生化分离工程复习资料 第一章 绪论
1.生化分离工程的定义：为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、富集生物产品的过程 (Downstream Processing)。
（生化物质主要包括氨基酸、蛋白质、多糖、核酸、抗生素、肽类物质、脂质和其他生化产品，其主要来源包括微生物、动物、植物和海洋生物等生物原料或者基因工程产物。） 2.生物分离技术在整个生物加工过程中的重要性可以从三个方面加以体现：
第一， 生物产物的特殊性；
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）[生物活性物质的稳定性差，对PH、温度、金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等十分敏感，易失活、变性]
分批操作，生物变异性大
第二， 生物产物所处环境的复杂性；
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[除了产物外，还含有大量的细胞、代谢物、残留培养基、无机盐等；]
产物浓度低的水溶液 (原因：a 氧传递限制；b 细胞量;c 产物抑制 )
第三， 对生物产品要求的严格性；
质量要求高 （药品或食品）[含目的产物的初始物料组成复杂，生化产品种类繁多，包括了大、中、小分子量的结构和性质复杂又各异的生物活性物质；生化产品的应用面广，许多产品用作医药、食品、试剂等，对含量和纯度要求高等。]
从而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。（教材中列出了若干生物制品生产过程中分离过程的成本）
因此，下游加工过程的成本往往决定 整个生物加工过程的成败，设计合理的下游加工过程可大大降低目标产品的生产成本，实现更大规模上的商业生产。
评价生化物质分离纯化技术的标准是纯度、收率和成本等三个因素，应从这三个方面进行综合考虑和优化才能决定最佳工艺技术。 3.下游加工技术的一般流程 参照教材第3页图1.1 强调如下几点：
第一， 流程图包括了本课程所涉及的大部分教学内容；
第二，一个目标产物的获得需要进行多步处理，这样导致总收率的降低。 得出结论：选择恰当的分离技术至关重要。 4.分离技术的选择依据
第一， 产物所处的位置；
物料组成（组成中杂质、目标组分的量，是否有必须去除的物质）；
第二， 产物性质
分子大小、疏水性、稳定性（目标产物稳定性，杂质稳定性）、电荷形式和溶解度、功能团、挥发性等；
产品形式 ：固体 适当结晶， 液体，适当浓缩； 危害性：过程保护性分离；
第三， 生物加工过程自身的规模（越大所选用的设备不同，如凝胶层析不能规模过大）
和产品的商业价值[产品规格 （注射，非注射）（标准、吸收等）]；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。
第四， 步骤少(回收率高，如每次的损失90%，多次损失越多；避免相同原理的分离技
术多次重复出现；减少新化合物进入)；
第五， 次序合理(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)（考虑的是损失率，成本等）；
第六， 清洁生产：废水处理，如甲壳素的生产会产生许多强酸碱，酶法分离；废气；
废渣。
5.生物下游加工过程的特点
生物下游加工过程的特点是由蛋白质的特性所决定的，可以概括为“五项要求”： 第一，满足维持生物物质活性的要求
生物物质的生理活性大多是在生物体内的温和条件下维持并发挥作用，当遇到高温，pH的改变以及某些化学药物存在等周围环境的急剧变化时极不稳定，容易发生生物活性的降低甚至丧失。因此，生产过程对分离纯化过程的操作条件有严格的限制。
第二，满足快速分离的要求
原料液中常存在降解目标产物的杂质，如可水解目标蛋白的蛋白酶。因此，要求采用快速的分离纯化方法除去影响目标产物稳定性的杂质。
第三，满足纯度和杂质去除的要求
根据目标产物的使用目的，完全除去妨碍其功能发挥的杂质，但不像电子材料和无机材料那样要求非常高的纯度。 第四，满足高效分离的要求
原料液中常存在与目标分子在结构、构成成分等理化性质上极为相似的分子异构体，形成用常法难于分离的混合物。因此，一般要求利用特殊的高效分离技术纯化目标产物。
第五，满足成本优化的要求
原料液中目标产物的浓度一般都很低，有时甚至是极微量的，这样就有必要对原料液进行高度浓缩，从而使下游加工过程的成本显著增大。 6.分离机理与分离操作
对于一个待分离的原料，一般利用原料中目标产物与共存杂质之间在物理、化学以及生物性质上的差异，使其在分离操作中具有不同的传质速率或平衡状态，从而达到分离目标产物的目的。
因此，常用的分离技术是基于
物理性质 化学性质
生物学性质
力学性质 热力学性质 传质性质 电磁性质 化学热力学 反应动力学 光化学性质 分子识别
重力、离心力、筛分 状态变化、相平衡 粘度、扩散、热扩散 电泳、电渗、磁化 化学平衡 反应速率 激光激发、离子化 生物亲和作用、生物学识别
输送性质 反应、响应、控制
生物膜输送 免疫系统
7.根据生物分离过程原理 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 过滤 重力沉降 离心沉降 传质分离 对象：均相物系； 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 超滤 反渗透 反渗析 电泳和磁泳 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 蒸馏、蒸发 吸收、吸附和离子交换 萃取 结晶 8.分离效率的评价
评价一个分离过程的效率主要有三个指标：
目标产品的浓缩程度－浓缩率：包括产品浓缩率（mT）和杂质浓缩率（mX）两种 分离纯化程度－分离因子：又称分离系数，反映目标产物的纯化程度，用?表示 获得产物的量－回收率
第二章 细胞破碎与分离 第一部分 细 胞 分 离
1.重力沉降是传统化工过程中常用的从含有固体颗粒的流体中将颗粒分离出来的操作，其是利用流体与颗粒间的密度差，在重力的作用下使颗粒与流体之间产生相对运动，从而实现两者的分离。
2.提高重力沉降速度的途径
由于菌体或动物细胞的尺寸较小，因此虽然利用重力沉降分离细胞比较简单易行，但沉降速度很慢。因此，在实际过程中往往采取某些方法来提高细胞的沉降速度。
