第一章 绪论
1.5 生化分离工程的分类
1.6 方法选择的基本原则
1.7 设计前应了解的信息
1.8 对环境的考虑
1.9 分离效率的评价
1.10 生化分离技术的发展趋势
1.5 生化分离工程的分类原 理 技 术 应 用
Phase change 1),蒸馏 乙醇沸点和蒸汽压 2),精馏 有机溶剂回收
0h 3),蒸发 制盐,抗生素富集
Extraction 1),液 -液萃取 抗生素分配系数 2),液 -固萃取 中药分离
3),固相萃取 天然产物
4h 4),双水相萃取 酶
5),反胶束萃取 DNA重组蛋白质
6),超临界萃取 中药提取
Density difference 1),常规离心 细胞分离比重,密度 2),高速离心 细胞,病毒分离
2h 3),超速离心 病毒,细胞器,DNA
1.5 生化分离工程的分类
Membrane 1）,常规过滤 发酵液膜分离 2）,微滤 细菌,细胞碎片
3）,超滤 蛋白质,酶
4h 4）,纳滤 有机物回收,污水治理
5）,反渗透 海水淡化,污水处理
Solubility 1）,结晶 味精溶解度 2）,盐析 蛋白质,酶
4h 3）,有机试剂 蛋白质
4）,等电点法 蛋白质,酶
1.5 生化分离工程的分类
Absorbance 1）,非特异性吸附 抗生素
(吸附 ) 2）,特异性吸附 抗体
2h 3）,亲和吸附 抗原抗体
4）,离子交换 抗生素
Chromatography 1）,凝胶 抗生素,蛋白质
(色谱或层析 ) 2）,亲和色谱 抗体
6h 3）,离子交换 蛋白质
Electric Field 1）,磁性免疫微球 抗原抗体
(场致分离 ) 2）,区带电泳 蛋白质
6h 3）,等速电泳 蛋白类
4）,等点聚焦电泳 蛋白类
1.6 方法选择的基本原则
1),尽可能简单,低耗,高效,快速 。
反面例子 ---- 中药现代化、超临界萃取；
正面例子
2),分离步骤尽可能少 。 Why?
A)、
φn 为总回收率,λn 为各单元回收率 。 意义？
分离步骤越多,回收率越低；如 φ10 = 0.9510 = 0.63,φ5
= 0.955 =0.77
B),分离步骤多,设备投入大,人员物资消耗大,生产周期长
How?
1.6 方法选择的基本原则
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 。
1.7 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),免疫原性 。 设计亲和色谱；
(8),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不稳定 )；
(9),分子的淌度及影响因素,包括 pH值,离子强度和盐等；
(10),等电点 pI；
1.7 设计前应了解的信息
2）,成品规格 （ 或产品质量标准 ）
表 1.3 五肽胃泌素的上海市药品标准 （ 1993年版 32页 ）
指标名称 指标含量 （ C37H49N7O9S） 97.0-103.0
比旋光度 -25? ~ -29?
吸收值比 A(280nm):A(288nm) = 1.12-1.22
氨基酸 各氨基酸之比为 1
干燥失重,% 0.5
3）,进料的组成和物性
(1),目的产物的浓度 。 高？ 低？
(2),物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质 。
(3),目的产物的定位 。 是胞内还是胞外？
(4),菌种的种类和形态 。
(5),微生物的含量和发酵液的黏度 。
1.7 设计前应了解的信息
4）,生产规模 1.
