生物工程下游分离与纯化

生物化学工程中的生物分离与纯化技术研究摘要：生物化学工程中的生物分离与纯化技术是一门重要的技术领域，对于生物制药、食品工业和环境保护等领域具有重要意义。

本文首先介绍了生物分离与纯化技术的研究背景和意义，然后综述了当前主流的生物分离与纯化技术，包括固定化酶技术、膜分离技术、离子交换技术和凝胶过滤技术等。

最后，讨论了生物分离与纯化技术在生物化学工程中的应用和发展趋势，并提出了未来研究的方向。

关键词：生物化学工程、生物分离、纯化技术、固定化酶、膜分离引言生物化学工程是将生物学、化学、工程学等多学科知识与技术相结合，应用于生物制药、食品工业、环境保护等领域的一门学科。

在生物化学工程的实践中，生物分离与纯化技术是一项关键的技术，它涉及到生物体内各种生物分子的提取、分离和纯化，对于获得高纯度的生物制品具有重要意义。

随着生物技术的不断发展和进步，越来越多的生物大分子如蛋白质、酶、抗体等被广泛应用于医药领域。

而这些生物大分子的提取、分离和纯化则面临着一系列的挑战。

首先，生物大分子在生物体内的含量相对较低，需要进行高效的分离和纯化才能得到足够的产量。

其次，生物大分子的结构复杂，需要选择合适的技术来实现选择性分离和高度纯化。

因此，生物分离与纯化技术的研究和发展对于生物化学工程的进一步发展具有重要意义。

当前，固定化酶技术是生物分离与纯化领域的研究热点之一。

固定化酶技术通过将酶固定在载体上，实现酶的稳定性和重复使用性，广泛应用于生物催化、生物制药和食品工业等领域。

另外，膜分离技术也是一种常见的生物分离与纯化技术，通过选择性透过和截留不同大小的分子，实现分离和纯化的目的。

离子交换技术则是通过固定化的离子交换基团与目标分子间的亲和作用实现分离和纯化。

凝胶过滤技术则是利用凝胶颗粒的孔隙来分离不同大小和形状的生物大分子。

尽管目前已有多种生物分离与纯化技术被广泛应用，但仍存在一些问题和挑战。

例如，某些生物大分子的纯化效率较低，且操作复杂；一些技术在大规模生产中存在成本较高的问题。

一．绪论1、从某一动物培养的细胞中分离某一抗体(一蛋白的代表）的一般工艺过程。

答：生物工程下游技术的一般工艺过程（p12）2、分离纯化某一酶制剂的主要步骤和结果如下表：（（2）亲和层析的原理是什么？3、产品的分离提取工艺应考虑那些因素？答：生物分离过纯化过程的选择准则（P16）①步聚少，成本低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废水处理第二章发酵液预处理1．沉降速度离心的原理。

（p15）答：沉降速度法：主要用于分离沉降系数不同的物质。

2．沉降平衡离心的原理。

（p15）答：沉降平衡法：用于分离密度不同的物质。

如梯度密度离心。

3．差速离心的概念。

（p15）答：采用不同的转速将沉降系数不同的物质分开的方法。

4． rpm与RCF的换算关系。

5.已知某一离心机的转子半径为25cm，转速为1200r/min，计算相对离心力为多大？第三章细胞破碎1除去发酵液杂蛋白质的常用方法有那些？答：杂蛋白质的除去（p6）(1) 沉淀法：蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子（三氯乙酸盐、水扬酸盐）形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。

(2) 变性法：使蛋白质变性的方法很多，如：加热，调节pH，有机溶剂，表面活性剂等。

其中最常用的是加热法。

(3) 吸附法：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。

2产品的分离提取工艺应考虑那些因素？答：(1) 是胞内产物还是胞外产物；(2) 原料中产物和主要杂质浓度；(3) 产物和主要杂质的物理化学特性及差异；(4) 产品用途和质量标准；(5) 产品的市场价格；(6) 废液的处理方法等。

