1、 生物分离工程生物分离工程v曹学君 vT:64252695v1391699488013 绪论绪论13.1 概概 述述生物分离工程：生物分离工程：回收生物产品分离过程 原理与方法生物技术下游加工过程生物技术下游加工过程（Downstream Processing）生物工程研究领域v微生物培养v动物细胞培养v植物细胞培养v天然资源v生化材料v海洋生物培养生物工程产业领域v生物制药（抗生素，基因重组蛋白，氨基酸，疫苗，菌苗，天然药物，生化药物，血液制品，抗体，多糖，多肽）v生物化工（乳酸，柠檬酸，苹果酸，丙烯酸，甘油，异丙醇，乙烯）v生物能源（甲醇，乙醇，生物柴油，生物汽油）v生物材料（明胶，胶原蛋
2、白，人造皮肤，从造骨，人造脏器）v生物医学（诊断试剂，基因治疗，人及生物克隆）v环境生物（环境治理，水污染，土壤污染，风沙治理）v生物食品（醋，啤酒业，酿酒，乳制品，奶制品）v生物资源（动物，植物，微生物）v生物农业（基因食品，基因植物）生物工程的上中下游v上游：菌种，基因工程，分子生物学，遗传学v中游：微生物发酵工程，动植物细胞，v 海洋生物培养v下游：生物分离工程13.2 特点与重要性v生物产品特点：v 产物浓度低的水溶液(原因：a 氧传递限 制；b 细胞量;c 产物抑制 v 组分复杂(a 大分子;b 小分子;c 可溶物;d v 不可溶物;e 化学添加物v 产物稳定性差(a 化学降解(pH
3、,温度);b 微生物降解（酶作用，染菌）v 质量要求高（药品或食品）13.3 生物分离工艺要求v(1)高纯度v(2)大规模v(3)经济性v(4)生物相容性治疗用途的生物药物质量要求治疗用途的生物药物质量要求v(1)效价v(2)鉴定v(3)毒性试验v(4)核酸v(5)均一v(6)无冲突活性生物过程开发目标v(1)产品在最短时间内进入市场 v(2)符合所有安全要求 v(3)工艺成本适当v(4)可靠v(5)安全（放大期间安全尤为重要）生物分离的经济性生物分离的经济性v(1)生物分离至少占总成本生物分离至少占总成本50%v(2)仅付出仅付出5%努力努力 v(3)降低废物排放（产品：废物降低废物排放（产
4、品：废物=1:3250)v(4)工艺改造工艺改造质量控制意义质量控制意义v(1)来自管理机构的压力v(2)公众的觉醒v(3)市场扩张与竞争 v(4)安全v(5)提高专一性作用，减少负作用非蛋白类杂质的去除非蛋白类杂质的去除v（1）DNA v A 阴离子交换（pH 4.0)v B 亲和层析（不被吸附）v C 疏水层析v（2）热原（蛋白质溶液中的去热原）v A 生产过程无菌v B 所有层析介质无菌v C 所用溶液无菌v D 亲和层析（多粘菌素）v（3）去病毒v A 加热（60 C)v B 过滤v C 灭活剂目标蛋白的表征和分析方法目标蛋白的表征和分析方法v（1）HPLCv（2）SDS-PAGEv（
5、3）氨基酸顺序分析v（4）氨基酸，肽图，免疫化学v（5）与标准品对照分析分离工程研发费用与成本v研究费用：50%以上v产品成本：40-80%v人力物力：70-90%13.4 生物下游加工过程的一般步聚生物下游加工过程的一般步聚 工业应用的生物分离技术工业应用的生物分离技术v 回收技术回收技术:絮凝，离心，过滤，微过滤。絮凝，离心，过滤，微过滤。v 细胞破碎技术细胞破碎技术:球磨，高压匀浆，化学破球磨，高压匀浆，化学破v 碎技术碎技术v 初步纯化技术初步纯化技术:盐析法，有机溶剂沉淀，盐析法，有机溶剂沉淀，v 化学沉淀，大孔吸附树剂，膜分离技术化学沉淀，大孔吸附树剂，膜分离技术v 高度纯化技术高