5）,危害性
(1),离心产生的气溶胶,发酵产生的废气,干燥产生的粉尘等 。
(2),目的产物本身的危害性；抗肿瘤代谢类药物,类固醇类抗生素,激素类药物等 。
(3),试剂危害 。 萃取试剂 CCl4,甲苯,苯,二甲苯,CNBr。
(4),微生物的危害 。 重组 DNA工程菌不能任意排放 。 这一菌种为新的物种,不能排除对生态系统和人的危害 。
6）,分批分离还是连续纯化
1.8 对环境的考虑
1）,废水
A,除菌过滤和灭菌处理；
B,符合 BOD的要求；
2）,废料
A,灭菌处理；
B,综合利用：动物饲料,饲料添加剂,有机肥料
3）,废气
A,除菌过滤和灭菌处理；
B,废气 （ 有机溶剂 ） 回收
4）,溶剂的回收
A,减少环境排放,减少污染；
B,循环利用,减低成本
1.9 分离效率的评价
1）,浓缩率 （ 富积率,concentration factor）
原料 (Raw material) 分离器 产品 (Product)
FW,VW,cT,W,cX,W
废液 (Waste fluid)
意义,1）、如 mT >1，则目标产物得到富积； 2）、如 mT
= mX，则目标产物未得到分离纯化。
1.9 分离效率的评价
2) 分离因子 (separative factor),或分离系数 (separative coefficient)
1.
意义,A,目标产物浓度?,杂质浓度?,则分离因子大,分离效率?；
B,? = 1时,则未分离 。 故在分离为主要目的时,
3) 回收率 (recovery)：
4) 纯化因子 (purification factor)
对于具有生物活性的蛋白质或酶,常常用分离前后目标产物的比活 2.
A [in U/mg]之比表示目标产物的分离纯化程度,
1.10 生化分离技术的发展趋势存在的问题：研发费用高,成本高,周期长 —— 生物工程发展的瓶颈如何解决？
1),加强基础理论研究
A,研究非理想溶液中溶质与添加物料之间的选择性机制,影响因素 1.
B,研究界面的结构,动力学和传质机制,以及影响因素 2.
C,下游加工过程的数学模型的建立和计算机模拟 。 难
2),完善老技术,正确对待,新,,,老,分离技术
1.10 生化分离技术的发展趋势
3),发明新技术研发新型高效 经济 的分离技术推进各分离技术的杂交分离技术与发酵技术结合强化化学对分离技术的影响 1.
4),高效分离技术的工程化
5),分离技术的环保化
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1.5 生化分离工程的分类
1.6 方法选择的基本原则
1.7 设计前应了解的信息
1.8 对环境的考虑
1.9 分离效率的评价
1.10 生化分离技术的发展趋势
1.5 生化分离工程的分类原 理 技 术 应 用
Phase change 1),蒸馏 乙醇沸点和蒸汽压 2),精馏 有机溶剂回收
0h 3),蒸发 制盐,抗生素富集
Extraction 1),液 -液萃取 抗生素分配系数 2),液 -固萃取 中药分离
3),固相萃取 天然产物
4h 4),双水相萃取 酶
5),反胶束萃取 DNA重组蛋白质
6),超临界萃取 中药提取
Density difference 1),常规离心 细胞分离比重,密度 2),高速离心 细胞,病毒分离
2h 3),超速离心 病毒,细胞器,DNA
1.5 生化分离工程的分类
Membrane 1）,常规过滤 发酵液膜分离 2）,微滤 细菌,细胞碎片
3）,超滤 蛋白质,酶
4h 4）,纳滤 有机物回收,污水治理
5）,反渗透 海水淡化,污水处理
Solubility 1）,结晶 味精溶解度 2）,盐析 蛋白质,酶
4h 3）,有机试剂 蛋白质
4）,等电点法 蛋白质,酶
1.5 生化分离工程的分类
Absorbance 1）,非特异性吸附 抗生素
(吸附 ) 2）,特异性吸附 抗体
2h 3）,亲和吸附 抗原抗体
4）,离子交换 抗生素
Chromatography 1）,凝胶 抗生素,蛋白质
(色谱或层析 ) 2）,亲和色谱 抗体
6h 3）,离子交换 蛋白质
Electric Field 1）,磁性免疫微球 抗原抗体
(场致分离 ) 2）,区带电泳 蛋白质
6h 3）,等速电泳 蛋白类
4）,等点聚焦电泳 蛋白类
1.6 方法选择的基本原则
1),尽可能简单,低耗,高效,快速 。
反面例子 ---- 中药现代化、超临界萃取；
正面例子
2),分离步骤尽可能少 。 Why?
