生物分离工程生物分离
南农生物分离工程生物分离3 (2)
要将盐析分布曲线重叠的两个蛋白质分级沉淀： 稀释后可能分级。
温度T
• 在低离子强度溶液或纯水
中蛋白质的溶解度大多数 还是随温度升高而增加。
• 高盐常相反 • 一般情况下，可在室温下
进行。
• 但对于某些对温度敏感的
酶 ， 要 求 在 0℃ ～ 4℃ 下 操作，以避免活力丧失。
溶液pH
pH 影 响 Cohnx 方 程 中 的 值 。
• 一般蛋白质0℃，有机溶剂-10℃加入。但
淀粉酶10-15℃。
有机溶剂浓度
同盐析一样，随着有 机溶剂浓度的上升， 蛋白质溶解度也呈指 数规律下降。
如血纤维蛋白原的溶解度在乙醇浓度为 8%时达到最大，而当乙醇浓度为40%时 达到最小。
pH值：
通常是选在等电点附近，也考虑样品稳定性。 很多酶pI在pH4-5，比稳定的pH低。
降低水的介电常数，使蛋白质分子水化程度降
低，促进了蛋白质分子的聚集沉淀。
是极性有机溶剂与蛋白质争夺水化水，而使蛋
白质分子沉淀。
优点：
• 分辨能力比盐析法高，即一种蛋白质或其
他溶质只在一个比较窄的有机溶剂浓度范围 内沉淀。
• 从沉淀的蛋白质中除去有机溶剂很方便，可
透析，而且有机溶剂本身可部分地作为蛋白 质的杀菌剂。
聚乙二醇
【HOCH2(CH2OCH2)nCH2OH (n ＞ 4)】 ( Polyethylene Glycol 简写为 PEG )。 亲水性，溶于水和许多有机溶剂，对热稳 定，有广泛的分子量。 在生物大分子制备中，用的较多的是分子 量为6000～20000的 PEG。
A: 0 ℃ 0.27 20 ℃ 0.29 P1、P2:初始、最终饱和度%
饱和溶液体积 Va=Vo(P2-P1)/(1-P2)
生物分离工程
第一章绪论1.生物分离工程是指从发酵液、酶反应也活动植物培养液中分离、纯化生物产品的过程。
2.生物分离的一般流程：发酵液的预处理；提取；精制；成品加工。
第二章发酵液的预处理1.过滤和离心是最基本的单元操作。
2.凝集是指在投加的化学物质作用下，发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。
3.絮凝是指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。
4.调节pH法：在进行pH调节时，一般采用草酸等有机酸或某些无机酸来进行。
Ca+经常选用酸化剂为草酸；Mg+的去除是采用加入磷酸盐，如三磷酸钠；Fe+通常加入黄血盐。
5.影响发酵液过滤的因素：菌种；发酵液粘度。
6.发酵液的过滤设备形式很多，按过滤的推动力分为：重力式过滤器、压力式过滤器、针孔式过滤器和离心式过滤器。
7.目前国内外对过滤液的分离和过滤常采用的设备为：板框式压滤机；板式压滤机；自动板框式压滤机和真空过滤机。
第三章细胞分离技术1.细胞破碎的方法可分为：机械破碎发、物理破碎法、化学渗透法及酶溶法。
2.变性剂的加入，可削弱氢键的作用，使胞内产物相互之间的作用力减弱，从而易于释放。
3.包埋病毒粒子具一定形状和大小的蛋白结晶体，在相差显微镜下呈现强的折光性，由单一多肽构成。
第四章沉淀技术1.盐析：蛋白是在搞离子强度溶液中溶解度降低，以致从溶液里沉淀出来的现象称为盐析。
2. 常用脱盐处理的方法有：透析法、超滤法及凝胶过滤法。
3．有机溶剂沉淀法的原理：①传统观点认为向蛋白质溶液中加入丙醇或乙醇等有机溶剂，水的活度程度降低，水对蛋白子表面的水化程度降低，即破坏了蛋白子表面的某水化蹭；另外，溶液的介电常数下降，蛋白子分之间的静电引力增大，从而聚集和沉淀。
②新观点认为，有机溶剂可能破坏蛋白质的某种键，使其空间结构发生某种程度的变化，致使一些原来包在内部的疏水基团暴露于表面并与有机溶剂的疏水基团结合形成疏水层，从而是蛋白子沉底，而当蛋白子的空间结构发生变形超过一定程度时，使会导致完全的变性。
生物分离工程复习笔记
生物分离工程复习笔记生物分离工程内容：1.生物分离工程概念、特点、操作流程等；2.生物分离中常用到的分离操作方法，其概念、原理、特征、适用对象、注意事项、优缺点、使用实例等；3.常用方法的比较；基本知识点（一）一．生物分离工程概述1，生物分离工程（P1）生物分离工程是指从发酵液、反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。
它描述了生物产品分离、纯化过程的原理、方法和设备，又称为生物工程下游技术。
