南工大生物分离工程

南工大生物分离工程汇报人：AA2024-01-25目录生物分离工程概述生物分离技术原理与方法生物大分子分离纯化策略细胞破碎与细胞器分离技术发酵液预处理及固液分离技术新型生物分离技术展望与挑战01生物分离工程概述ABDC定义生物分离工程是生物工程的重要组成部分，利用物理、化学和生物学的原理和方法，从生物体系中选择性地分离、纯化和制备目标产物的一门技术。选择性针对不同目标产物，采用特定的分离方法和技术。高效性通过优化分离条件和技术参数，提高分离效率和纯度。多样性适用于多种生物体系，包括微生物、动植物细胞、发酵液等。生物分离工程定义与特点用于药物的生产、纯化和质量控制，如抗生素、蛋白质药物等。从生物资源中提取有用成分，生产化学品、酶制剂等。用于食品的加工、保藏和质量控制，如乳制品、酒类等。处理废水、废气等，回收有用物质，减少环境污染。生物医药生物化工食品工业环境工程生物分离工程应用领域如膜分离技术、超临界流体萃取等。新型分离技术的开发利用计算机技术和人工智能技术，实现分离过程的自动化控制和优化。分离过程的自动化与智能化结合化学、物理学、生物学等多学科知识，创新分离方法和技术。多学科交叉融合注重环保和资源循环利用，推动生物分离工程的绿色化发展。绿色可持续发展生物分离工程发展趋势02生物分离技术原理与方法010203盐析法通过加入中性盐使生物大分子从溶液中沉淀出来，常用于蛋白质分离。有机溶剂沉淀法利用有机溶剂降低溶液的介电常数，使溶质分子间静电引力增大而聚集沉淀，适用于某些多糖和核酸的分离。选择性沉淀法利用某些试剂选择性地与某些生物大分子形成不溶性的盐或复合物而沉淀，如某些酸性多糖与钙、钡等阳离子形成不溶性盐而沉淀。沉淀法利用吸附剂对不同物质吸附能力的差异进行分离，如硅胶、氧化铝等吸附剂常用于分离脂溶性物质。吸附色谱法利用固定相与流动相之间对待分离物质溶解度的差异进行分离，如以硅胶为固定相，以不同比例的有机溶剂为流动相进行洗脱。分配色谱法利用离子交换剂与待分离物质中离子进行交换的能力差异进行分离，常用于分离氨基酸、多肽等带电物质。离子交换色谱法色谱法利用超滤膜截留不同分子量物质的能力进行分离，常用于蛋白质、酶等生物大分子的浓缩和脱盐。超滤法反渗透法纳滤法利用半透膜只允许溶剂通过而截留溶质的能力进行分离，常用于水溶液的浓缩和纯化。介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术，可截留分子量较小的物质和一部分离子。030201膜分离法利用待分离物质在电场作用下移动速度的差异进行分离，如凝胶电泳常用于DNA片段的分离和纯化。电泳法利用生物大分子间特异的亲和力进行分离纯化，如利用抗原-抗体反应、酶-底物反应等进行层析分离。亲和层析法利用待分离物质在两种不互溶溶剂中溶解度的差异进行分离，如液-液萃取、固相萃取等。萃取法其他分离技术03生物大分子分离纯化策略