3发酵液过滤与分离的困难的原因及解决方法。

答：第一节发酵液过滤特性的改变微生物发酵液的特性可归纳为： (P3)①发酵产物浓度较低，大多为1％一10％，悬浮液中大部分是水；②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；③固体粒子可压缩性大；④液相粘度大，大多为非牛顿型流体；⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。

生物分离工程：，从生物产品的生产技术来看：指生物产品的下游加工过程（Down stream processing）。

➢从生物工程的新技术看，主要指工程菌和动植物细胞产品的分离与纯化。

➢从研究对象看，主要指生物大分子产品的分离与纯化。

➢➢➢包涵体(inclusion body)：外源蛋白质在大肠杆菌中高效表达时常形成不可溶、无生物活性的聚集体。

➢初级分离是指从发酵液、细胞培养液、胞内抽提液（细胞破碎液）及其他各种生物原料初步提取目标产物，使目标产物得到浓缩和初步分离的下游加工过程。

➢胶体是一种尺寸在1～100 nm以至1000 nm的分散体。

它既非大块固体，又不是分子分散的液体，而是具有两相的微不均匀分散体系。

➢沉淀定义：物理环境的变化引起溶质溶解度降低，生成固体凝聚物（aggregrates)的现象➢盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀的现象称为盐析。

➢利用蛋白质在pH值等于其等电点的溶液中溶解度下降的原理进行沉淀分级的方法称为等电点沉淀法➢泡沫分离：根据表面吸附的原理，利用通气鼓泡在液相中形成的气泡为载体对液相中的溶质和颗粒进行分离，又称泡沫吸附分离，泡沫分级或鼓泡分级。

➢在一种流体相间内或者两种流体相间，有一层薄的凝聚相物质，其把流体相分隔开来成为两部分，并在两部分之间进行传质作用，这一薄层物质称为膜。

➢膜分离技术➢利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技术。

➢微滤（ Microfiltration ，MF）：以多孔细小薄膜为过滤介质，压力差为推动力，使不溶性物质得以分离的操作，孔径分布范围在0.025~14μm之间；➢超滤（ Ultrafiltration ，UF）：分离介质同上，但孔径更小，为0.001~0.02 μm，分离推动力仍为压力差，适合于分离酶、蛋白质等生物大分子物质；➢反渗透（Reverse osmosis， RO）：是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作，孔径范围在0.0001~0.001 μm之间；（由于分离的溶剂分子往往很小，不能忽略渗透压的作用，故而成为反渗透）；➢纳滤（Nanofiltration，NF ）：以压力差为推动力，从溶液中分离300~1000小分子量的膜分离过程，孔径分布在平均2nm；➢电渗析(Electrodialysis，ED)：以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解质的膜分离操作；➢超滤：根据高分子溶质之间或高分子与小分子溶质之间分子量的差别进行分离的方法。

生物工程下游技术作业及答案第三章1 凝聚:是指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。

2 絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成絮凝团的过程。

3 为有利于发酵液过滤可采用哪些方法来改变发酵液过滤特性？其简要机理如何？答：可通过以下几个方式：（1）降低液体粘度(加水稀释法和加热法)；（2）调节pH；（3）凝聚与絮凝；（4）加入助滤剂；（5）加入反应剂。

