生物分離工程課件-01

1、生物分離工程生物分離工程概概 述述參考書目參考書目n教材： 生物分離工程 孫彥編著，化學(xué)工業(yè)出版社，2005年n主要參考書目 生物工程下游技術(shù) 劉國詮主編，1993年 Bioseparation Process Science Antonio A. Garca等學(xué)時安排學(xué)時安排目錄目錄分配學(xué)時分配學(xué)時目錄目錄分配學(xué)時分配學(xué)時緒論緒論2層析層析6 6細(xì)胞分離與破碎細(xì)胞分離與破碎2親和純化親和純化4 4沉淀沉淀2電泳電泳2 2膜分離膜分離3結(jié)晶結(jié)晶2 2萃取萃取3干燥干燥2 2吸附與離子交換吸附與離子交換4第一章第一章 緒論緒論授課內(nèi)容授課內(nèi)容n生物下游加工技術(shù)簡介生物下游加工技術(shù)簡介n生物下游加

2、工過程的特點(diǎn)生物下游加工過程的特點(diǎn)n分離機(jī)理和分離操作分離機(jī)理和分離操作n生物物質(zhì)生物物質(zhì)n分離效率的評價(jià)分離效率的評價(jià)學(xué)習(xí)目的和要求學(xué)習(xí)目的和要求 n總體要求：總體要求：對本課程具有比較初步的認(rèn)識；對本課程具有比較初步的認(rèn)識；n掌握：掌握：生物下游加工技術(shù)的特點(diǎn)；生物分離生物下游加工技術(shù)的特點(diǎn)；生物分離過程的單元操作原理；過程的單元操作原理；n了解：了解：生物分離技術(shù)的研究內(nèi)容和發(fā)展情況生物分離技術(shù)的研究內(nèi)容和發(fā)展情況 ；生物物質(zhì)的種類和特性；下游加工過程的一般生物物質(zhì)的種類和特性；下游加工過程的一般流程流程 ；n應(yīng)用：應(yīng)用：運(yùn)用生物分離技術(shù)的評價(jià)方法分析實(shí)運(yùn)用生物分離技術(shù)的評價(jià)方法分析實(shí)際

3、問題；際問題；何謂生物分離工程？何謂生物分離工程？生物分離工程生物分離工程是生物工程或者說是生物是生物工程或者說是生物化學(xué)工程的一個組成部分，生物化工產(chǎn)化學(xué)工程的一個組成部分，生物化工產(chǎn)品是通過微生物發(fā)酵，酶反應(yīng)過程和動、品是通過微生物發(fā)酵，酶反應(yīng)過程和動、植物大量培養(yǎng)獲得，從發(fā)酵液、反應(yīng)液植物大量培養(yǎng)獲得，從發(fā)酵液、反應(yīng)液或培養(yǎng)液中分離、精制（純化）有關(guān)產(chǎn)或培養(yǎng)液中分離、精制（純化）有關(guān)產(chǎn)品的過程。品的過程。 生物工程的基本內(nèi)容早期的生物工程的萌芽早期的生物工程的萌芽 美國和英國合作對青霉素進(jìn)行生產(chǎn)研究美國和英國合作對青霉素進(jìn)行生產(chǎn)研究（1941年），出現(xiàn)表面培養(yǎng)：年），出現(xiàn)表面培養(yǎng)：1升扁

4、瓶升扁瓶或錐形瓶，內(nèi)裝或錐形瓶，內(nèi)裝200mL麥麩培養(yǎng)基麥麩培養(yǎng)基 40u/ml Alexander Fleming （1928）生物工程的萌芽生物工程的萌芽生物分離工程的萌芽生物分離工程的萌芽Golden Time概念的提出血液制品的生產(chǎn)白蛋白 n1953年，年，DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)n1972年，美國斯坦福大學(xué)構(gòu)建了第一個重年，美國斯坦福大學(xué)構(gòu)建了第一個重組組DNA分子分子n1996年，克隆羊年，克隆羊“多利多利”誕生在英國的羅誕生在英國的羅斯林研究所斯林研究所n1990-2006，人類基因組計(jì)劃，人類基因組計(jì)劃n現(xiàn)在，生物信息、生物芯片、胚胎干細(xì)胞等現(xiàn)在，生物信息、生物芯

