给定的菌株具有压倒的 优势。
而在其他条件下操作，不但削弱了反应速率，还会使受污染的微生物须
狂生长。
生物分离工程过程的特点1
(l)在发酵产品的生产中，分离和精制过程所需的费用占成本的很大部
分。
(2)对传统发酵工业(如抗生素、乙醇、柠檬酸)，分离和精制部份占整个
工厂投资费用的60%。
(3)对重组DNA发酵、精制蛋白质的费用可占整 个生产费用的80%—
或将混合物置于某一物相中（液相），使各组分分配于不同区域，如电 泳、超离心、超滤等 生物分离工程分离过程可分为5个阶段 1.培养液(发酵液)的预处理和固液分离：（加速固液相分离） 2. 细胞破碎分离胞内产物 3.初步纯化(提取)（除去与目的产物性
质差异很大的杂质） 生物分离工程分离过程可分为5个阶段 4.高度纯化(精制)（除去与产物性质相 似的杂质） 5.成品加工。
憎水 结晶
电泳 发酵工程下游加工工程 (downstream processing) 生物分离工程 2
正因为如此，本课程涉及生化、化工、物化、物理学和化学等领域的各 个方面理论及实验技术及其它们结合所产生的边缘学科。随生物技术的 发展，生物分离工程在近几年来得到了快速发展，已形成了一整套有别 于上述各学科的研究方法和理论。 生物分离工程是生物工程学系的一门重要的必修专业基础课。 教学目的 ： （一）、要求学生比较系统的掌握生物分离工程的理论和技术方法，并 应用于对生物技术的产业化。 （二）、通过对生物分离工程的学习，使学生能综合利用已学会的化 学、物理学、生物化学、物理化学、化工原理等知识，为今后学习生物 产品工艺学等打好基础，开拓思路及走上工作岗位后能在实际工作时应 用生物分离工程各种技术做好理论准备。 教学目的 ： （三）、要求学生掌握有关产品后处理采用各单元操作的常用手段，并 初步掌握其理论知识，如：盐析、结晶、离子交换、萃取、离心等。 （四）、培养学生自学生物分离工程的能力；能运用所学知识来分析和 解释一些在生产中遇到的现象和问题的初步能力。 教学参考书 1 刘国诠等《生物工程下游技术——细胞培养、分离纯化、分析检测》， 1993，化学工业
分子分配） （4） 亲和技术推广与配基合成（分子印迹） （5） 优质层析介质开发（大孔亲水介质，贯注层析介质） （6） 下游技术与上游技术相结合(藕合分离） （7） 改进上游因素（改进菌种，培养基与发酵条件） （8） 改善环境相容性 非蛋白类杂质的去除 （1） DNA
A 阴离子交换（pH 4.0) B 亲和层析（不被吸附） C 疏水层析 （2）热原 （蛋白质溶液中的去热原） A 生产过程无菌 B 所有层析介质无菌 C 所用溶液无菌 D 亲和层析（多粘菌素） （3）去病毒 A 加热 （60 ℃ ) B 过滤
为什么要学习生物分离工程 ？
怎样才能学好生物分离工程 ？ 休息一下！ 传统生物产品与基因工程产品回收方法的比较 传统产品 (1) 小分子（少数工业用粗酶） (2) 理化性质清楚 (3) 易于放大 基因产品 (1) 大分子 (2) 胞内 (3) 不稳定 (4) 放大困难 生物技术产品的类型 按分子量大小 小分子产品：（小于1000）抗生素，有机酸，氨基酸 大分子产品：（大于1000）酶, 抗体，多肽，蛋白质 按产品所处的位置 细胞内: 胰岛素，干扰素，重组蛋白质 细胞外：抗生素，胞外酶 生物技术下游加工过程特点 生物产品特点： ① 产物浓度低的水溶液 (原因：a 氧传递限
生物分离工程分离过程的工艺过程决定于产品的性质和要求达到的纯 度。 综合处理 上游要为下游创造条件