4 杂蛋白是发酵液中主要杂质，常用的除去方法有哪些？答：沉淀法；变性法；吸附法。

第四章1 细胞破碎：是指选用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。

2 细胞破碎有哪些方法？简述他们的基本原理。

答：固体剪切法；液体剪切法；超声波法；其他方法。

3 高压匀浆法与球磨法比较？答：1、高压匀浆法操作参数少，易于确定，适于大规模操作，而球磨法操作参数多，一般凭经验估计，在大规模操作中，夹套冷却控温难度较大。

2、球磨机连续操作时兼具破碎和冷却双重功能，减少了产物失活的可能性，而高压匀浆机需配备换热器进行级间冷却。

3、球磨法破碎在适当条件下一次操作即可达到较高的破损率，而高压匀浆法往往需循环2-4次才行。

4、球磨机适合于各种微生物细胞的破碎，而高压匀浆机不适合丝状真菌及含有包含体的基因工程菌。

第六章1浓差极化：是指当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度的现象。

2 膜的污染：随着操作时间的增加，膜透过流速的迅速下降，溶质的截留率也明显下降，这一现象被称为膜的污染。

3 简要说明各种膜（超滤膜、微孔过滤膜和纳米过滤膜）的特点及用途？答：超滤膜：能截留相对分子质量500以上的高分子的膜，应用于大分子产品，主要是酶及蛋白类产品。

微孔过滤膜：主要用于分离流体中尺寸为0.1-10µm的微生物和微粒子，以达到净化、分离和浓缩的目的。

主要用于无菌液体的生产，反渗透及超过滤的前处理。

答案仅供参考1.从生物工程概念及学科分支着手，分析生物工程下游技术的概念。

生物工程是分子遗传学、微生物学、细胞生物学、生物化学、化学工程和能源学等各学科的结合，应用于医药、食品、农林、园艺、化工、冶金、采油、发酵罐新技术和新底物的环保等方面的工程技术；生物工程下游技术就是研究，应用和设计生物产品的提取、分离、纯化、精制及加工工艺，使其变为产品的一门学科。

2.谈谈生物工程下游技术课程主要研究哪些问题？在整个生物工程技术领域的地位如何？有何作用？研究生物工程产品的提取、分离、纯化、精制加工等技术的基本原理和方法。

下游技术是生物制品产业化的必经之路和关键所在，直接影响产品的质量和成本。

作用是可以培养对生物产品的分离，纯化技术的掌控和应用能力，以及对生物物质提纯最佳方案的设计能力。

3.生物工程下游技术处理对象有哪些特点？目标物质浓度低、组分复杂、产物稳定性差、质量要求高（纯度、卫生和生物活性）4.原料中目的物的浓度与产品价格是否有关联？目的物浓度越低，产品的价格就越高5.提取步骤数及各步收率对总收率有何影响？提取步骤数越多，最终的总收率就越低6.通过查阅资料，介绍生物工程发展史。

第一阶段：古代酿造业，不存在下游技术一说，主要产品是酒、酱油、醋之类的发酵产品。

第二阶段：近代酿造业，可以进行过滤、蒸馏、精馏等简单的单元操作，主要产品是丙酮、丁醇等无活性的小分子物质。

第三阶段：可以进行目前大部分的化工单元操作，主要产品是抗生素、多糖、蛋白质等具有一定生物活性的大分子物质。

第四阶段：现代生物工业，可以进行各种新型分离技术（色谱、萃取等），主要产品是基因工程的高附加值产品。

7.介绍生物下游技术的一般流程，划分依据是什么？1.预处理（固体细胞与液体发酵液）2.提取（初步分离）3.精制（高度纯化）4.成品制作（最后加工，层析、电泳等）划分依据一般是分离产物的物相，分离物的大小，难度，方法等。

8.生物下游分离与化工分离有何区别？生物下游分离常无固定操作方法可循，生物材料组成非常复杂，分离操作步骤多，不易获得高收率，培养液（或发酵液）中所含目的物浓度很低，而杂质含量却很高，分离进程必须保护化合物的生理活性，生物活性成分离开生物体后，易变性、破坏，基因工程产品，一般要求在密封环境下操作。