5、片、胚胎干細(xì)胞等生命科學(xué)的發(fā)展帶動生物工程的進(jìn)步生命科學(xué)的發(fā)展帶動生物工程的進(jìn)步現(xiàn)代生物技術(shù)的興起現(xiàn)代生物技術(shù)的興起 n兩項(xiàng)技術(shù)兩項(xiàng)技術(shù) 第一個含有外源基因的重組質(zhì)粒在細(xì)菌內(nèi)增殖第一個含有外源基因的重組質(zhì)粒在細(xì)菌內(nèi)增殖成功（成功（1973年）年） 細(xì)胞融合技術(shù)（細(xì)胞融合技術(shù)（1975年）年）n直接結(jié)果：直接結(jié)果： 上述兩項(xiàng)技術(shù)的直接此前天然存在于生物上述兩項(xiàng)技術(shù)的直接此前天然存在于生物體內(nèi)極微量的生物物質(zhì)得以通過大量生物培養(yǎng)體內(nèi)極微量的生物物質(zhì)得以通過大量生物培養(yǎng)方式進(jìn)行商業(yè)的生產(chǎn)，出現(xiàn)了現(xiàn)代生物加工過方式進(jìn)行商業(yè)的生產(chǎn)，出現(xiàn)了現(xiàn)代生物加工過程。程。 生物加工過程內(nèi)容生物加工過程內(nèi)容 n優(yōu)育生

6、物物種的選育；優(yōu)育生物物種的選育； n生物反應(yīng)生產(chǎn)粗原料；生物反應(yīng)生產(chǎn)粗原料； n目標(biāo)產(chǎn)物的分離純化過程；目標(biāo)產(chǎn)物的分離純化過程； 基因工程基因工程遺傳與育種遺傳與育種生物反應(yīng)工程生物反應(yīng)工程生物分離工程生物分離工程結(jié)構(gòu)基因組的研究內(nèi)容結(jié)構(gòu)基因組的研究內(nèi)容Bottleneck結(jié)構(gòu)基因組研究的制約因素結(jié)構(gòu)基因組研究的制約因素 在蛋白質(zhì)克隆和表達(dá)系統(tǒng)被不斷優(yōu)化的同時，分離純化過程蛋白質(zhì)的錯誤折疊及產(chǎn)物的不溶及聚合已成為結(jié)構(gòu)基因組計(jì)劃發(fā)展的制約因素。NoImage生物分離技術(shù)與化工分離技術(shù)生物分離技術(shù)與化工分離技術(shù)的區(qū)別的區(qū)別 n化工分離技術(shù)：化工分離技術(shù)：獲得純的化學(xué)物質(zhì)獲得純的化學(xué)物質(zhì)n生物分離

7、技術(shù)：生物分離技術(shù)：在得到純的生物物質(zhì)同時，還必在得到純的生物物質(zhì)同時，還必須關(guān)注特定雜質(zhì)的去除；須關(guān)注特定雜質(zhì)的去除； 與傳統(tǒng)的化學(xué)試劑的純與傳統(tǒng)的化學(xué)試劑的純度概念不同，生物產(chǎn)物對度概念不同，生物產(chǎn)物對有害物質(zhì)有害物質(zhì)有嚴(yán)格的控制，有嚴(yán)格的控制，生產(chǎn)生產(chǎn)過程過程也要求有嚴(yán)格的也要求有嚴(yán)格的管理，在最終產(chǎn)品中往往管理，在最終產(chǎn)品中往往不允許有極微量的有害雜不允許有極微量的有害雜質(zhì)存在。質(zhì)存在?？蔀V過性聚合物 生物分離技術(shù)的重要性生物分離技術(shù)的重要性 n生物產(chǎn)物的特殊性；生物產(chǎn)物的特殊性；n生物產(chǎn)物所處環(huán)境的復(fù)雜性；生物產(chǎn)物所處環(huán)境的復(fù)雜性；n對生物產(chǎn)品要求的嚴(yán)格性；對生物產(chǎn)品要求的嚴(yán)格性；