选育不产生杂质的菌种 胞内产物变为胞外产物 在细胞内形成包含体 给目的产物接上特殊“物质” 生物分离工程的发展动向 （1） 操作集成化（扩张床，两水相） （2） 方法集成化（亲和与膜结合） （3） 大分子与小分子相互渗透（两水相 大分子向小
生物分离工程 （一）
一片绿叶，饱含着它对根的情谊；一句贺词，浓缩了对你的祝愿。 又是一个美好的开始，祝成功和快乐永远伴随着你。 生物技术 生物技术必须实现产业化后才能给人民造福，取得应有的社会和经济效 益。根据国际上发展生物技术的经验和资料及我国发展生物高技术的实 践，业已证明了生物分离工程在利用生物技术生产产品时占的成本比例 极大。可以说，生物分离工程技术是生物高新技术实现产业化的关键。 生物分离工程 1 生物产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞的大量培养和 饲养、种植后，从中分离、精制、质量监测有关目的产品的一系列单元 操作技术过程。它主要是通过利用物理技术、物化技术、化学技术、生 物技术等方法来达到目的。 生化分离工作的一般过程 动、植物组织、体液等
胞外产物
提取
发酵液 →预处理 →c分离 →c破碎→碎片分离 →初步纯化 →精制 → 制 成品 培养液 加 热 沉 淀 匀 化 离 心 沉 淀 分子筛 无 菌过滤 酶反应 调 pH 离 心 超 声 萃 取 吸 附 离 子 超 滤
絮凝 过滤 胞溶 过滤 萃取 亲和 冻干
错流过滤 研 磨 错流过滤 超 滤 吸 附 喷 干
C 灭活剂 目标蛋白的表征和分析方法 （1） HPLC （2） SDS-PAGE （3） 氨基酸顺序分析 （4） 氨基酸，肽图，免疫化学 （5） 与标准品对照分析 分离效率评价 分离效率评价 思考题： 1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？ 2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？ 3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？ 4 如何除去蛋白质溶液中的热原质？ 5 生物分离为何主张采用集成化技术？ 6 纯化生物产品的得率是如何计算的？若每一步
纯化产物得率为90%，共6步纯化得到符合要 求产品，其总收率是多少？ 谢谢观赏！
出版社。 吴俊生等《分离工程》，1992，华东化工学院出版社。 教学参考书 2 梁世中编译《生物分离技术》，上册，1995，华南理工大学出版社。 俞俊堂等，《生物工艺学》，上册，1991，华东理工大学出版社。 华南工学院等，《发酵工程与设备》，1983，轻工业出版社。 新编生物工艺学(上) 俞俊堂￥35.00元 化学工业出版社 ISBM: 7502542175 生化生产工艺学 梅乐和，姚善泾，林东强 ￥38.00元 科学出版社 ISBM: 7-03-007344-4 总论 什么是生物分离工程（发酵后处理）——与化工原理、生物化学的联系 和区别是什么？
特别是蛋白质产品常伴有大量的性质相近的杂质蛋白质。
从低浓度的混合物中分离出纯组分，需要较大的能量和繁多的步骤。
几种产品在发酵液中的浓度Biblioteka 产品典型浓度（g/L）
抗生素
25
氨基酸
100
酒精
100
有机酸
100
酶
20
蛋白质
10
生物技术下游加工过程特点
生物分离工程过程的特点4
微生物产物中相当大部分是化学不够稳定的，所采用的反应物、pH和
温度都受限制。
如产品是胞内酶，提取前先得破碎细胞。 生物分离工程过程的特点5 发酵或培养都是分批操作，由于生物变异性大，各批次的发酵液不尽相 同。
