现代分离科学与技术

1、 n分离机理分离机理 n对于一个待分离的原料，一般利用原料中目标产物 与共存杂质之间在物理、化学以及生物学性质上的 差异，使其在分离操作中具有不同的传质速率传质速率和 (或)平衡状态平衡状态，从而实现分离的目的。 n物理性质物理性质 n力学性质： 离心力、重力、电场力； n热力学性质： 状态变化、相平衡； n传质性质： 粘度、扩散、热扩散； n电磁性质： 电泳、电渗析、磁化。 n化学性质化学性质 n化学热力学： 化学平衡； n反应动力学： 反应速率； n光化学性质： 激光激发、离子化。 n生物学性质生物学性质 n分子识别： 生物亲和作用、生物学识别； n输送性质： 生物膜输送， n反应、响应、

2、控制：酶反应、免疫系统。 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。 m (concentration factor) (separation factor) n利用微生物发酵生产时，由于菌种和发酵醪特性不利用微生物发酵生产时，由于菌种和发酵醪特性不 同，其预处理方法和提取、精制方法的选择也有差同，其预处理方法和提取、精制方法的选择也有差 异。异。 n大多数发酵产物存在发酵醪中；也有少数发酵产物大多数发酵产物存在发酵醪中；也有少数发酵产物 存在菌体中；或发酵醪和菌体都含有，例如四环类存在菌体中；或发酵醪

3、和菌体都含有，例如四环类 抗生素。抗生素。 n各种发酵产物浓度一般较低，并且，发酵醪的组成各种发酵产物浓度一般较低，并且，发酵醪的组成 复杂，必须进行针对性的预处理。复杂，必须进行针对性的预处理。 n4、发酵醪的培养基残留成分复杂、发酵醪的培养基残留成分复杂 无机盐类，非蛋白质大分子及其降解产物无机盐类，非蛋白质大分子及其降解产物 n5、发酵醪常含有少量类似结构的其他代谢产物、发酵醪常含有少量类似结构的其他代谢产物 分离提纯困难分离提纯困难 n6、发酵醪还含有色素、热原质、毒性物质等杂质。、发酵醪还含有色素、热原质、毒性物质等杂质。 需预处理去除需预处理去除 生产青霉素工艺培养基（液体）生产青

4、霉素工艺培养基（液体） 葡萄糖或糖蜜葡萄糖或糖蜜 总量的总量的10%；玉米浆；玉米浆 4%-5% 动动/植物油植物油-消泡剂消泡剂 0.5%； 苯乙酸苯乙酸 0.5%-0.8% n（1） 菌体菌体 n主要以菌体细胞作为发酵产品，如单细胞蛋白、面主要以菌体细胞作为发酵产品，如单细胞蛋白、面 包酵母、饲料酶母等；包酵母、饲料酶母等； n从菌体细胞中提取有用的发酵产物，如由酵母细胞从菌体细胞中提取有用的发酵产物，如由酵母细胞 提取辅酶提取辅酶A、核糖核酸等产品；、核糖核酸等产品； n有的抗生素主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生有的抗生素主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生 菌在发酵过程中所产生的灰黄霉

5、素主要在菌丝中，菌在发酵过程中所产生的灰黄霉素主要在菌丝中， 因此，也要从菌丝体中进行提取。因此，也要从菌丝体中进行提取。 n（2） 酶酶 n发酵产物为酶制剂，包括胞外酶和胞内酶。发酵产物为酶制剂，包括胞外酶和胞内酶。 如如-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶、淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶、 葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、 果胶酶、转化酶、蜜二糖酶、柚苷酶、花青素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖酶、柚苷酶、花青素酶、 脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉 素酰胺酶、磷酸二酰酶

6、、天冬酰胺酶等。素酰胺酶、磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等。 n（3） 代谢产物代谢产物 n代谢副产物代谢副产物 n中间代谢产物中间代谢产物 n次级代谢产物次级代谢产物 有机溶剂发酵产物；核苷酸类物质发酵产物；有机溶剂发酵产物；核苷酸类物质发酵产物； 抗生素；多糖发酵产物；抗生素；多糖发酵产物； 维生素发酵产物；甾体激素等维生素发酵产物；甾体激素等 n目的产物在初始物料中的含量低含量低； n初始物料组成复杂组成复杂，含大量的细胞、代谢物、残留 培养基、无机盐等； n生物活性物质的稳定性差稳定性差，对pH、温度、金属离 子、有机溶剂、剪切力、表面张力等十分敏感，易 失活、变性； n生化产品种类繁多，分子

7、量、结构和性质差异大； n对最终产品的质量要求高质量要求高。 生化产品多为医药、食品、生物试剂等，必须达到 药典、食品规范和试剂标准的要求。 u条件温和，必须保持目标产物的生物活性； u分离纯化技术的选择性好、分离纯化倍数高； u对目标产物的量和活性具有较高的收率； u单个分离技术效率高的同时，各单元操作间可有效 组合并整体协调，以减少工艺过程的步骤； u快速，生产能力高。 目前，在大多数生物产品的开发研究中，后处理过 程等的研究费用约占全部费用的50%以上；在产品 的成本构成中，后处理成本占总成本的40%-80%； 部分药用等精细产品，其后处理成本可达70%-90%. 1.4.4 生物物质常

8、用的分离技术生物物质常用的分离技术 n氨基酸 ：结晶、离子交换 、电泳 n蛋白质和多肽 ：离子交换、电泳 、免疫亲和 n核苷酸：离子交换、电泳 n糖类 ：吸附层析 n脂质：有机溶剂萃取、超临界流体萃取、层析 n抗生素 ：有机溶剂萃取、离子交换、结晶和吸附 层析 (胞外产物) (胞内产物) 发酵液发酵液 预处理预处理 细胞分离细胞分离 细胞细胞破壁破壁 碎片分离碎片分离 提取提取 精制精制 成品制作成品制作 加热 调 pH 絮凝 过滤 离心 膜分离 匀浆 研磨 醇解 离心 双水相 膜分离 沉淀 吸附 萃取 超滤 结晶 (重)结晶 离子交换 色谱分离 膜分离 浓缩 干燥 无菌过滤 成型 Recovery of penicilli