8、最終結(jié)果：導(dǎo)致下游加工過程度成本往往最終結(jié)果：導(dǎo)致下游加工過程度成本往往占整個生物加工過程生產(chǎn)成本的大部分。占整個生物加工過程生產(chǎn)成本的大部分。（p1）下游加工技術(shù)的一般流程下游加工技術(shù)的一般流程 （p3）生物下游加工過程是指目生物下游加工過程是指目標(biāo)產(chǎn)物的分離純化過程，標(biāo)產(chǎn)物的分離純化過程，包括包括產(chǎn)物提取(isolation)產(chǎn)物濃縮(concentration)產(chǎn)物純化(purification)成品化(polishing)注意：多步分離導(dǎo)致收率降低；多步分離導(dǎo)致收率降低；分離技術(shù)的選擇依據(jù)分離技術(shù)的選擇依據(jù) （p3）n產(chǎn)物所處的位置；產(chǎn)物所處的位置；n產(chǎn)物性質(zhì)（分子大小、疏水性、產(chǎn)物性

9、質(zhì)（分子大小、疏水性、電荷形式和溶解度等）；電荷形式和溶解度等）；n生物加工過程自身的規(guī)模和產(chǎn)生物加工過程自身的規(guī)模和產(chǎn)品的商業(yè)價(jià)值；一種目標(biāo)產(chǎn)物品的商業(yè)價(jià)值；一種目標(biāo)產(chǎn)物的分離手段往往不止一種，根的分離手段往往不止一種，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和價(jià)值，選擇合據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和價(jià)值，選擇合適的分離技術(shù)適的分離技術(shù) 生物下游加工過程的特點(diǎn)生物下游加工過程的特點(diǎn) （p4）n滿足滿足維持維持生物物質(zhì)生物物質(zhì)活性活性的要求的要求n滿足滿足快速分離快速分離的要求的要求n滿足純度和滿足純度和雜質(zhì)去除雜質(zhì)去除的要求的要求n滿足滿足高效分離高效分離的要求的要求n滿足滿足成本優(yōu)化成本優(yōu)化的要求的要求 生物分離本質(zhì)生物分離本質(zhì)

10、 有效地識別混合物中不同溶質(zhì)間有效地識別混合物中不同溶質(zhì)間物物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的差別，利用能的差別，利用能夠識別這些差別的分離介質(zhì)和（或）擴(kuò)夠識別這些差別的分離介質(zhì)和（或）擴(kuò)大這些差別的分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)間的分大這些差別的分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)間的分離或目標(biāo)組分的純化。離或目標(biāo)組分的純化。常用的分離技術(shù)及其機(jī)理常用的分離技術(shù)及其機(jī)理 （p5）物理性質(zhì)物理性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)重力、離心力、篩分重力、離心力、篩分熱力學(xué)性質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)狀態(tài)變化、相平衡狀態(tài)變化、相平衡傳質(zhì)性質(zhì)傳質(zhì)性質(zhì)粘度、擴(kuò)散、熱擴(kuò)散粘度、擴(kuò)散、熱擴(kuò)散電磁性質(zhì)電磁性質(zhì)電泳、電滲、磁化電泳、電滲、磁化化學(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)平衡化學(xué)平衡反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)速率反應(yīng)速率光化學(xué)性質(zhì)光化學(xué)性質(zhì)激光激發(fā)、離子化激光激發(fā)、離子化生物學(xué)性質(zhì)生物學(xué)性質(zhì)分子識別分子識別生物親和作用、生物學(xué)識別生物親和作用、生物學(xué)識別輸送性質(zhì)輸送性質(zhì)生物膜輸送生物膜輸送反應(yīng)、響應(yīng)、控制反應(yīng)、響應(yīng)、控制免疫系統(tǒng)免疫系統(tǒng)分分離離過過程程p7分離效果的評價(jià)分離效果的評價(jià) （p8）n分離因子分離因