生物工程下游技术(毛忠贵主编)思维导图
生物工程下游技术 PPT课件
/science/journal/1369703X
• Separation and Purification Technology
/science/journal/13835866
• Journal of Membrane Science
/science/journal/03767388
References-SCI journals
• Enzyme and Microbial Technology
/science/journal/01410229
• Journal of Chemical Technology and Biotechnology
/jpages/0268-2575
References-SCI journals
• Separation and Purification Reviews
• P. A. Belter, E. L. Cussler, W. Hu. Bioseparations: Downstream Processing for Biotechnology. New York: John Wiley & Sons, 1988
• D. Forciniti. Industrial Bioseparations: Principles and Practice. Iowa: WileyBlackwell, 2008
考核方式
• 根据课程基本要求，结合平时成绩、课程论文及 笔试（期末考试）三方面进行综合评定。
• 平时成绩20％ • 课程论文20％ • 期末考试60％
主要内容
1. 绪论 2. 下游技术理论基础 3. 发酵液预处理与细胞破碎 4. 沉淀 5. 萃取分离 6. 膜分离 7. 吸附与离子交换 8. 色谱分离 9. 亲和色谱
生物工程下游技术思考题答案
一．绪论1、从某一动物培养的细胞中分离某一抗体(一蛋白的代表）的一般工艺过程。
答：生物工程下游技术的一般工艺过程（p12）2、分离纯化某一酶制剂的主要步骤和结果如下表：（（2）亲和层析的原理是什么？3、产品的分离提取工艺应考虑那些因素？答：生物分离过纯化过程的选择准则（P16）①步聚少，成本低②次序合理③产品规格（注射，非注射）④生产规模⑤物料组成⑥产品形式固体：适当结晶，液体：适当浓缩⑦产品稳定性⑧物性溶解度，分子电荷，分子大小，功能团，稳定性，挥发性⑨危害性⑩废水处理第二章发酵液预处理1．沉降速度离心的原理。
（p15）答：沉降速度法：主要用于分离沉降系数不同的物质。
2．沉降平衡离心的原理。
（p15）答：沉降平衡法：用于分离密度不同的物质。
如梯度密度离心。
3．差速离心的概念。
（p15）答：采用不同的转速将沉降系数不同的物质分开的方法。
4． rpm与RCF的换算关系。
5.已知某一离心机的转子半径为25cm，转速为1200r/min，计算相对离心力为多大？第三章细胞破碎1除去发酵液杂蛋白质的常用方法有那些？答：杂蛋白质的除去（p6）(1) 沉淀法：蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子（三氯乙酸盐、水扬酸盐）形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。
(2) 变性法：使蛋白质变性的方法很多，如：加热，调节pH，有机溶剂，表面活性剂等。
其中最常用的是加热法。
(3) 吸附法：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。
2产品的分离提取工艺应考虑那些因素？答：(1) 是胞内产物还是胞外产物；(2) 原料中产物和主要杂质浓度；(3) 产物和主要杂质的物理化学特性及差异；(4) 产品用途和质量标准；(5) 产品的市场价格；(6) 废液的处理方法等。
3发酵液过滤与分离的困难的原因及解决方法。
答：第一节发酵液过滤特性的改变微生物发酵液的特性可归纳为： (P3)①发酵产物浓度较低，大多为1％一10％，悬浮液中大部分是水；②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；③固体粒子可压缩性大；④液相粘度大，大多为非牛顿型流体；⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。
生物分离工程绪论幻灯片
设计前应了解的信息
1）在设计前，首先要掌握的产物物化性质，主要包括：
(1)溶解度及影响因素，包括温度、pH值、有机溶剂和盐等； (2)分子量和分子形状。对于高分子物质非常有意义； (3)沸点和蒸汽压。对于热稳定的小分子物质非常有意义； (4)极性大小； (5)分子电荷及影响因素，包括pH值和盐等； (6)功能团。功能团为萃取剂和特异性吸附的选择提供依据； (7)稳定性及其影响因素，包括温度、pH值、毒性试剂等(如青霉素低pH
HowБайду номын сангаас?