特征：应用面广;种类繁多，结构功能复杂，生物活性各异;目的产物在初始物料中的含量低;原料中目标产物浓度越低，所需能耗越高，分离过程成本越大;始物料成分复杂,常需多个步骤,产品总收率低;易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感；产品的质量要求高，尤其是药品等2.传统生化产品和基因工程产品在提取和精制上的差异（P1）（了解）1）传统生化产品都为小分子(工业用酶除外，但它们对纯度要求不高、提取方法较简单)．其理化性能(如平衡关系等)数据都为已知，因此放大比较有根据；基因工程产品大多为大分子，必要数据缺乏，放大多凭经验。
2）由于第一代基因工程产品都以E.coli作为宿主，表达产品处于胞内，提取前需将细胞破碎，细胞内物质释放出来，给提取增加了很多困难；而发酵液中的产物，浓度较低，杂质又多，且一般大分子较小分子不稳定(易失活，如对剪切力)，故提取较困难。
3）大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋白的分离，由于蛋白质都内氨基酸所构成，所以性质相似，分离主要依靠高分辨力的精制方法，如色谱分离等。
3.生物技术下游加工过程的一般流程和单元操作（P4）1）一般工艺流程一般来说，下游加工过程含培养液（发酵液）的预处理和固液分离；初步纯化（提取）；高度纯化（精制）；最后纯化。
第1 页共1 页生物分离工程2）具体过程1发酵液预处理和固液分离○过滤和离心是预处理最基本的单元操作。
生物分离工程总结
生物分离工程总结2(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1，生物分离工程：是指从发酵液，酶反应液或动植物细胞培养液中分离，纯化生物产品的过程。
它描述了生物产品的分离，纯化过程的原理，方法和设备，因为它处于整个生物产品生产过程的后端，所以也称为生物工程下游技术。
2，凝集：通过加入无机盐，在无机盐作用下，发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成块状絮凝体的过程。
3，絮凝：指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。
4，离心分离：是指在离心场的作用下，将悬浮液中的固相和液相加以分离的方法。
5，过滤：发酵液通过一种多孔介质，固体颗粒被截留的过程。
6，滤饼过滤：固体颗粒沉积于过滤介质表面形成滤渣层。
7，深层过滤：固体颗粒进入并沉积于多孔孔道内，溶液经孔道缝隙流过滤渣。
8，细胞破碎：是采用一定的方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质的基础。
9，机械破碎法：通过机械运动产生的剪切力使组织细胞破碎。
10，物理破碎法：通过各种物理因素作用，使组织细胞的外层结构破坏，使细胞破碎。
生物分离工程（下游加工过程）11，化学破碎法：通过各种化学试剂对细胞膜的作用，使组织细胞的外层结构破坏，使细胞破碎。
12，通过细胞本身酶系或外加酶催化剂的催化作用，使外层结构破坏。
13，超声破碎法：在超声波作用下，液体发生空化作用，空穴的形成，增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。
14，空化作用：指存在于液体中的微气核空化泡在声波作用下发生变化，声压达到一定值，在声波纵向传插负压区，空泡化增大，在声波传播的正压区，空泡闭合，在反复增大，闭合中，空泡化崩溃，崩溃的瞬间，产生巨大的剪切力。
15，酶解法：利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到破坏后，再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜。
生物分离工程部分知识点
生物分离工程部分知识点生物分离效率三个指标：分离纯化浓缩程度，纯化倍数，回收率。
生物分离工程：从发酵液、酶反应液或动/植物细胞培养液中将目标产物提取、浓缩、分离、纯化和成品化的过程。
机械破碎法：固体剪切法(珠磨法、压榨法、撞击法) 液体剪切法（高压匀浆法、超声波破碎）工业常用方法：高压匀浆法、高速珠磨法。
优缺点：高压匀浆优点是细胞经历了高速造成的剪切、碰撞、高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。
缺点是较容易造成堵塞的丝状真菌、放线菌以及较小的G+菌不适合用本法。
高压匀浆一般需多级循环操作，每次循环前需要进行级间冷却。
主要能耗是高压和维持低温操作能量消耗。
高速珠磨破碎法：破碎率与能耗成正比。
增加装珠量或延长破碎时间或增加转速均可提高破碎率，但同时能量消耗和产热增加，提高了制冷费和总能源消耗量。
当破碎率≥80%，能耗急剧增加。
超声波破碎：有效能量利用率低，冷却要求苛刻。
①常用的蛋白质沉淀方法有：盐析沉淀（硫酸铵，低温）、等电点沉淀、有机溶剂沉淀（丙酮/乙醇等有机溶剂）及热沉淀法等。
