环状糊精的构造
生物、食品工业中，环糊精用来包接或分离一些易挥 发性的且不溶于水的呈香呈味物质(苯甲酸等) 。
二苯—18—皇冠醚-6 （孔径0.26—0.32nm ）
泡沸石的选择性吸附
皇冠醚用来选择分离一些金属离 子、氨基酸手性拆分等
泡沸石用来对气体分子选择 性吸附分离
二、下游技术中的化学反应
色谱分离 结晶
产物浓度（kg/m3） 0.1～100 1.0～5 5～50 50～200 50～200
纯度（％） 0.1～10 0.2～2.0 1～10 50～80 90～100
在“产物分离” 步骤中产物浓度提高的 程度最大；但产物纯度的提高主要在“纯 化” 步骤。
上述四个分离步骤， 可以归结为两个基本阶段： 产物初级分离阶段和纯化精制阶段。
生物产品分离过程，在生物技术工业中占有十分 重要的位置。分离决定分着产品的纯度和安全性； 决定着产品的收率和成本，分离设备投资和分离费 用在总投资和总费用占有相当大的比重。
分离方法的选择和优化，新型分离设备的研制 开发，对于生物制品的生产具有极重要的意义。
1.3 生物分离技术原理
按生物分离所依据物质性质的差异分类
1.2 生物分离一般流程
与自然界天然物料一样，用发酵和生物工程方法生产 的原始产物， 几乎都是混合物，通常都须经分离纯化处 理，才能获得终产品。
生物工程产品的多样化和特殊性导致了各式各样分离 方法的应用。不同的生物产品，由于其自身特性和对其纯 度的要求不同，对应的分离纯化路线常常不同。
对现有各类生物工程产品的分离进行分析归纳，可发 现大多数分离过程可以归并到4个步骤，即：
电渗析等膜分离，可除去物化性质与产物类似的杂质。处 理操作选择性高，可获得高纯度的产物。
4 精制和成品加工：最后的加工程序，其方法取决于产
品应用目的，最常用的有结晶和干燥。
当目的产物存在于细胞内时，还须加上细胞破碎步骤。
产物分离过程及纯度
过程 生化反应 不溶物除去 产物分离
纯化 精制
典型过程 发酵 过滤 萃取
生物分离依据 物质性质的差别
物理性质
化学性质
生物性质
(1) 物理性质
1 力学性质：溶质密度、尺寸和形状。 2 热力学性质：溶质的溶解度、挥发度、表面活性及
相间分配平衡行为等。
3 传递性质：粘度、分子扩散系数和热扩散现象等。 4 电磁性质：溶质的荷电特性、电荷分布、等电点和
磁性等。
力学 性质
重力 沉降
离心 分离
膜筛分
其他
传递性质
膜分离 溶解扩散
热扩散
Байду номын сангаас其他
泡沫分离
精馏
蒸发
结晶
热力学 性质
吸收
萃取
其他
吸附
电泳 其他
电磁性质 磁性分离
离子交换
电色谱 电渗析
(2) 化学性质
利用化学作用和化学反应，可以进行混合物的 分离。与物理作用相比，化学作用的选择性更强； 在高度选择性的精密分离中，以化学作用为机理 的分离过程占有重要地位。
用去离子水洗脱
洗脱液用中空纤维膜浓缩
除去MW10000的蛋白质
离心分离(10000g, 30min)
Sephdex G7凝胶过滤 (0.01%HAc ＋0.1mol/L NH4Ac)
冷冻干燥
酶成品
当需要从稀溶液中提取生物制品，并提纯至很高浓度 时，需采用多步分离操作。适当的分离工艺组合，有利 于降低总的分离成本；因此，产品的提取、精制过程必 须精心设计。
第01章 绪 论 目录
1.1 生物分离过程对象及其特点 1.2 生物分离一般流程 1.3 生物分离技术原理 1.4 生物分离技术的发展
化学工业
颜料：植物等提取色素 增稠剂：黄原胶 有机酸：苹果酸、柠檬酸等 溶剂产品：乙醇、丙酮－丁醇、乙二醇
食品工业
饮料：含酒精类、不含酒精类 氨基酸：谷氨酸等 酶类: 淀粉酶、糖化酶等 单细胞蛋白、酵母 乳制品加工：乳清中蛋白回收等
➢ 分离对象的不稳定性：分离对象是有生物活性的生
物大分子产品，分离过程中不恰当的物理和化学环境 等（温度、pH值、缓冲液、离子强度、有机溶剂、空 气氧化、搅拌和剪切力等），可能引起分子结构发生 改变而失活；此时，需要迅速加工，缩短停留时间。
➢ 生物安全性要求：对于治疗用基因工程产品，有着
极高的纯度和同一性要求，对其中有害杂质去除率要 求极高，对分离设备材质和分离过程中引入的分离介 质也有严格限制。
1 培养液的预处理和固-液分离：如过滤、离心分离、
重力沉降等， 主要作用是实现固液分离，而产物的浓度和 纯度仅有较小的提高。
2 产物提取：除去与目的产物性质差异较大的杂质，产
物浓度可得到相当大提高，纯度也有较大提高；如吸附、 萃取、 离子交换和蒸馏等。
3 产物纯化：常用的分离操作有色谱分离、电泳和超滤、
• 初级分离阶段：分离细胞和培养液，浓缩产物和去除
大部分杂质等。
• 纯化精制阶段：在初级分离的基础上，用各种高选择
性手段将目标产物和干扰杂质尽可能分开，使产物的纯 度达到有关的要求，最后制成可以贮存、运输和使用的 产品。
发酵液
转鼓真空过 滤机除菌体
加Ca(OH)2 至pH5.8
清液弃去 柠檬酸钙
转鼓真空过 滤除CaSO4
生物分离对象的特性
➢ 浓度低： 目标产物浓度往往比较低，悬浮液中大部
分是水。 如抗生素1—3％，酵母2—4％，酒精7—12 ％，酶 0.2—0.5％，有机酸 4—10％，维生素B12 0.002％ 。
➢ 杂质多：组分非常复杂，是含有细胞、细胞碎片、
蛋白质、核酸、脂类、糖类、无机盐等的混合物。除 目的产物之外，还有物化性质类似的多种副产物和杂 质。
阴阳离子交 活性碳脱色 换树脂处理
真空蒸 发结晶
离心分离 柠檬酸晶体 60℃干燥
成品柠檬酸
柠檬酸提取精制流程
小球核酸酶分离纯化流程
发酵液(pH8.8)
稀释，渗透膜脱盐
加HAc，调pH5.2
加SP－Sephdex C25树脂吸附
搅拌1h，静置2h
树脂装柱，通pH6.0 NH4Ac (0.3M)
弃去流出液
化学反应的选择性、化学反应的平衡和反应速 度等，则是进行选择和设计相关的生物分离过程 时往往需要考虑的问题。
一、化学性分子识别
1．伴生化学反应的萃取过程：如金属螯合萃取 2．分子间相互作用：如疏水作用和疏水色谱分离 3．分子识别：如环糊精对一些有机物的选择性包接作用， 冠醚对金属离子的识别作用等。