3)避免相同原理的分离技术多次重复出现
比喻，分子筛和超滤技术按分子量大小分离，重复应用 两次以上，意义就不大了。
4)尽量减少新化合物进入待分离的溶液。
A)、引起新的化学污染；B)、蛋白质的变性失活
5)合理的分离步骤次序。
原则是：先低选择性，后高选择性；先高通量，后低通 量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。
参
❖ 毛忠贵. 生物工业下游技术. 中国轻工业 出版社，1999
考 ❖ 欧阳平凯、胡永红. 生物分离原理与技
资
术，化学工业出版社，1999 ❖ 刘茉娥. 膜分离技术. 化学工业出版社，
料 2000 ❖ 张镜澄. 超临界流体萃取. 化学工业出版 社，2000
❖ 膜科学与技术
❖ 化工进展
❖ 生物工程学报
其他代谢物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等。 5)生物活性物质的稳定性低。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。 6)产品的质量要求高，尤其是药品等。成品青霉素对其强致敏原 -
--青霉噻唑蛋白必须控制RIA值(放射免疫测定)小于100(1.5*106)，蛋白类药物(杂质<2%)、重组胰岛素(Humulin)中杂蛋白小 于0.01%。
生物工艺下游技术1绪论PPT幻灯片
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。
大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋 白的分离，由于蛋白质都由氨基酸所构成， 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。
的是酶及蛋白质（的4）盐高析度法分；离有纯机化溶技剂术沉淀法；双水相萃取技
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6)生物活性物质的稳定性低。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。
7)产品的质量要求高，尤其是药品等。成品 青霉素对其强致敏原 --- 青霉噻唑蛋白必须 控制RIA值（放射免疫测定）小于100 （1.5*10-6），蛋白类药物（杂质 < 2%）、重组胰岛素中杂蛋白小于0.01%。
（1）固液分离技术
（2）细胞破碎技术
已开发出球磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学
破碎等技术。该（技3）术初的步成分熟离使纯得化胞技内术生物物质的大规模工业化
生产成为可能。
（4）高度分离纯化技术
（5）其他新型分离技术
（1）固液分离技术
（2）细胞破碎技术
（3）初步分离纯化技术
主要开发了沉淀、离子交换、萃取、超滤等技术。较早出现
加工过程，有7个国家、50家公司参加。1987年英国化学工业会召开了专
❖门美讨1国论、U下下n游it游加ed工加E过n工g程in过的ee国程ri际n的g会F重议o。u要nd性at。ion（从组19成81、年开费始用连和续召关开注了程生物度）
高中生物知识结构网络图(完整版).docx
