生物分离工程(三版)(孙彦)01.

生物分离工程概述学时安排本课程合计48个学时课堂授课40学时答疑2-4学时（非课堂）自学4学时课堂测验2学时期末复习2学时*答疑：化工基础实验中心302室学时安排目录分配学时目录分配学时绪论2液相色谱6亲和色谱4电泳和电色谱4初级分离6蛋白质复性2膜分离4结晶2萃取6干燥2吸附分离技术6细胞的分离与胞内产物的溶解4参考书目教材：《生物分离工程》孙彦编著，化学工业出版社，2005年主要参考书目《生物工程下游技术》刘国诠主编，1993年《BioseparationProcessScience》AntonioA.García等第一章绪论授课内容生物下游加工技术简介生物下游加工过程的特点分离机理和分离操作生物物质分离效率的评价学习目的和要求总体要求：对本课程具有比较初步的认识；掌握：生物下游加工技术的特点；生物分离过程的单元操作原理；了解：生物分离技术的研究内容和发展情况；生物物质的种类和特性；下游加工过程的一般流程；应用：运用生物分离技术的评价方法分析实际问题；何谓工程（学）？Theapplicationofscientificandmathematicalprinciplestopracticalendssuchasthedesign,manufacture,andoperationofefficientandeconomicalstructures,machines,processes,andsystems.将科学及数学原理运用于实际用途的应用手段，如设计、制造并操纵高效、经济的结构、机器、过程及系统-《美国传统词典》早期的生物工程的萌芽美国和英国合作对青霉素进行生产研究（1941年），出现表面培养：1升扁瓶或锥形瓶，内装200mL麦麸培养基───40u/mlAlexanderFleming（1928）生物工程的萌芽1943年沉浸培养：5m3───200u/ml当今：100m3─200m3───5-7万u/ml生物分离工程的萌芽GoldenTime概念的提出血液制品的生产1953年，DNA双螺旋结构的发现1972年，美国斯坦福大学构建了第一个重组DNA分子1996年，克隆羊“多利”诞生在英国的罗斯林研究所1990-2006，人类基因组计划现在，生物信息、生物芯片、胚胎干细胞等生命科学的发展带动生物工程的进步现代生物技术的兴起两项技术第一个含有外源基因的重组质粒在细菌内增殖成功（1973年）细胞融合技术（1975年）直接结果：上述两项技术的直接此前天然存在于生物体内极微量的生物物质得以通过大量生物培养方式进行商业的生产，出现了现代生物加工过程。生物加工过程内容优育生物物种的选育；生物反应生产粗原料；目标产物的分离纯化过程；《基因工程》《遗传与育种》《生物反应工程》生物分离工程结构基因组的研究内容Bottleneck结构基因组研究的制约因素在蛋白质克隆和表达系统被不断优化的同时，分离纯化过程蛋白质的错误折叠及产物的不溶及聚合已成为结构基因组计划发展的制约因素。01000020000300004000050000ExpressedSolublePurifiedCrystallizedCrystalStructureNMRStructureInPDB100%49%39%15%6%3%8%生物分离技术与化工分离技术的区别化工分离技术：获得纯的化学物质生物分离技术：在得到纯的生物物质同时，还必须关注特定杂质的去除；与传统的化学试剂的纯度概念不同，生物产物对有害物质有严格的控制，生产过程也要求有严格的管理，在最终产品中往往不允许有极微量的有害杂质存在。生物分离技术的重要性生物产物的特殊性；生物产物所处环境的复杂性；对生物产品要求的严格性；最终结果：导致下游加工过程度成本往往占整个生物加工过程生产成本的大部分。下游加工技术的一般流程生物下游加工过程是指目标产物的分离纯化过程，包括产物提取(isolation)产物浓缩(concentration)产物纯化(purification)成品化(polishing)注意：多步分离导致收率降低；分离技术的选择依据产物所处的位置；产物性质（分子大小、疏水性、电荷形式和溶解度等）；生物加工过程自身的规模和产品的商业价值；一种目标产物的分离手段往往不止一种，根据生产的规模和价值，选择合适的分离技术生物下游加工过程的特点满足维持生物物质活性的要求满足快速分离的要求满足纯度和杂质去除的要求满足高效分离的要求满足成本优化的要求生物分离本质有效地识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别，利用能够识别这些差别的分离介质和（或）扩大这些差别的分离设备实现溶质间的分离或目标组分的纯化。常用的分离技术及其机理物理性质力学性质重力、离心力、筛分热力学性质状态变化、相平衡传质性质粘度、扩散、热扩散电磁性质电泳、电渗、磁化化学性质化学热力学化学平衡反应动力学反应速率光化学性质激光激发、离子化生物学性质分子识别生物亲和作用、生物学识别输送性质生物膜输送反应、响应、控制免疫系统分离过程过滤重力沉降机械分离对象：非均相物系，原理：根据物质大小、密度的差异进行分离离心沉降超滤反渗透反渗析输送分离原理：根据溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实现分离（速度分离法）推动力：压力差、电位梯度和磁场梯度电泳和磁泳蒸馏、蒸发吸收、吸附和离子交换萃取传质分离对象：均相物系；扩散分离原理：根据溶质在两相中分配平衡状态的差异实现分离（平衡分离法）推动力：偏离平衡态的浓度差结晶分离效果的评价分离因子收率纯化因子选择性分离效果的评价-浓缩率TCTPTccmXCXPXccm分离效果的评价-分离因子XTXCXPTCTPmmccccXWXPTWTPcccc（针对原料和产品）（针对废料和产品）分离效果的评价-回收率%100TCCTPPcFcFR