②有机溶剂沉淀蛋白质的机理是：向蛋白质溶液中加入有机溶剂，水的活度降低。
随着有机溶剂溶度的增大，水对蛋白质分子表面荷电基团的水化程度降低，液体的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。
盐析的主要因素有无机盐的种类，浓度，温度和pH值。
lgS=-β—KsI。
盐的种类影响KS值，离子半径小而带电荷较多的阴离子盐析效果好。
温度和pH值影响β，在高离子强度溶液中，温度上升，有利于某些蛋白质失水，因此温度升高，蛋白质溶解度下降。
pH值接近蛋白质等电点有利于提高盐析效果。
水相pH值对弱电解质分配系数具有显著影响。
物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH值降低而增大，弱碱性电解质随pH值降低而减少。
弱电解质在水相中发生不完全解离，仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分配平衡，而酸根或碱基不能进入有机相，所以萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡，另一方面，未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡。
生物分离
一、名词解释：生物分离工程：是从微生物、动植物细胞及其生物化学产物中提取有用物质的技术。
过滤：是指在某一种支撑物上放置过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，是液体通过固体颗粒留下，是固液分离的常用方法之一。
凝集：是指在某些电解质作用下，使扩散双电层的排斥电位降低，破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程。
絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，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。
离心分离：离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程，当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程也称为沉降。
离心过滤：是将料液送入有孔的转鼓并利用离心力场进行过滤的过程，以离心力为推动力完成过滤作业，兼有离心和过滤的双重作用。
萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法。
至少有一相为液相。
吸附：一种物质从一相移动到另外一相的现象称为吸附。
如果吸附仅仅发生在表面上，就称为表面吸附；如果被吸附的物质遍及整个相中，则称为吸收。
吸附等温线：固体吸附剂从溶液中吸附溶质达到平衡时，其吸附量与溶质浓度和温度有关。
当温度一定时，吸附量与浓度之间的函数关系。
膜：在一种流体相间有一层薄的凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜。
膜本身是均一的一相或由两相以上凝聚物构成的复合体。
膜污染：原料液中的微粒或大分子与膜有理、化或机械作用而引起的在膜表面或孔内吸附、沉积造成膜孔径变小甚至堵塞的不可逆现象。
浓差极化：膜表面的浓度高于主体浓度的现象。
（是可逆的）蒸发：使含有不挥发性溶质的溶液沸腾汽化并移出蒸气，从而使溶液中溶质浓度提高的单元操作称为蒸发。
结晶：是从液相或气相生成形状一定、分子（或原子、离子）有规则排列的晶体的现象。
是新相生成的过程；是利用溶质之间溶解度的差别进行的一种分离操作。
重结晶：利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适得溶剂溶解再次结晶，从而使其纯度提高。
生物分离工程的原理是什么
生物分离工程的原理是什么生物分离工程是一种利用生物学和工程学的原理和方法，对混合物中的生物分子或细胞进行分离和纯化的过程。
其原理主要包括物理分离原理、化学分离原理和生物分离原理。
物理分离原理是基于生物分子或细胞在不同物理环境中的特性差异进行分离的方法。
常用的物理分离方法有离心、过滤、凝胶电泳和超滤等。
离心是通过界面张力和离心力的作用下，在不同密度的溶液中将生物分子或细胞分离出来。
过滤是根据物质的大小选择性通过滤膜的原理进行分离，通常用于分离细胞或大分子。
凝胶电泳则是利用电场作用，通过电泳迁移速度的差异将带电的生物分子在凝胶中逐渐分离开来。
超滤则是利用压差将分子或细胞通过半导膜分离出来。