高中生物知识结构网络图第一单元生命的物质基础和结构基础（细胞中的化合物、细胞的结构和功能、细胞增殖、分化、癌变和衰老、生物膜系统和细胞工程）1.1 化学元素与生物体的关系大量元素必需元素微量元素C、 H、最基本元素： CO、 N、P、 S、基本元素： C、H、 O、NK、Ca、Mg主要元素： C、 H、 O、 N、 P、 S Fe、 Mn 、 B、Zn、 Cu、 Mo 等1.2 生物体中化学元素的组成特点C、 H、 O、 N 四种元素含量最多不同种生物体中化学元素的组成特点元素种类大体相同元素含量差异很大1.3 生物界与非生物界的统一性和差异性统一性组成生物体的化学元素，在无机自然界中都能找到差异性组成生物体的化学元素，在生物体和无机自然界中含量差异很大第 1 页 1共 86 页1.4 细胞中的化合物一览表化合物分元素成主要生理功能① 成胞② 持胞形③运物水④提供反所⑤参与化学反⑥ 持生物大分子功能⑦ 渗透①构成化合物（ Fe、Mg ）无机② 成胞（如骨胞）③参与化学反④ 持胞和内境的渗透）糖①供能（淀粉、糖元、葡萄糖等）糖二糖C、H 、 O② 成核酸（核糖、脱氧核糖）多糖③ 胞（糖蛋白）④ 成胞壁（素）脂肪C、H 、 O①供能（能源）② 成生物膜脂磷脂（脂）C、H 、 O、 N、 P③ 生殖和代（性激素、 Vit.D ）固醇C、H 、 O④保和保温① 成胞和生物体蛋白蛋白（如胰素）C、H 、 O、 N、 S② 代（激素）合蛋白（如糖蛋白）（ Fe、Cu、P、Mo ⋯⋯）③催化化学反（）④运、免疫、等DNA① 存和信息核酸C、H 、 O、 N、 P②控制生物性状RNA③催化化学反（RNA ）1.5 蛋白质的相关计算构成蛋白的氨基酸个数m，构成蛋白的条数n，构成蛋白的氨基酸的平均相分子量a，蛋白中的个数x，蛋白的相分子量y，控制蛋白的基因的最少碱基数r，数＝脱去的水分子数，x m n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯①蛋白的相分子量y ma18x⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯②第 2 页 2共 86 页或者yr a 18x ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯③31.6 蛋白质的组成层次C、H、 O、 N、 S氨基酸基本成分蛋白C、H、O、N、P、Fe、Cu⋯⋯离子和（或）分子其它成分1.7 核酸的基本组成单位名称基本成位一分子磷酸（ H 3PO4）一分子五碳糖核酸核苷酸（ 8 种）（核糖或脱氧核糖）核苷一分子含氮碱基（ 5 种： A 、G、 C、 T、 U ）脱氧核苷酸一分子磷酸DNA（4 种）一分子脱氧核糖一分子含氮碱基脱氧核（ A 、 G、 C、T ）苷核糖核苷酸一分子磷酸RNA （4 种）一分子核糖核糖核一分子含氮碱基苷（ A 、 G、C、 U）1.8 生物大分子的组成特点及多样性的原因名称基本位化学通式聚合方式多性的原因①葡萄糖数目不同多糖葡萄糖C6H12O6②糖的分支不同脱水合③化学的不同R①氨基酸数目不同蛋白氨基酸NH2C COOH ②氨基酸种不同③氨基酸排列次序不H第 3 页 3共86 页核酸（ DNA 和核苷酸RNA ）同④肽链的空间结构①核苷酸数目不同②核苷酸排列次序不同③核苷酸种类不同1.9 生物组织中还原性糖、脂肪、蛋白质和DNA 的鉴定物质试剂操作要点颜色反应还原性糖临时混合砖红色斐林试剂（甲液和乙液）加热脂肪切片桔黄色（红色）苏丹Ⅲ高倍镜观察蛋白质先加试剂 A紫色双缩脲试剂（ A 液和 B 液）再滴加试剂 BDNA加 0.015mol/LNaCl溶液二苯胺蓝色5ml ，沸水加热 5min1.10 选择透过性膜的特点选择透过性膜的特点三个通过自由通过水可以通过被选择的离子和小分子不能通过其它离子、小分子和大分子1.11 细胞膜的物质交换功能自由扩散离子、小分子物质主动运输交换内吞亲脂小分子高浓度——→低浓度不消耗细胞能量（ATP）离子、不亲脂小分子低浓度——→高浓度需载体蛋白运载消耗细胞能量（ATP）膜的流动性原理大分子、颗粒外排膜的流动性、膜融合特性第 4 页 4共86 页1.12 线粒体和叶绿体共同点1、具有双层膜结构2、进行能量转换3、含遗传物质——DNA4、能独立地控制性状5、内含核糖体6、有相对独立的转录翻译系统7、能自我分裂增殖1.13 