生物分离预处理与破碎

生化别离工程

整理ppt目的与要求掌握萃取别离、膜别离、色谱别离、亲和别离等的根本原理及其特点。能在实际工作中掌握几种别离技术的工艺过程及熟悉相关设备。能在生物产品产业化研究及工艺设计中合理应用相应别离技术。整理ppt教材及参考资料孙彦.生物别离工程.化学工业出版社，2001严希康.生化别离工程.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.生物别离原理与技术，化学工业出版社，1999。刘茉娥.膜别离技术.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整理ppt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整理pptSCI杂志BIOTECHNOLBIOENGinterscience.wiley/jpages/0006-3592JSEPSCIinterscience.wiley/jpages/1615-9306JCHEMTECHNOLBIOTinterscience.wiley/jpages/0268-2575

整理pptJCHROMATOGAelsevier/locate/chromaJMEMBRANESCIelsevier/locate/memsciJSUPERCRITFLUIDelsevier/locate/supfluENZYMEMICROBTECH elsevier/locate/enzmictec整理pptCHEMENGSCIelsevier/locate/cesSEPPURIFTECHNOLelsevier/locate/seppurBIOCHEMENGJelsevier/locate/bejDESALINATION elsevier/locate/desal整理pptSEPARPURIFMETHODdekker/servlet/product/productid/SPMSEPARSCITECHNOLdekker/servlet/product/productid/SSBIOSEPARATIONkluweronline/issn/0923-179X/contents整理ppt1.绪论1.1生化别离工程的研究对象1.2生化别离工程的重要性1.3生化别离工程的特点1.4生化别离工程的一般工艺过程1.5生化别离工程的开展动态整理ppt1.1生化别离工程的研究对象定义对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反响等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取别离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术。整理ppt1.2生化别离工程的重要性生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中。唯有经过别离和纯化等下游加工过程，才能制得符合使用要求的产品。因此产品的别离纯化是生物技术工业化的必需手段。整理ppt在生物产品的开发研究中，别离过程的费用占全部研究费用的50％以上；在产品的本钱构成中，别离与纯化局部占总本钱的40～80％；精细、药用产品的比例更高达70～90％。显然开发新的别离和纯化工艺是提高经济效益或减少投资的重要途径。生化别离是生物技术产品产业化的必经之路，故而越来越受到人们的重视。整理ppt1.3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本钱，包括发酵废液的处理本钱，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。整理ppt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别离纯化方法除去影响目标产物稳定性的杂质。整理ppt原料液中目标产物的浓度一般都很低。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、膜别离会受到一定的限制。整理ppttypicalproductsfromfermentation整理ppt整理ppt生物工程的主要特点是生物制品多种多样，产品的多样性导致别离方法的多样性整理ppttypesofmoleculesmanufacturedbyfermentation整理ppt绝大多数生物别离方法来源于化学品的别离方法，大约80%的化工别离方法可应用于生物别离技术中。整理ppt生物别离与化学别离方法的比较

整理ppt生物别离一般比化工别离难度大

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

整理ppt生物产品要求高质量：*purity〔纯度〕*sanitation〔卫生〕*biologicalactivity〔生物活性〕整理ppt设计中应考虑以下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？不同别离方法的技术经济比较整理ppt1.4生化别离工程工艺过程某一具体产品的别离提取工艺还与以下情况有关：①产物本身的性质；②是胞内产物还是胞外产物；③原料中产物和主要杂质浓度；④产物和主要杂质的理化特性及差异；⑤产品用途和质量标准；⑥产品的市场价格；⑦废液的处理方法等。整理ppt可分为4个阶段，即预处理、提取、精制、成品制作。预处理→细胞别离→细胞破壁→碎片别离→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枯燥絮凝膜别离酶解法膜别离萃取色谱别离无菌过滤超滤

图1-1生化别离工程一般工艺过程整理ppt

A.不溶物的去除*filtration〔过滤〕*centrifugation〔离心〕*celldisruption〔细胞破碎〕产物浓度和质量得到了提高整理pptB.产物别离离子交换萃取a.solventextraction〔溶剂萃取〕b.reversedmicelleextraction〔反微团萃取〕c.supercriticalfluidextraction〔超临界流体萃取〕d.two-aqueousphaseextraction〔双水相萃取〕不具备特异性，只是进行初分，可提高产物浓度和质量整理pptC.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整理pptD.产品的精制*crystallization〔结晶〕*drying〔枯燥〕整理ppt一般情况下，原料中产品浓度越低，下游技术的本钱越高。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％。整理ppt1.5生化别离工程的开展动态传统别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，简化下游过程整理ppt传统别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问世，也从一个侧面推动生物工业向更大规模方向开展。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。整理ppt新技术的研究和开发新型别离介质的研究开发膜、树脂和凝胶是主要的新型别离介质。从半渗透膜开始，膜技术已经逐步开展成一个庞大的膜家族。膜

