、 时间和温度的选择。
其他分离技术
过滤技术
了解不同类型的过滤技术，如微 孔过滤和深层过滤，以及它们在 生物制药中的应用。
沉淀技术
介绍沉淀技术的原理和应用，包 括溶剂沉淀和盐析等方法。
病毒去除
介绍病毒去除的重要性，以及 使用膜过滤和其他分离技术来 确保生物制品的安全性。
膜分离技术
1
膜材料
介绍不同类型的膜材料，如微滤膜、超滤膜和纳滤膜，以及它们在分离过程中的应用。
2
膜分离技术
探索膜分离技术的不同方法，如压力驱动、重力驱动和电化学驱动的膜分离。
3
Hale Waihona Puke 应用案例通过实际案例展示膜分离技术在生物制药中的应用，如酶的精制和废水处理。
探索分离过程中所涉及的 步骤，从前处理到分离、 收集和纯化。
3 分离设备
介绍在实际应用中使用的 各种分离设备，如离心机、 过滤器、层析柱等。
分离技术在生物制药中的应用
药物纯化
探索如何使用分离技术从复杂 的生物样品中纯化药物，并确 保最终产品的高纯度和活性。
在这个生物分离工程课程中，我们将探讨分离技术的基本概念以及其在生物 制药中的应用。我们将深入研究膜分离技术、层析技术、离心技术和其他分 离技术，以及这些技术在实验室和工业中的实际应用。
分离技术的基本概念
1 分离原理
2 分离过程
了解分离技术的基本原理， 包括固体与液体的分离、 物质间的相互作用以及各 种分离方法的工作原理。
离心应用
2
生和不同类型的离心机的工作原理。
探索离心技术在生物制药中的应用，如
细胞分离、蛋白质沉降和病毒富集。
3
离心参数
讨论离心过程中的关键参数，如转速、 时间和温度的选择。
其他分离技术
过滤技术
了解不同类型的过滤技术，如微 孔过滤和深层过滤，以及它们在 生物制药中的应用。
沉淀技术
介绍沉淀技术的原理和应用，包 括溶剂沉淀和盐析等方法。
病毒去除
介绍病毒去除的重要性，以及 使用膜过滤和其他分离技术来 确保生物制品的安全性。
膜分离技术
1
膜材料
介绍不同类型的膜材料，如微滤膜、超滤膜和纳滤膜，以及它们在分离过程中的应用。
2
膜分离技术
探索膜分离技术的不同方法，如压力驱动、重力驱动和电化学驱动的膜分离。
3
Hale Waihona Puke 应用案例通过实际案例展示膜分离技术在生物制药中的应用，如酶的精制和废水处理。
探索分离过程中所涉及的 步骤，从前处理到分离、 收集和纯化。
3 分离设备
介绍在实际应用中使用的 各种分离设备，如离心机、 过滤器、层析柱等。
分离技术在生物制药中的应用
药物纯化
探索如何使用分离技术从复杂 的生物样品中纯化药物，并确 保最终产品的高纯度和活性。
第01章 绪论 生物分离工程ppt
环状糊精的构造
生物、食品工业中，环糊精用来包接或分离一些易挥 发性的且不溶于水的呈香呈味物质(苯甲酸等) 。
二苯—18—皇冠醚-6 （孔径0.26—0.32nm ）
泡沸石的选择性吸附
皇冠醚用来选择分离一些金属离 子、氨基酸手性拆分等
泡沸石用来对气体分子选择 性吸附分离
二、下游技术中的化学反应
色谱分离 结晶
产物浓度（kg/m3） 0.1～100 1.0～5 5～50 50～200 50～200
纯度（％） 0.1～10 0.2～2.0 1～10 50～80 90～100
在“产物分离” 步骤中产物浓度提高的 程度最大；但产物纯度的提高主要在“纯 化” 步骤。
上述四个分离步骤， 可以归结为两个基本阶段： 产物初级分离阶段和纯化精制阶段。
生物产品分离过程，在生物技术工业中占有十分 重要的位置。分离决定分着产品的纯度和安全性； 决定着产品的收率和成本，分离设备投资和分离费 用在总投资和总费用占有相当大的比重。
分离方法的选择和优化，新型分离设备的研制 开发，对于生物制品的生产具有极重要的意义。
1.3 生物分离技术原理
按生物分离所依据物质性质的差异分类
1.2 生物分离一般流程
与自然界天然物料一样，用发酵和生物工程方法生产 的原始产物， 几乎都是混合物，通常都须经分离纯化处 理，才能获得终产品。
生物工程产品的多样化和特殊性导致了各式各样分离 方法的应用。不同的生物产品，由于其自身特性和对其纯 度的要求不同，对应的分离纯化路线常常不同。
对现有各类生物工程产品的分离进行分析归纳，可发 现大多数分离过程可以归并到4个步骤，即：
电渗析等膜分离，可除去物化性质与产物类似的杂质。处 理操作选择性高，可获得高纯度的产物。