这就要求下游加工有一定的弹性，特别是对染菌的批号，也要能处理。 发酵液的放罐时间、发酵过程中消沫剂的加入都对提取有影响。 生物分离工程过程的特点6 发酵液放罐后，由于条件的改变，会继续但按另一条途径进行发酵；另 一方面，还会感染杂菌，这些都会引起产品的破坏，故发酵液不宜存放 过久，应尽快进行提取。 生物分离工程过程的特点7 许多物质并不需要以纯态被分离出来。 但是去除热原(针用药物)和核酸(食用单细胞蛋白)是有必要的。 生物分离工程过程的特点8 从其他理化性质相似的材料中分离出某种特定组分的难度大。
缺乏可采用的单元操作，也是分离中常遇到的，虽说代用的方法不少， 但选用时要考虑费用和效果。 休息一下 生物分离工程过程的特点9 对基因工程产品，还应注意生物安全(biosafety)问题。 要求防止基因工程菌体的扩散，特别对前面几步操作，一般要求在密封 的环境下操作。 发酵度浓量很大，BOD值较高，经生物处理后才能排放。 最理想的情况是将废液循环使用，但目前尚未获得成功。 生物分离工程过程的特点10 1. 处理产品时时间短、速度要求快。 2. 处理产品时的温度要求底。 3. 处理产品时的pH适中(应该选择在生物物质的稳定范围内)。 4. 勤清洗消毒(包括厂房、设备及管路，特别应该注意死角) 。 应该遵循的原则 基本指导思想 根据混合物中不同组分分配率的差异将其分配于几个物相中，如溶剂提 取、盐析、结晶等
制；b 细胞量;c 产物抑制) ② 组分复杂(a 大分子;b 小分子;c 可溶物;d
不可溶物;e 化学添加物) ③ 产物稳定性差[a 化学降解(pH , 温度);
b 微生物降解 （酶作用， 染菌）] ④ 分批操作，生物变异性大 ⑤ 质量要求高 （药品或食品） 发酵液中目标物浓度与产品售价 生物分离工程（发酵后处理） 生物化工产品是通过微生物发酵、酶反应过程或动、植物的细胞大量培 养获的产品。它们往往是从上述的发 酵液、反应液或培养液中分离、 精制出来。有关生产这些产品的过程也称为下游加工过程。 生物分离的流程与单元操作 ① 细胞回收技术: 絮凝，离心，过滤，微过滤。
② 细胞破碎技术: 球磨，高压匀浆，化学破碎技术 ③ 初步纯化技术: 吸附剂，离子交换，沉淀（盐析 法，有机溶剂沉 淀，等电点，沉淀剂），溶剂萃取，两水相萃取，超临界萃取，逆胶束 萃取，膜分离技术 ④ 高度纯化技术: 各类层析，亲和，疏水，聚焦，离子交换，结晶 ⑤ 成品加工：浓缩，除菌与热原，喷雾干燥，气流干燥，沸腾干燥， 冷冻燥 发酵液中目标物浓度与分离步聚的关系 逆胶束示意图 生物下游加工过程的选择准则 ① 步聚少 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 重要性 1. 产品分离纯化是最终获得商业产品的环节 2. 发酵液是复杂的多相系统 3. 生物产物的特点：浓度、稳定性等 4. 投资费用高： 抗生素、乙醇、柠檬酸占60% 纯化蛋白质80~90% 5. 分离纯化技术落后会阻碍发酵工程技术的发展 下游加工过程的沿革 传统产业（第一代） 19世纪60年代-20世纪50年代：酒精，丙酮，丁醇 第二代生物技术产品 20世纪40年代：抗生素，有机酸，核酸，酶制 剂，单细胞蛋白 第三代 20世纪70年代中期：动、植物细胞培养，基因工程发酵产品 生物分离工程过程的特点 生化工程与化学工程的区别并不在于单元操作及单元过程的原理，而在 于前者涉及了生命系统的自然现象。因此最大的优点，是在温和条件下 进行。 需精确控制的pH值、温度、氧化还原电位以及培养菌的情况下，应使