离子交换膜过滤膜气体别离膜液膜渗析膜新别离膜

微滤超滤反渗纳米乳化支持渗透蒸膜萃膜蒸膜吸膜膜透膜滤膜液膜液膜发膜取馏收

图1-2膜技术家族图整理ppt色谱别离是有机化学和生物化学中大分子别离的一项十分重要的别离技术，属精细别离。如琼脂糖凝胶作为基质，与各种配基结合后制成各种色谱别离介质，开发出一大类各具特色的，对别离生物大分子十分有效的色谱别离技术。整理ppt子代别离技术各种别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别离技术。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；膜别离过程与亲和配基相结合，形成了亲和膜别离过程；整理ppt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别离电泳别离整理ppt下游工程与上游工程相结合发酵与别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，近年来逐步开展到用于好氧发酵过程中来。发酵-别离耦合过程的优点是可以解除终产物的反响抑制效应，同时简化产物提取过程，缩短生产周期。整理ppt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的产物量为目标，此外，还应设法增加产物的胞外分泌量，减少非目的产物的分泌〔如色素、毒素、降解酶及其他干扰性杂质等〕以及赋于菌种或产物以某种有益的性质以改善产物的别离特性，从而简化下游加工过程。整理pptBeerStillageFermenterBeerStillScreensRotarySprayDriedDriedNeutralCondenserRectifyingColumnPurifyingColumnCondenserHeadsWater

Whiskey*Ethanolfromfermentation.整理pptFermenterFilter石灰浆H(2)SO(4)FilterCaSO(4)SpentBeer菌丝体FilterEvaporatorCentrifugeDrierBulkCarbon

*Citricacidmanufacture整理ppt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整理pptFermentationFiltrationAcidSolventExtractionBaseStrippingWasteAcidFreshExtractionStrippingBaseSpentBeerCrystallizationDryingWaterWastesolventWastewaterBiomass

*Penicillinproduction.整理ppt产黄青霉青霉素为弱酸性物质萃取法整理ppt第二章生物材料预处理和细胞破碎2.1固液别离的分类2.2发酵液的组成2.3培养液的根本特征2.4悬浮液的预处理预处理的目的预处理方法2.5常用过滤器整理ppt2.1固液别离的类型1、过滤(重力过滤器、压滤器、真空过滤器)

2、离心

整理ppt2.2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。生物细胞培养液根本上也是悬浮液。培养液的组成： 水70-80%+ 固体细胞及碎片20-30%(对微生物发酵)+ 少量的代谢产物+ 细胞破裂后的内容物+ 残存的培养基成分整理ppt2.3培养液的根本特征A、细胞成分及碎片大小不一，颗粒越小，别离本钱增加。B、固液密度相近，黏度高：沉降和离心别离困难C、固体成分可压缩可变形+高黏度：过滤困难，黏附在滤布，错流过滤形成凝胶层D、动植物细胞抗剪切力差：错流膜过滤和离心等不适整理ppt2.4发酵液的预处理预处理的目的:改变发酵液的物理性质(黏度、颗粒、颗粒稳定性等)，固液别离速度，别离器别离效率；目标产物转移其中一相(多数为液相)；去杂质预处理方法加热：最简单和最廉价的处理方法。黏度、促凝聚、去蛋白(如链霉素〕调pH值：方法简单有效〔如处理抗生素溶液〕；整理ppt凝聚：在凝聚剂(如铝盐、铁盐)作用下,细胞蛋白质等(准)胶体去稳定，并聚集成1mm大小的凝聚块的过程。整理ppt凝聚剂种类：A、无机盐类，如明矾、AlCl3、FeCl3、ZnSO4、碳酸镁等；B、无机碱，如Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、CaO等；

机理：A、破坏双电层，B、破坏胶粒的水化层整理ppt影响因素：无机盐种类、化合价、用量Al3+＞Fe3+＞

H+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+整理ppt絮凝

高分子絮凝剂的存在下，在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。整理ppt天然：多糖类〔壳聚糖及衍生物〕海藻酸钠、明胶、骨胶人工：聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物〔毒性〕、聚合铝盐、聚合铁盐整理ppt影响因素：絮凝剂种类、分子量、用量、pH、搅拌速度、时间

整理ppt去除杂蛋白的其他方法等电点沉淀〔pH4-5.5〕变性沉淀〔加热、改变pH、有机溶剂〕加沉淀剂〔三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、Ag+,Cu2+,Zn2+,Fe3+,Pb2+)吸附〔四环素:加黄血盐和硫酸锌、枯草杆菌碱性蛋白酶:CaCl2加PO43-)整理ppt酶解法去除不溶性多糖蛋白酶发酵液中加淀粉酶水解培养