生物、食品工业中，环糊精用来包接或分离一些易挥 发性的且不溶于水的呈香呈味物质(苯甲酸等) 。
二苯—18—皇冠醚-6 （孔径0.26—0.32nm ）
泡沸石的选择性吸附
皇冠醚用来选择分离一些金属离 子、氨基酸手性拆分等
泡沸石用来对气体分子选择 性吸附分离
二、下游技术中的化学反应
色谱分离 结晶
产物浓度（kg/m3） 0.1～100 1.0～5 5～50 50～200 50～200
纯度（％） 0.1～10 0.2～2.0 1～10 50～80 90～100
在“产物分离” 步骤中产物浓度提高的 程度最大；但产物纯度的提高主要在“纯 化” 步骤。
上述四个分离步骤， 可以归结为两个基本阶段： 产物初级分离阶段和纯化精制阶段。
生物产品分离过程，在生物技术工业中占有十分 重要的位置。分离决定分着产品的纯度和安全性； 决定着产品的收率和成本，分离设备投资和分离费 用在总投资和总费用占有相当大的比重。
分离方法的选择和优化，新型分离设备的研制 开发，对于生物制品的生产具有极重要的意义。
1.3 生物分离技术原理
按生物分离所依据物质性质的差异分类
1.2 生物分离一般流程
与自然界天然物料一样，用发酵和生物工程方法生产 的原始产物， 几乎都是混合物，通常都须经分离纯化处 理，才能获得终产品。
生物工程产品的多样化和特殊性导致了各式各样分离 方法的应用。不同的生物产品，由于其自身特性和对其纯 度的要求不同，对应的分离纯化路线常常不同。
对现有各类生物工程产品的分离进行分析归纳，可发 现大多数分离过程可以归并到4个步骤，即：
电渗析等膜分离，可除去物化性质与产物类似的杂质。处 理操作选择性高，可获得高纯度的产物。
生物分离工程ppt课件
（设计中应考虑下列问题）
1. What is the value of the product? （产品价值）
2. What is an acceptable product quality? (产品质量）
3. Where is the product in each process stream? （产物在生产过程中出现的位置）
（固体成分包括完整有机体、培养基及底物中的不溶物）
Liquid: soluble portions of residual substrates, metabolic pathway intermediates and desired products
（液体成分包括底物可溶物、代谢中产物及目标产物）
conventiona bioseparations
l chemicals
Physical
7
7
separations
Equilibrium
22
18
controlled
separations
Rate controlled
3
10
separations
total
42
35
This table shows that 80% of all the separation methods for conventional chemicals are practical in biotechnology. 上表表明大约80%的化工分离方法可应用于生物分离技 术中
Comparison of separation processes used in bioseparations with more exhaustive classifications give the result in table 2. 生物分离与一般化学分离方法的比较
1. What is the value of the product? （产品价值）
2. What is an acceptable product quality? (产品质量）
3. Where is the product in each process stream? （产物在生产过程中出现的位置）
（固体成分包括完整有机体、培养基及底物中的不溶物）
Liquid: soluble portions of residual substrates, metabolic pathway intermediates and desired products
（液体成分包括底物可溶物、代谢中产物及目标产物）
conventiona bioseparations
l chemicals
Physical
7
7
separations