真核生物细胞器的比较名称化学组成存在位置膜结构主要功能线粒体蛋白质、呼吸酶、RNA 、动植物细胞能有氧呼吸的脂质、 DNA量主要场所双层膜蛋白质、光合酶、RNA 、代叶绿体植物叶肉细胞光合作用脂质、 DNA 、色素谢内质网蛋白质、酶、脂质与蛋白质、脂质、糖类的加工、运输有关高尔基体蛋白质、脂质动植物细胞中广单层膜蛋白质的运输、加工、泛存在细胞分泌、细胞壁形成溶酶体蛋白质、脂质、酶细胞内消化核糖体蛋白质、 RNA 、酶合成蛋白质中心体蛋白质动物细胞无膜与有丝分裂有关低等植物细胞1.14 细胞有丝分裂中核内DNA、染色体和染色单体变化规律间期前期中期后期末期DNA 含量2a—→ 4a4a4a4a2a 染色体数目（个）2N2N2N4N2N 染色体单数（个）04N4N00染色体组数（个）22242同源染色数（对）N N N2N N 注：设间期染色体数目为2N 个，未复制时DNA 含量为 2a。
2020年(生物科技行业)生物工程下游技术
（生物科技行业）生物工程下游技术湖北省高等教育自学考试大纲课程名称：生物工程下游技术课程代码：6705第壹部分课程性质和目标壹、课程性质和特点生物工程下游技术这门课程适合于理工科专业生物工程专业进行学习。
本课程的内容更多的涉及到工业应用。
下游技术是对于由生物界自然产生的生物体或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应、微生物转化等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工且精制目的成分，最终使其成为产品的技术，也称为下游工程或下游加工过程，是生物技术产品产业化的必经之路。
目前所指的下游技术大多数属于“物质分离”范畴。
主要研究的是物质分离的方法原理及相关的仪器设备。
生物工程下游技术这门课程涉及到物理，化学，生物化学，发酵工程，生物工程和设备等多门学科。
二、课程目标和基本要求通过学习生物工程下游技术这门课程应掌握以下基本知识点：1.生物工程下游技术的研究对象和发展历程2.下游技术的理论基础3.发酵液预处理，微生物细胞破碎方法和设备4.溶剂萃取和浸取，超临界流体萃取，双水相萃取，反胶团萃取，膜分离过程，液膜分离，离子交换法，色谱法等主要分离单元操作技术及分离过程的特点，工艺设计和设备选型通过学习了解各种分离方法的原理，适用范围，熟悉常用分离设备的操作，在实际应用中能够选择合适的分离方法对仪器进行操作达到分离的目的。
通过学习，具备对生物产品的分离、纯化技术的应用能力，及对生物物质提纯最佳方案的设计能力。
三、和本专业其他课程的关系本课程的内容更多的涉及到工业应用。
下游技术对各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工且精制目的成分，最终使其成为产品的技术。
在生物工程专业课程的学习中，是壹门将生物工程上游技术应用到实际生产中所需要借助的手段。
《物理学》，《无机化学》，《有机化学》，《物理化学》等基础课是这门课程的基础，《微生物学》，《生物化学》，《酶工程》，《发酵工程》，《生物工程和设备》等专业课的知识也会运用到这门课程中，其后继课程有《发酵工厂设计》等。
高中生物知识结构网络图(完整版)
高中生物知识结构网络图第一单元 生命的物质基础和结构基础（细胞中的化合物、细胞的结构和功能、细胞增殖、分化、癌变和衰老、生物膜系统和细胞工程）1.1化学元素与生物体的关系1.2生物体中化学元素的组成特点1.3生物界与非生物界的统一性和差异性1.4细胞中的化合物一览表1.5蛋白质的相关计算设 构成蛋白质的氨基酸个数m ，构成蛋白质的肽链条数为n ，构成蛋白质的氨基酸的平均相对分子质量为a ， 蛋白质中的肽键个数为x ， 蛋白质的相对分子质量为y ，控制蛋白质的基因的最少碱基对数为r ，则 肽键数＝脱去的水分子数，为 n m x -= …………………………………①蛋白质的相对分子质量 x