化学分离原理是通过不同化学特性将生物分子或细胞分离和纯化的方法。
其中常用的方法包括溶剂萃取、凝胶过滤、层析和电解等。
溶剂萃取是利用溶解性差异将目标物质从溶液中分离出来，通常是用有机溶剂与水溶液相互萃取。
凝胶过滤则是利用粒径差别将生物分子或细胞分离出来，通过选择性选择不同尺寸的过滤膜或纤维经过过滤操作，大分子或细胞可以被留在膜的一侧。
层析是一种利用不同成分在固定相上的迁移速度差异进行分离的技术，常用的层析方法包括凝胶层析、离子交换层析和亲和层析等。
电解是将分子或细胞通过正负电荷的相互作用来分离的方法。
生物分离原理则是利用生物学上的特性对生物分子或细胞进行分离的过程。
常用的生物分离方法包括细胞离心、免疫分离和蛋白质结合等。
细胞离心是一种通过多次离心来分离细胞的方法，通常需要根据目标细胞的密度来选择不同的离心速度和时间。
免疫分离是利用抗体与特定抗原结合的特异性来分离目标细胞或生物分子的方法。
蛋白质结合则是利用蛋白质与配体的亲和性来进行分离和纯化，常用的方法有亲和层析、亲和吸附和免疫沉淀等。
总之，生物分离工程是利用物理分离原理、化学分离原理和生物分离原理，通过不同的方法对混合物中的生物分子或细胞进行分离和纯化的过程。
这些原理和方法的选择取决于需要分离的目标物质的特性和要求，通过灵活应用这些原理和方法，可以实现对复杂混合物中生物分子或细胞的高效纯化和分离。
生物分离工程
生物分离工程生物分离工程是指采用物理、化学和生物学方法将生物体或其组成部分从混合物中分离出来，并纯化得到目标物质的一种工程领域。
该领域涉及到许多专业知识，包括生物学、生化学、物理化学等多个学科的理论和技术，应用广泛。
生物分离工程的目的是将生物体中的目标物分离出来，以便进行药物发现、分析化学以及生命科学研究等方面的应用。
生物分离工程包括生物分离过程、分离器设备及工艺控制等多个方面。
生物分离过程是将混合物中的目标物通过特定的工艺流程进行分离，得到纯化的目标物质。
一般包括以下几个步骤：（1）前处理：对样品进行初步处理，如细胞破碎、离心、过滤等。
（2）初步分离：将混合溶液通过某些技术方法进行初步分离，如各种色谱技术、电泳分离、凝胶柱分离等。
（3）中间分离：在初步分离的基础上，对样品进一步处理，如双向电泳、反渗透膜分离、超重力分离等。
（4）终极分离：最后通过某些技术，将目标物质从混合物中完全分离出来，如聚集素层析、反转移层析、凝胶电泳等。
分离器设备是指在生物分离过程中使用的各种设备，根据不同的分离过程，分离器设备也有所不同。
例如，在分离蛋白质时，最常用的分离器设备是各种色谱技术和电泳分离设备，而在分离细胞时，采用的设备则主要是离心机、过滤器等。
工艺控制是指对生物分离工程中各个步骤进行控制和调节，以确保分离工艺的有效性和纯化度的提高。
常用的工艺控制手段包括调节温度、压力、流量等系列参数的控制，并且可以采用自动化操作，进一步提高生物分离工程的自动化程度。
生物分离工程的应用非常广泛，包括生命科学研究、药物研发、食品工业以及纯化工程、环境保护等方面。
例如，在药物研发中，生物分离工程用于分离制备药物，提高药物纯度和效果；在食品工业中，生物分离工程用于提高食品的品质和安全性；在环境保护中，生物分离工程可用于处理污水和有害气体等。
总之，生物分离工程是一项复杂、细致的研究领域，在各个行业都有广泛的应用。
随着科技的发展和人们对生命科学研究的不断深入，生物分离工程将会越来越得到关注和重视，为人们的生活和健康做出更大的贡献。
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1.1 生化分离工程的研究对象
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 反应等各种生物工业生产过程获得的生 物原料，经提取分离、加工并精制目的 成分，最终使其成为产品的技术。
生物分离工程生物分离
1.2 生化分离工程的重要性
• 生物技术产品一般存在于一个复杂的多
生物分离工程生物分离
typical products from fermentation
products Antibiotics Amino acids
Ethanol Organic acids
Enzymes r-DNA protein
in
Concentration g/l 25 100 100 100 20 10
相体系中。唯有经过分离和纯化等下游 加工过程，才能制得符合使用要求的产 品。因此产品的分离纯化是生物技术工 业化的必需手段。
生物分离工程生物分离
• 在生物产品的开发研究中，分离过程的
费用占全部研究费用的50％以上；
• 在产品的成本构成中，分离与纯化部分
占总成本的40～80％；精细、药用产品 的比例更高达70～90％。