Equilibrium
22
18
controlled
separations
Rate controlled
3
10
separations
total
42
35
This table shows that 80% of all the separation methods for conventional chemicals are practical in biotechnology. 上表表明大约80%的化工分离方法可应用于生物分离技 术中
Comparison of separation processes used in bioseparations with more exhaustive classifications give the result in table 2. 生物分离与一般化学分离方法的比较
生物分离工程课程课件
生物分离工程课程课件
• 生物分离工程概述 • 生物分离工程的基本原理 • 生物分离工程的技术与实践 • 生物分离工程的优化与改进 • 生物分离工程案例分析
01
生物分离工程概述
生物分离工程的定义与重要性
定义
生物分离工程是应用物理、化学和生物学的原理和方法，从 混合物中提取、纯化和分离有用物质的技术和工程学科。
酶的分离纯化案例
总结词
酶的分离纯化是生物分离工程中的重要应用，涉及多种分离技术和方法。
详细描述
酶的分离纯化案例包括从微生物发酵液、动物组织、植物种子等原料中提取、 分离和纯化酶。常用的分离方法包括离心、过滤、萃取、电泳等，根据酶的性 质和目标产物的纯度要求选择合适的方法。
微生物发酵产物的分离纯化案例
精分级
进一步纯化目标物质，提高纯度。常用设备 ：色谱柱、膜过滤器。
粗分级
初步分离目标物质，提高浓度。常用设备： 沉淀池、萃取塔。
产品纯度检测与质量保证
确保产品质量符合要求。常用方法：HPLC 、SDS-PAGE等。
03
生物分离工程的技术与实践
细胞破碎技术
细胞破碎技术
原理、应用与设备
机械法
高压匀浆、超声波、研磨法等
操作条件的优化
通过实验设计方法，如响应面法、遗传算法等，找到最佳 的操作参数，如温度、压力、pH等。
分离技术的联合应用
结合多种分离技术，如萃取、吸附、色谱等，实现高效分 离。
提高生物分离工程效率的方法
高效填料和设备的选择
选择具有高传质效率和良好机械性能的填料和设备，提高分离效 率。
强化传质过程
通过增加传质面积、提高传质系数、减小传质距离等方式，提高传 质速率。
过程集成与控制
• 生物分离工程概述 • 生物分离工程的基本原理 • 生物分离工程的技术与实践 • 生物分离工程的优化与改进 • 生物分离工程案例分析
01
生物分离工程概述
生物分离工程的定义与重要性
定义
生物分离工程是应用物理、化学和生物学的原理和方法，从 混合物中提取、纯化和分离有用物质的技术和工程学科。
酶的分离纯化案例
总结词
酶的分离纯化是生物分离工程中的重要应用，涉及多种分离技术和方法。
详细描述
酶的分离纯化案例包括从微生物发酵液、动物组织、植物种子等原料中提取、 分离和纯化酶。常用的分离方法包括离心、过滤、萃取、电泳等，根据酶的性 质和目标产物的纯度要求选择合适的方法。
微生物发酵产物的分离纯化案例
精分级
进一步纯化目标物质，提高纯度。常用设备 ：色谱柱、膜过滤器。
粗分级
初步分离目标物质，提高浓度。常用设备： 沉淀池、萃取塔。
产品纯度检测与质量保证
确保产品质量符合要求。常用方法：HPLC 、SDS-PAGE等。
03
生物分离工程的技术与实践
细胞破碎技术
细胞破碎技术
原理、应用与设备
机械法
高压匀浆、超声波、研磨法等
操作条件的优化
通过实验设计方法，如响应面法、遗传算法等，找到最佳 的操作参数，如温度、压力、pH等。
分离技术的联合应用
结合多种分离技术，如萃取、吸附、色谱等，实现高效分 离。
提高生物分离工程效率的方法
高效填料和设备的选择
选择具有高传质效率和良好机械性能的填料和设备，提高分离效 率。
强化传质过程
通过增加传质面积、提高传质系数、减小传质距离等方式，提高传 质速率。
过程集成与控制
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.
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.
