生物分离工程(三版)(孙彦)01..
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生物分离工程
概述
学时安排
本课程合计48个学时
课堂授课
40 学时
答疑
2-4 学时（非课堂）
自学
4 学时
课堂测验
2 学时
期末复习
2 学时
*答疑：化工基础实验中心 302室
学时安排
目录
分配学时
目录
绪论
2 液相色谱
细胞的分离与胞内产 物的溶解
亲和色谱 4 电泳和电色谱
初级分离
6 蛋白质复性
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 免疫系统
分 离 过 程
机械分离
过滤
对象：非均相物系，
原理：根据物质大小、 重力沉降
密度的差异进行分离 离心沉降
传质分离 对象：均相物系；
输送分离 原理：根据溶质在外力 作用下产生的移动速度
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
生物分离工程的萌芽
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
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
生物下游加工过程的特点
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 满足成本优化的要求
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。
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；
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。
Expressed Soluble Purified
Crystallized Crystal Structure NMR Structure In PDB
生物分离技术与化工分离技术 的区别
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
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；
《基因工程》 《遗传与育种》
《生物反应工程》
目标产物的分离纯化过程；
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
100%
40000
30000 20000 10000
0
49% 39%
15% 6% 3% 8%
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；
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；
Байду номын сангаас
何谓工程（学）？
The application of scientific and mathematical principles to practical ends such as the design, manufacture, and operation of efficient and economical structures, machines, processes, and systems.
超滤 反渗透
的差异实现分离 （速度分离法）
反渗析
推动力：压力差、电位 梯度和磁场梯度
电泳和磁泳
扩散分离 原理：根据溶质在两相 中分配平衡状态的差异
蒸馏、蒸发 吸收、吸附和离子交换
膜分离
4 结晶
萃取
6 干燥
吸附分离技术
6
分配学时 6 4 4 2 2 2
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. García等
将科学及数学原理运用于实际用途的应用手段， 如设计、制造并操纵高效、经济的结构、机器、过 程及系统
-《美国传统词典》
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
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
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；
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
物理性质 化学性质 生物学性质
力学性质 热力学性质 传质性质 电磁性质 化学热力学 反应动力学 光化学性质 分子识别 输送性质 反应、响应、控制
概述
学时安排
本课程合计48个学时
课堂授课
40 学时
答疑
2-4 学时（非课堂）
自学
4 学时
课堂测验
2 学时
期末复习
2 学时
*答疑：化工基础实验中心 302室
学时安排
目录
分配学时
目录
绪论
2 液相色谱
细胞的分离与胞内产 物的溶解
亲和色谱 4 电泳和电色谱
初级分离
6 蛋白质复性
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 免疫系统
分 离 过 程
机械分离
过滤
对象：非均相物系，
原理：根据物质大小、 重力沉降
密度的差异进行分离 离心沉降
传质分离 对象：均相物系；
输送分离 原理：根据溶质在外力 作用下产生的移动速度
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
生物分离工程的萌芽
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
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
生物下游加工过程的特点
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 满足成本优化的要求
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。
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；
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。
Expressed Soluble Purified
Crystallized Crystal Structure NMR Structure In PDB
生物分离技术与化工分离技术 的区别
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
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；
《基因工程》 《遗传与育种》
《生物反应工程》
目标产物的分离纯化过程；
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
100%
40000
30000 20000 10000
0
49% 39%
15% 6% 3% 8%
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；
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；
Байду номын сангаас
何谓工程（学）？
The application of scientific and mathematical principles to practical ends such as the design, manufacture, and operation of efficient and economical structures, machines, processes, and systems.
超滤 反渗透
的差异实现分离 （速度分离法）
反渗析
推动力：压力差、电位 梯度和磁场梯度
电泳和磁泳
扩散分离 原理：根据溶质在两相 中分配平衡状态的差异
蒸馏、蒸发 吸收、吸附和离子交换
膜分离
4 结晶
萃取
6 干燥
吸附分离技术
6
分配学时 6 4 4 2 2 2
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. García等
将科学及数学原理运用于实际用途的应用手段， 如设计、制造并操纵高效、经济的结构、机器、过 程及系统
-《美国传统词典》
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
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
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；
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
物理性质 化学性质 生物学性质
力学性质 热力学性质 传质性质 电磁性质 化学热力学 反应动力学 光化学性质 分子识别 输送性质 反应、响应、控制