生物分离工程生物分离
生物分离与化学分离方法的比较
c la ssific a tio n
P h y sic a l se p a ra tio n s E quilibrium c o n tro lle d se p a ra tio n s R ate controlled se p a ra tio n s
• 显然开发新的分离和纯化工艺是提高经
济效益或减少投资的重要途径。
• 生化分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。
生物分离工程生物分离
1.3 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
增加了下游操作成本，包括发酵废液的 处理成本，其中清液（精料）发酵将是 一个方向。
物
生物分离工程生物分离
生物产品要求高质量：
• *purity（纯度） • *sanitation（卫生） • *biological activity（生物活性）
to ta l
U sed for all U sed in
conventiona bioseparations
l chem icals
7
7
22
18
3
10
42
35
生物分离工程生物分离
生物分离一般比化工分离难度大
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
生物分离工程生物分离
生物工程的主要特点是生物制品多种多样， 产品的多样性导致分离方法的多样性
生物分离工程生物分离
types of molecules manufactured by fermentation
Molecular type
Antibiotics Amino acids
Enzymes Organic acids and
生化分离工程
生物分离工程生物分离
目的与要求
• 掌握萃取分离、膜分离、色谱分离、亲
和分离等的基本原理及其特点。
• 能在实际工作中掌握几种分离技术的工
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
合理应用相应分离技术。
生物分离工程生物分离
教材及参考资料
• 孙彦. 生物分离工程. 化学工业出版社，2001 • 严希康. 生化分离工程. 化学工业出版社，2001 • 刘国诠. 生物METHOD • SEPAR SCI TECHNOL
• BIOSEPARATION •
1. 绪 论
1.1 生化分离工程的研究对象 1.2 生化分离工程的重要性 1.3 生化分离工程的特点 1.4 生化分离工程的一般工艺过程 1.5 生化分离工程的发展动态
生物分离工程生物分离
生物分离工程生物分离
• 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、 膜分离会受到一定的限制。
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. 生物分离原理与技术，化
学工业出版社，1999。
• 刘茉娥. 膜分离技术. 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
生物分离工程生物分离
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
生物分离工程生物分离
SCI杂志
• BIOTECHNOL BIOENG • J SEP SCI • J CHEM TECHNOL BIOT
• J CHROMATOG A • J MEMBRANE SCI • J SUPERCRIT FLUID • ENZYME MICROB TECH
• CHEM ENG SCI • SEP PURIF TECHNOL • BIOCHEM ENG J • DESALINATION
solvents Vitamins, yeast, growth
factors, nucleotides Miscellaneous-dextrans,
steroid biooxidations Total
Number of species 85 18 15 11
6
8
143
生物分离工程生物分离
绝大多数生物分离方法来源于化学品的分离方法， 大约80%的化工分离方法可应用于生物分离技 术中。
• 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。
生物分离工程生物分离
• 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分离纯化方法除去 影响目标产物稳定性的杂质。