A)、
φn 为总回收率,λn 为各单元回收率 。 意义？
分离步骤越多,回收率越低；如 φ10 = 0.9510 = 0.63,φ5
= 0.955 =0.77
B),分离步骤多,设备投入大,人员物资消耗大,生产周期长
How?
1.6 方法选择的基本原则
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 。
1.7 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),免疫原性 。 设计亲和色谱；
(8),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不稳定 )；
(9),分子的淌度及影响因素,包括 pH值,离子强度和盐等；
(10),等电点 pI；
1.7 设计前应了解的信息
2）,成品规格 （ 或产品质量标准 ）
表 1.3 五肽胃泌素的上海市药品标准 （ 1993年版 32页 ）
指标名称 指标含量 （ C37H49N7O9S） 97.0-103.0
比旋光度 -25? ~ -29?
吸收值比 A(280nm):A(288nm) = 1.12-1.22
氨基酸 各氨基酸之比为 1
干燥失重,% 0.5
3）,进料的组成和物性
(1),目的产物的浓度 。 高？ 低？
(2),物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质 。
(3),目的产物的定位 。 是胞内还是胞外？
(4),菌种的种类和形态 。
(5),微生物的含量和发酵液的黏度 。
1.7 设计前应了解的信息
4）,生产规模 1.
5）,危害性
(1),离心产生的气溶胶,发酵产生的废气,干燥产生的粉尘等 。
(2),目的产物本身的危害性；抗肿瘤代谢类药物,类固醇类抗生素,激素类药物等 。
(3),试剂危害 。 萃取试剂 CCl4,甲苯,苯,二甲苯,CNBr。
(4),微生物的危害 。 重组 DNA工程菌不能任意排放 。 这一菌种为新的物种,不能排除对生态系统和人的危害 。
6）,分批分离还是连续纯化
1.8 对环境的考虑
1）,废水
A,除菌过滤和灭菌处理；
B,符合 BOD的要求；
2）,废料
A,灭菌处理；
B,综合利用：动物饲料,饲料添加剂,有机肥料
3）,废气
A,除菌过滤和灭菌处理；
B,废气 （ 有机溶剂 ） 回收
4）,溶剂的回收
A,减少环境排放,减少污染；
B,循环利用,减低成本
1.9 分离效率的评价
1）,浓缩率 （ 富积率,concentration factor）
原料 (Raw material) 分离器 产品 (Product)
FW,VW,cT,W,cX,W
废液 (Waste fluid)
意义,1）、如 mT >1，则目标产物得到富积； 2）、如 mT
= mX，则目标产物未得到分离纯化。
1.9 分离效率的评价
2) 分离因子 (separative factor),或分离系数 (separative coefficient)
1.
意义,A,目标产物浓度?,杂质浓度?,则分离因子大,分离效率?；
B,? = 1时,则未分离 。 故在分离为主要目的时,
3) 回收率 (recovery)：
4) 纯化因子 (purification factor)
对于具有生物活性的蛋白质或酶,常常用分离前后目标产物的比活 2.
A [in U/mg]之比表示目标产物的分离纯化程度,
1.10 生化分离技术的发展趋势存在的问题：研发费用高,成本高,周期长 —— 生物工程发展的瓶颈如何解决？
1),加强基础理论研究
A,研究非理想溶液中溶质与添加物料之间的选择性机制,影响因素 1.
B,研究界面的结构,动力学和传质机制,以及影响因素 2.
C,下游加工过程的数学模型的建立和计算机模拟 。 难
2),完善老技术,正确对待,新,,,老,分离技术
1.10 生化分离技术的发展趋势
3),发明新技术研发新型高效 经济 的分离技术推进各分离技术的杂交分离技术与发酵技术结合强化化学对分离技术的影响 1.
4),高效分离技术的工程化
5),分离技术的环保化
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