生物分离工程(三版)课件
生物分离工程
膜分离技术
1
授课内容
n 各种膜分离法及其原理 n 膜材料及其特性 n 膜组件 n 操作特性 n 膜的污染与清洗
2
学习目的和要求
在掌握各种膜分离方法和原理的基 础上，进一步了解膜特性及操作特点和 影响膜分离速度的因素以及膜分离过程。 清楚膜分离法在生物产物回收和纯化方 面的应用。
3
引言－膜的概念和膜分离
但膜表面极化浓度cm很难测定，通常只能测定料液的主体浓度 (bulk concentration)，因此常用表观截留率表示，
38
超滤膜的分子截留作用
n 截留曲线
通过测定相对分子质量不同的球形 蛋白质或水溶性聚合物的截留率， 可获得膜的截留率与溶质相对分子 量之间关系的曲线，为截留曲线。
n 截留相对分子量
15
超滤原理
n 超滤膜一般为非对称膜，具有较小的孔径 (约为10 一200Å)，能够截留分子量为0.5kDa以上的溶质分 子或生物大分子。料液在压力差作用下，其中溶剂 透过膜上的微孔形成透过液；而大分子溶质则被截 留，从而实现料液中大分子溶质和溶剂间的分离。
n 超滤膜对溶质的截留机理主要是筛分作用，超滤膜 的膜孔大小和形状决定超滤膜的截留效果。除此以 外，溶质大分子在膜表面和孔道内的吸附和滞留也 具有截留溶质大分子的作用。
n 渗透气化利用溶质之间膜透过性的差别，适于 共沸物和挥发度相差较小的双识记：膜材料选择标准 n 理解：膜结构特性，特别是对称和不对
称膜的结构特点 n 应用：通过水通量的不同选择适当的膜
材料
25
膜材料的要求
n 起过滤作用的有效膜厚度小，超滤和微滤膜的 开孔率高，过滤阻力小；
n 膜的概念 在一种流体相间有一层薄的凝聚相物
膜分离技术
1
授课内容
n 各种膜分离法及其原理 n 膜材料及其特性 n 膜组件 n 操作特性 n 膜的污染与清洗
2
学习目的和要求
在掌握各种膜分离方法和原理的基 础上，进一步了解膜特性及操作特点和 影响膜分离速度的因素以及膜分离过程。 清楚膜分离法在生物产物回收和纯化方 面的应用。
3
引言－膜的概念和膜分离
但膜表面极化浓度cm很难测定，通常只能测定料液的主体浓度 (bulk concentration)，因此常用表观截留率表示，
38
超滤膜的分子截留作用
n 截留曲线
通过测定相对分子质量不同的球形 蛋白质或水溶性聚合物的截留率， 可获得膜的截留率与溶质相对分子 量之间关系的曲线，为截留曲线。
n 截留相对分子量
15
超滤原理
n 超滤膜一般为非对称膜，具有较小的孔径 (约为10 一200Å)，能够截留分子量为0.5kDa以上的溶质分 子或生物大分子。料液在压力差作用下，其中溶剂 透过膜上的微孔形成透过液；而大分子溶质则被截 留，从而实现料液中大分子溶质和溶剂间的分离。
n 超滤膜对溶质的截留机理主要是筛分作用，超滤膜 的膜孔大小和形状决定超滤膜的截留效果。除此以 外，溶质大分子在膜表面和孔道内的吸附和滞留也 具有截留溶质大分子的作用。
n 渗透气化利用溶质之间膜透过性的差别，适于 共沸物和挥发度相差较小的双识记：膜材料选择标准 n 理解：膜结构特性，特别是对称和不对
称膜的结构特点 n 应用：通过水通量的不同选择适当的膜
材料
25
膜材料的要求
n 起过滤作用的有效膜厚度小，超滤和微滤膜的 开孔率高，过滤阻力小；
n 膜的概念 在一种流体相间有一层薄的凝聚相物
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。
第一章-分离绪论-幻灯片(1)
2. 许多发酵产品具有生理活性，很容易变性失活，遇 热、极端pH值、有机溶剂会引起失活或分解，特别 是蛋白质的生物活性与一些辅因子、金属离子的存 在和分子的空间构型有关。甚至剪切力也会影响空 间构型和使分子降解，对蛋白质的活性有很大影响， 因此，分离过程中的pH值、温度和搅拌等条件必须 特别注意；
3. 目的产物和其它代谢产物种类多，理化性质复杂， 很难通过单一手段将产物分离和纯化；
▪
此时生物技术在其各个主要领域都取得了长
足进步，一大批对人类十分有益的高附加值的产
品开始面世。80年代，国际上又兴起了对人类健
康有益的生理“功能因子”的研究，发现了一大
批生理功能性物质并推出了相应的产品，如低聚
糖、活性肽、高度不饱和脂肪酸等，生物技术在
深度和广度上都取得了很大的进展。
表1 国内外已商业化生产的现代生物技术产品举例
教材
教材： 生物分离工程(第二版). 孙彦 主编，化学工业出版社，2005
参考书： 生物分离原理及技术. 欧阳平凯 主编，化学工业出版社，1999
成绩：
平时成绩：20％ 期末：80％
1. 绪论
▪ 生物化工 Biochemical Engineering
生物学
化学
工程学
生物分离工程简介
▪ 生物分离技术(Bioseparation) ： 对于由自然界天然生成的或由人工经微
产品P
FW cTW , cXW
废料W
浓缩率
mT
cTP cTC
mX
c XP c XC
分离因子 mT cTP cTC
mX cXP cXC
cTP cTW
cXP cXW 平衡过程
原料C (比活AC)