ma y 18-= ………………………………………②或者 x a ry 183-=………………………………………③1.6蛋白质的组成层次1.7核酸的基本组成单位1.8生物大分子的组成特点及多样性的原因1.9生物组织中还原性糖、脂肪、蛋白质和DNA的鉴定1.10选择透过性膜的特点1.111.12线粒体和叶绿体共同点1、具有双层膜结构2、进行能量转换3、含遗传物质——DNA4、能独立地控制性状5、内含核糖体6、有相对独立的转录翻译系统水被选择的离子和小分子其它离子、小分子和大分子亲脂小分子高浓度——→低浓度不消耗细胞能量（ATP）离子、不亲脂小分子低浓度——→高浓度需载体蛋白运载消耗细胞能量（ATP）7、能自我分裂增殖1.13真核生物细胞器的比较1.14细胞有丝分裂中核内DNA、染色体和染色单体变化规律注：设间期染色体数目为2N个，未复制时DNA含量为2a。
1.15理化因素对细胞周期的影响1.16细胞分裂异常（或特殊形式分裂）的类型及结果1.18已分化细胞的特点1.19分化后形成的不同种类细胞的特点1.20分化与细胞全能性的关系1.21细胞的生活史G 2分化程度越低全能性越高，分化程度越高全能性越低分化程度高，全能性也高分化程度最低（尚未分化），全能性最高1.22癌细胞的特点1.23衰老细胞的特点1.25生物膜与生物膜系统水分减少，细胞萎缩，体积变小，代谢减慢 酶的活性降低色素积累，阻碍细胞内物质交流和信息传递细胞核体积增大，染色体固缩，染色加深 细胞膜通透性改变，物质运输功能降低扁平梭形 球形成纤维细胞癌变如癌细胞膜糖蛋白减少，细胞黏着性降低，易转移扩散。
生物工程下游技术1-15章复习-图文
生物工程下游技术1-15章复习-图文第一章绪论下游技术: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源料，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，通常称为下游技术，也称为下游工程或下游加工过程。
清洁生产(Cleaner Production)：是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类和环境的风险。
它包括三方面内容，即清洁生产工艺(技术)、清洁产品、清洁能源。
清洁生产工艺是生产全过程控制工艺，包括节约原材料和能源，淘汰有毒害的原材料，并在全部排放物和废物离开生产过程以前，尽最大可能减少它们的排放量和毒性，对必须排放的污染物实行综合利用，使废物资源化。
第二章下游技术的理论基础利用物质性质上的差异，可以区分不同的物质，并可对包含多种成分的混合物进行分离和精制。
分类：以物理学过程为基础的分离操作，大致可分为以下三类，（1）平衡分离过程（2）拟平衡(速度差)分离操作（3）非平衡分离操作流体在分离场内的传递现象可用经典流体力学中动量（通量）传递，热量（通量）传递，和质量（通量）传递规律和作用于分离场外的外加势能来描述。
下游技术中的生物学过程（一)特异性相互作用(锁钥关系）生物分离过程的作用特征是生物高分子的特异性相互作用。
生物高分子能分辨特定物质，再与其可逆性结合，这种现象是非常排他性的、特异性的结合。
有时也被称为生物亲和力。
具有特异性相互作用的高分子主要有：酶、抗体、植物凝血素、抗生物素蛋白等结合性蛋白、肝素、明胶、核苷酸等。
（1）离子间的相互作用：氨基酸侧链的电荷引起的静电作用（2）氢键结合：配体含或原子，能和结合部位之间形成氢键（3）硫水性相互作用：配体上的非极性基团与结合部位侧面的非极性部分存在硫水性相互作用（4）对金属原子配位：结合部位的一部分和配体的一部分在同一金属上配位（5）弱共价键结合：醛基和羟基间形成半缩醛可逆性结合作用（除共价结合外）（二）亲和色谱（Affinity Chromatography）利用一些生物物质之间特异的亲和力进行选择性分离的色谱技术。