蛋白质分离纯化盐析法通过加入中性盐破坏蛋白质的胶体稳定性，使其从溶液中沉淀析出。有机溶剂沉淀法利用有机溶剂降低溶液的介电常数，减小蛋白质分子间的静电斥力，促进蛋白质沉淀。等电点沉淀法调节溶液pH至蛋白质的等电点，使蛋白质分子所带净电荷为零，相互聚集而沉淀。乙醇沉淀法在核酸溶液中加入乙醇，降低核酸的溶解度，使其以沉淀形式析出。酚抽提法利用酚类化合物与核酸的相互作用，将核酸从复杂的生物样品中分离出来。离子交换层析法利用离子交换剂与核酸分子间的静电相互作用，实现核酸的分离纯化。核酸分离纯化03凝胶色谱法利用凝胶色谱柱对多糖分子进行分离，根据多糖分子的大小和形状不同，实现多糖的纯化。01乙醇分级沉淀法通过不同浓度的乙醇溶液对多糖进行分级沉淀，得到不同分子量的多糖组分。02季铵盐沉淀法利用季铵盐与多糖形成不溶性复合物而沉淀析出的原理，实现多糖的分离纯化。多糖分离纯化04细胞破碎与细胞器分离技术包括研磨、匀浆、超声波等，适用于各种细胞类型，破碎效率高，但可能产生热量和剪切力，影响目标产物的活性。机械法包括冻融、渗透压冲击、微波等，通过改变细胞内外环境导致细胞破裂，适用于对机械力敏感的细胞或产物。物理法使用表面活性剂、酶等化学物质破坏细胞膜结构，适用于特定类型的细胞，需考虑化学物质的毒性和后续去除问题。化学法细胞类型、目标产物的性质和稳定性、破碎效率、成本等。选择依据细胞破碎方法比较及选择依据线粒体提取通过差速离心法分离细胞组分，结合密度梯度离心进一步纯化线粒体。叶绿体提取利用叶绿体在光照条件下的趋光性，通过光照-离心法提取叶绿体。纯化方法可采用凝胶电泳、色谱法等分离纯化线粒体或叶绿体中的特定蛋白质或酶。细胞器（如线粒体、叶绿体）的提取和纯化方法通过破碎细胞后，利用核糖体与其他细胞组分的密度差异，采用密度梯度离心法进行分离。核糖体提取破碎细胞后，采用差速离心法分离溶酶体，可结合密度梯度离心进一步提高纯度。溶酶体提取可采用凝胶电泳、色谱法、免疫沉淀等进一步分离纯化核糖体或溶酶体中的特定成分。纯化方法亚细胞组分（如核糖体、溶酶体）的提取和纯化方法05发酵液预处理及固液分离技术调整pH值根据后续处理工艺的要求，通过加酸或加碱调整发酵液的pH值。浓缩通过蒸发、膜分离等方法浓缩发酵液，提高目标产物的浓度。去除杂质通过过滤、离心等方法去除发酵液中的不溶性固体杂质。发酵液预处理目的和方法固液分离方法比较及选择依据过滤法利用滤料截留固体颗粒，适用于固体颗粒较大、含量较高的发酵液。离心法利用离心力使固体颗粒与液体分离，适用于固体颗粒较小、含量较低的发酵液。沉降法利用重力作用使固体颗粒沉降，适用于固体颗粒较大、密度较大的发酵液。选择依据根据发酵液的性质（如固体颗粒大小、含量、密度等）以及后续处理工艺的要求选择合适的固液分离方法。123由交替排列的滤板和滤框构成一组滤室，通过压力作用使发酵液通过滤布，实现固液分离。板框压滤机利用离心力将发酵液中的固体颗粒与液体分离，根据结构可分为卧式离心机和立式离心机。离心机通过重力作用使发酵液中的固体颗粒沉降到底部，实现固液分离，根据结构可分为连续式沉降器和间歇式沉降器。沉降器典型固液分离设备介绍06新型生物分离技术展望与挑战温和分离条件仿生膜技术可在温和的条件下进行分离，避免了对生物活性物质的破坏，有利于保持其生物活性。广泛应用领域仿生膜技术可应用于生物医药、食品工业、环境保护等领域，具有广阔的应用前景。高选择性分离仿生膜技术通过模拟生物膜的结构和功能，实现对目标物质的高选择性分离，有望解决传统分离技术中选择性差的难题。仿生膜技术在生物分离中应用前景高效提取超临界流体萃取技术使用的溶剂可循环使用，且提取过程中无有害废弃物产生，符合绿色环保要求。环保无污染广泛应用超临界流体萃取技术可应用于中药、天然产物、食品等领域中生物活性成分的提取。超临界流体萃取技术利用超临界流体的独特性质，可实现对生物活性成分的高效提取，提高提取效率。超临界流体萃取在生物活性成