A: U/mg
3. 目的产物和其它代谢产物种类多，理化性质复杂， 很难通过单一手段将产物分离和纯化；
▪
此时生物技术在其各个主要领域都取得了长
足进步，一大批对人类十分有益的高附加值的产
品开始面世。80年代，国际上又兴起了对人类健
康有益的生理“功能因子”的研究，发现了一大
批生理功能性物质并推出了相应的产品，如低聚
糖、活性肽、高度不饱和脂肪酸等，生物技术在
深度和广度上都取得了很大的进展。
表1 国内外已商业化生产的现代生物技术产品举例
教材
教材： 生物分离工程(第二版). 孙彦 主编，化学工业出版社，2005
参考书： 生物分离原理及技术. 欧阳平凯 主编，化学工业出版社，1999
成绩：
平时成绩：20％ 期末：80％
1. 绪论
▪ 生物化工 Biochemical Engineering
生物学
化学
工程学
生物分离工程简介
▪ 生物分离技术(Bioseparation) ： 对于由自然界天然生成的或由人工经微
产品P
FW cTW , cXW
废料W
浓缩率
mT
cTP cTC
mX
c XP c XC
分离因子 mT cTP cTC
mX cXP cXC
cTP cTW
cXP cXW 平衡过程
原料C (比活AC)
A: U/mg
生物分离工程(三版)(孙彦)011
反应、响应、控制
免疫系统
分离效果的评价 Biblioteka 分离因子收率
纯化因子
选择性
生物分离工程
概 述
学时安排
本课程合计56个学时
课堂授课 习题课 答疑 期中考试 期末复习
44－46学时 4学时 2－4学时 2学时 2学时
*答疑：
学时安排
ÄÄ 〃ÄÄ Ä §Ä ± ÄÄ Ä ÷Ä 2 ÄÄ Ä° ÄÄ〃 ÄÄÄ° ÄÄÄ úÄÄÄÄ 4 Ä ×ÄÄÄ ÄÄ í 4 ÄÄ ÄÄ 4 Ä áÄ § Ä ¤〃 ÄÄ 4 ÄÄ Ä üÄÄÄÄ ×ÄÄ 6 ÄÄÄ 〃 §Ä ± 8 4 4 2-3 2-3
生物分离技术的重要性
生物产物的特殊性； 生物产物所处环境的复杂性； 对生物产品要求的严格性；
最终结果：导致下游加工过程度成本往往 占整个生物加工过程生产成本的大部分。
下游加工技术的一般流程
分离技术的选择依据
产物所处的位置； 产物性质（分子大小、疏水性、电荷形 式和溶解度等）； 生物加工过程自身的规模和产品的商业 价值；一种目标产物的分离手段往往不 止一种，根据生产的规模和价值，选择 合适的分离技术
分离机理和分离操作
生物物质
分离效率的评价
学习目的和要求
总体要求：对本课程具有比较初步的认识； 掌握：生物下游加工技术的特点；生物分离
过程的单元操作原理；
了解：生物分离技术的研究内容和发展情况 ；
生物物质的种类和特性；下游加工过程的一般 流程 ；
应用：运用生物分离技术的评价方法分析实
际问题；
生物下游加工过程的特点
生物分离工程第一章绪论演示文稿
2009年。
《Bioseparation Process Science》Antonio A. García等。
现在是4页\一共有64页\编辑于星期三
第一章 绪论
3学时
现在是5页\一共有64页\编辑于星期三
内容提要
生物下游加工技术简介 生物下游加工过程的特点 分离机理和分离操作 生物物质 分离效率的评价
6. What are the economics of various alternative separations? （不同分离方法的技术经济比较）
现在是35页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离技术的重要性
生物产物的特殊性； 生物产物所处环境的复杂性； 对生物产品要求的严格性；
最终结果：导致下游加工过程度成本往往占 整个生物加工过程生产成本的大部分。
现在是26页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离与一般化学分离方法的比较
大约80%的化工分离方法可应用于生物 分离技术；
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物。
现在是27页\一共有64页\编辑于星期三
结构基因组研究的制约因素
在蛋白质克隆和表达 系统被不断优化的同时， 分离纯化过程蛋白质的 错误折叠及产物的不溶 及聚合已成为结构基因 组计划发展的制约因素。
现在是24页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离技术与化工分离技术的区别
化工分离技术：获得纯的化学物质 生物分离技术：在得到纯的生物物质同时，还必须
生物加工过程内容
优育生物物种的选育； 生物反应生产粗原料；
《基因工程》 《遗传与育种》
《Bioseparation Process Science》Antonio A. García等。
现在是4页\一共有64页\编辑于星期三
第一章 绪论
3学时
现在是5页\一共有64页\编辑于星期三
内容提要
生物下游加工技术简介 生物下游加工过程的特点 分离机理和分离操作 生物物质 分离效率的评价