6、度纯化技术:各类层析，亲和，疏水，各类层析，亲和，疏水，v 聚焦，离子交换聚焦，离子交换v 成品加工成品加工 喷雾干燥，气流干燥，沸腾干喷雾干燥，气流干燥，沸腾干v 燥，冷冻干燥，结晶燥，冷冻干燥，结晶 13.5 生物技术产品的类型生物技术产品的类型v按分子量大小按分子量大小v小分子产品：（小于小分子产品：（小于1000）抗生素，有机酸，）抗生素，有机酸，氨基酸氨基酸v大分子产品：（大于大分子产品：（大于1000）酶）酶,抗体，多肽，抗体，多肽，蛋白质蛋白质v按产品所处的位置按产品所处的位置v细胞内细胞内:胰岛素，干扰素，重组蛋白质胰岛素，干扰素，重组蛋白质v细胞外：抗生素，胞外酶细胞外：抗生
7、素，胞外酶13.6 下游加工过程的沿革下游加工过程的沿革v传统产业（第一代）传统产业（第一代）v19世纪世纪60年代年代-20世纪世纪50年代年代 酒精，丙酮，丁醇酒精，丙酮，丁醇v第二代生物技术产品第二代生物技术产品 20世纪世纪40年代年代 v抗生素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞蛋白抗生素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞蛋白v第三代第三代 20世纪世纪70年代中期年代中期v动物细胞培养动物细胞培养v植物细胞培养植物细胞培养v基因工程发酵产品基因工程发酵产品 13.7 13.7 生物下游加工过程的选择准则生物下游加工过程的选择准则v 步聚少步聚少v 次序合理次序合理v 产品规格产品规格 （注射
8、，非注射）（注射，非注射）v 生产规模生产规模 v 物料组成物料组成v 产品形式产品形式 固体固体 适当结晶，适当结晶，液体，适当浓缩液体，适当浓缩v 产品稳定性产品稳定性v 物性物性 溶解度，溶解度，分子电荷，分子大小，功能团，稳分子电荷，分子大小，功能团，稳 定性，挥发性定性，挥发性v 危害性危害性v 废水处理废水处理 13.8 13.8 生物技术下游加工过程的发展动向生物技术下游加工过程的发展动向 基础理论研究基础理论研究vA A 选择性分离剂选择性分离剂vB B 数学模型数学模型 应用研究应用研究vA A 新老技术的深化研究与融合新老技术的深化研究与融合vB B 下游技术与上游技术相结
9、合下游技术与上游技术相结合(藕合分离）藕合分离）vC C 强化化学作用对分离能力的影响强化化学作用对分离能力的影响vD D 改进上游因素（改进菌种，培养基与发酵条件）改进上游因素（改进菌种，培养基与发酵条件）工程问题研究工程问题研究 改善环境相容性改善环境相容性13.9 现代生物分离程的研究方向与特点v（1）大规模，高选择性（液膜萃取，逆胶束萃 取，两水相萃取，反渗透，纳米过滤，渗透蒸 发，亲和膜过滤，亲和错流过滤，亲和沉 淀，分子模板，分子筛，分子蒸馏）v（2）集成化（扩张床，两水相，液膜分离）v（3）快速分离（贯注层析）v（4）极端条件下分离（超临界，超声波，超重 力）（5）在位分离（边发酵边分离）v（6）环境相容（超临界）v（7）可再生循环（亲和沉淀，可再生两水相）膜技术分子印迹分离超临界流体分离RecycleLight Light Recycling Polymers Forming Aqueous Two-phase Systems 13.10 分离过程评价分离效率评价思考题v1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？v2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？v3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？v4 分离纯化的得率与纯化倍数如何计算？v5 现化生物分离工程研究方向有哪些特点？