6. What are the economics of various alternative separations? （不同分离方法的技术经济比较）
现在是35页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离技术的重要性
生物产物的特殊性； 生物产物所处环境的复杂性； 对生物产品要求的严格性；
最终结果：导致下游加工过程度成本往往占 整个生物加工过程生产成本的大部分。
现在是26页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离与一般化学分离方法的比较
大约80%的化工分离方法可应用于生物 分离技术；
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物。
现在是27页\一共有64页\编辑于星期三
结构基因组研究的制约因素
在蛋白质克隆和表达 系统被不断优化的同时， 分离纯化过程蛋白质的 错误折叠及产物的不溶 及聚合已成为结构基因 组计划发展的制约因素。
现在是24页\一共有64页\编辑于星期三
生物分离技术与化工分离技术的区别
化工分离技术：获得纯的化学物质 生物分离技术：在得到纯的生物物质同时，还必须
生物加工过程内容
优育生物物种的选育； 生物反应生产粗原料；
《基因工程》 《遗传与育种》
生物分离工程英文课件
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
• Since the product concentration is low in the culture broth, it is necessary to concentrate the broth for removing large amounts of water. Because those of unit operations are costly, the cost of DSP is increased observably.
→ Final
product
§1.2 Demands on the downstream processing
• Strictly monitor the DSP steps for keeping the activity of the product;
• Rapidly remove those impurities can affecting the stability of the final product;
efficiency of a downstream processing, i.e.
concentration degree, isolation-purification
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
• Since the product concentration is low in the culture broth, it is necessary to concentrate the broth for removing large amounts of water. Because those of unit operations are costly, the cost of DSP is increased observably.
→ Final
product
§1.2 Demands on the downstream processing
• Strictly monitor the DSP steps for keeping the activity of the product;
• Rapidly remove those impurities can affecting the stability of the final product;
efficiency of a downstream processing, i.e.
concentration degree, isolation-purification
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
反应、响应、控制
免疫系统
机械分离 对象：非均相物系， 原理： 根据物质大小、 密度的差异进行分离 传质分离 对象：均相物系；
过滤 重力沉降 离心沉降 输送分离 原理：根据溶质在外力 作用下产生的移动速度 反渗透 反渗析 超滤
分 离 过 程
p7
的差异实现分离 （速度分离法） 推动力：压力差、电位 梯度和磁场梯度 扩散分离 原理：根据溶质在两相 中分配平衡状态的差异 实现分离 （平衡分离法） 推动力：偏离平衡态的 浓度差
2
2 2 3 3 4
层析
亲和纯化 电泳 结晶 干燥
6
4 2 2 2
第一章 绪论
授课内容
生物下游加工技术简介
生物下游加工过程的特点
分离机理和分离操作
生物物质
分离效率的评价
学习目的和要求
总体要求：对本课程具有比较初步的认识； 掌握：生物下游加工技术的特点；生物分离
过程的单元操作原理；
电泳和磁泳
蒸馏、蒸发 吸收、吸附和离子交换 萃取
结晶
分离效果的评价 （p8）
分离因子
收率
纯化因子
选择性
分离效果的评价-浓缩率
cTP mT cTC
c XP mX c XC
分离效果的评价-分离因子
cTP cTC mT c XP c XC m X
（针对原料和产品）
（针对废料和产品）
产物的不溶及聚合已
成为结构基因组计划
Crystallized
Expressed
Purified
Crystal Structure NMR Structure
In PDB
Soluble
发展的制约因素。
生物分离技术与化工分离技术 的区别
化工分离技术：获得纯的化学物质 生物分离技术：在得到纯的生物物质同时，还必
下游加工技术的一般流程
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(isolation) 产物浓缩(concentration) 产物纯化(purification) 成品化(polishing) 注意：
多步分离导致收率降低；
（p3）
分离技术的选择依据 （p3）
产物所处的位置；
现代生物技术的兴起
两项技术
第一个含有外源基因的重组质粒在细菌内增殖 成功（1973年） 细胞融合技术（1975年）
直接结果：
上述两项技术的直接此前天然存在于生物 体内极微量的生物物质得以通过大量生物培养 方式进行商业的生产，出现了现代生物加工过 程。
生物加工过程内容
优育生物物种的选育； 生物反应生产粗原料； 目标产物的分离纯化过程；
生物分离工程
概 述
参考书目
教材：
《生物分离工程》 孙彦编著，化学工业出版社，2005年
主要参考书目
《生物工程下游技术》 刘国诠主编，1993年 《Bioseparation Process Science》 Antonio A. Garcí a等
学时安排
目录 分配学时 目录 分配学时
绪论
细胞分离与破碎 沉淀 膜分离 萃取 吸附与离子交换
须关注特定杂质的去除；
与传统的化学试剂的纯 度概念不同，生物产物对 有害物质有严格的控制， 生产过程也要求有严格的 管理，在最终产品中往往 不允许有极微量的有害杂 质存在。
聚合物
可滤过性
生物分离技术的重要性
生物产物的特殊性； 生物产物所处环境的复杂性； 对生物产品要求的严格性；
最终结果：导致下游加工过程度成本往往 占整个生物加工过程生产成本的大部分。 （p1）
产物性质（分子大小、疏水性、 电荷形式和溶解度等）；
生物加工过程自身的规模和产 品的商业价值；一种目标产物 的分离手段往往不止一种，根 据生产的规模和价值，选择合 适的分离技术
生物下游加工过程的特点
（p4）
满足维持生物物质活性的要求
满足快速分离的要求
满足纯度和杂质去除的要求
满足高效分离的要求
生物工程的基本内容
早期的生物工程的萌芽
Alexander Fleming （1928）
美国和英国合作对青霉素进行生产研究 （1941年），出现表面培养：1升扁瓶 或锥形瓶，内装200mL麦麸培养基 ─── 40u/ml
生物工程的萌芽
1943年沉浸培养： 5m3 ─── 200u/ml 当今：100m3─200m3 ─── 5-7万u/ml
了过程的一般 流程 ；
应用：运用生物分离技术的评价方法分析实
际问题；
何谓生物分离工程？
生物分离工程是生物工程或者说是生物 化学工程的一个组成部分，生物化工产 品是通过微生物发酵，酶反应过程和动、 植物大量培养获得，从发酵液、反应液 或培养液中分离、精制（纯化）有关产 品的过程。
cTP cTW c XP c XW
分离效果的评价-回收率
FP cTP R 100% FC cTC
《基因工程》 《遗传与育种》
《生物反应工程》
生物分离工程
结构基因组的研究内容
Bottleneck
结构基因组研究的制约因素
50000 40000 30000 20000 10000 0
49% 39% 15% 6% 3% 8% 100%
在蛋白质克隆和表
达系统被不断优化的
同时，分离纯化过程
蛋白质的错误折叠及
生物分离工程的萌芽
白蛋白
Golden Time概念的提出 血液制品的生产
生命科学的发展带动生物工程的进步
1953年，DNA双螺旋结构的发现 1972年，美国斯坦福大学构建了第一个重 组DNA分子 1996年，克隆羊“多利”诞生在英国的罗 斯林研究所 1990-2006，人类基因组计划 现在，生物信息、生物芯片、胚胎干细胞等
满足成本优化的要求
生物分离本质
有效地识别混合物中不同溶质间物 理、化学和生物学性质的差别，利用能 够识别这些差别的分离介质和（或）扩
大这些差别的分离设备实现溶质间的分
离或目标组分的纯化。
常用的分离技术及其机理 （p5）
物理性质 力学性质 热力学性质 传质性质 电磁性质 化学性质 化学热力学 反应动力学 光化学性质 生物学性质 分子识别 输送性质 重力、离心力、筛分 状态变化、相平衡 粘度、扩散、热扩散 电泳、电渗、磁化 化学平衡 反应速率 激光激发、离子化 生物亲和作用、生物学识别 生物膜输送