生物发酵工程中分离和纯化的技术生物发酵工程是指利用微生物、细胞及其代谢产物进行某些化学过程的工程学科。

在生物发酵工程中，分离和纯化技术是至关重要的步骤，通过这些技术可以分离出所需的微生物、细胞或产物，并对其进行纯化和结构分析，以实现其在工业上的广泛应用。

一、分离技术生物发酵过程中，细胞或微生物的生长和代谢过程会产生大量的代谢产物，其中包括目标产物和非目标产物。

在分离技术中，目标产物的选择和富集是至关重要的。

常用的分离技术包括离心、过滤、超滤和萃取等。

离心是利用离心力将混合物中不同密度的组分分开的一种分离技术。

在生物发酵工程中，利用离心技术可以将微生物和细胞分离出来，以进行后续的培养和富集。

此外，离心技术还可以用于大分子物质的分离和纯化，如蛋白质、DNA等。

过滤是将混合物通过不同的过滤器进行分离的一种分离技术。

根据过滤器的孔径大小不同，可以将不同大小的分子筛选出来。

在生物发酵工程中，利用过滤技术可以将微生物和其代谢产物从培养基中分离出来，达到富集目的。

超滤是利用膜过滤的方式进行分离的一种技术。

在超滤过程中，通过选择合适的膜孔径和压力，可以将不同分子量的目标产物分离出来，并进行纯化。

超滤技术在生物发酵工程中的应用非常广泛，可以富集蛋白质、酶、激素等大分子物质。

萃取是利用溶剂的不同亲水性或亲油性，将混合物中的目标组分分离出来的一种技术。

在生物发酵工程中，萃取技术可以用于分离微生物培养液中的小分子化合物和产物。

二、纯化技术在生物发酵工程中，分离是实现目标产物富集的重要手段，但是分离出来的产物并不一定是纯品。

通过纯化技术，可以将目标产物从杂质中进一步纯化和提纯，以达到最终的纯度要求。

常用的纯化技术包括电泳、层析、析出和结晶等。

电泳是将混合物中的分子在电场的作用下按照大小和电性进行分离的一种技术。

在生物发酵工程中，电泳技术可以用于蛋白质、核酸和酶等大分子物质的纯化。

层析是利用分离材料将混合物中的组分分离的一种技术。

生物工程中的分离纯化技术生物工程是一门涉及生命科学、工程科学和计算机科学等多个领域的交叉学科，其中的分离纯化技术是生物工程中最为基础和关键的环节之一。

分离纯化技术是指将混合物中的某种物质隔离出来并经过一系列的处理，得到单一的、纯度高的、特殊的产品的技术过程。

在生物工程中，分离纯化技术被广泛应用于蛋白质、酶、细胞、病毒等的分离纯化、检测测定和生产加工等方面。

1. 蛋白质的分离纯化蛋白质是生物体内一种重要的大分子有机物质，具有结构多样性、功能多样性和应用广泛性的特点，因此成为生物工程领域中一个重要的研究方向。

在蛋白质的分离纯化过程中，分子筛层析、离子交换层析、凝胶过滤层析和疏水相互作用层析等技术均可有效实现蛋白质的分离纯化。

其中，分子筛层析是指通过分子筛的孔径大小将目标蛋白质与其他杂质分子分离开来的方法。

分子筛层析技术是一种广泛应用于生物工程中的“粗制滥造”方法，具有快速、简便、高效的特点，但相应地，纯度较低。

而离子交换层析是通过分别对离子与蛋白质的吸附作用来分离不同的离子组分，具有较高的特异性和纯度，但需要更细致的操作。

2. 酶的分离纯化酶是生物体内一种重要的催化剂，具有结构多样性、反应特异性和活性高效性的特点，广泛应用于医药、农业、食品和化妆品等领域。

在酶的分离纯化过程中，离子交换层析、亲和层析和凝胶过滤层析等技术均可有效实现酶的分离纯化。

其中，亲和层析是通过将目标酶与某些特定的固定化分子结合在一起，使目标酶在混合物中优先吸附到亲和基质上，最终达到分离纯化的目的。

凭借亲和层析技术，可实现酶的高效、高特异性的分离纯化，但亲和基质的选择和对酶的影响需要精细操作。

3. 细胞的分离纯化细胞是生命离不开的基本单位，它们在物质代谢、能量交换、生长发育和免疫防御等方面发挥着重要的作用。

在细胞的分离纯化过程中，差速离心、密度梯度离心和磁珠分离技术等均可有效实现细胞的分离纯化。

其中，磁珠分离技术是通过将特定的磁性珠子与多价抗体等结合起来，利用磁性珠子对靶细胞或细胞分子的快速分离与扩增。

生物工程工厂一般分三段设计
是的，生物工程工厂一般分为三个主要的设计段落：上游工程、下游工程和分析测试。

这些段落分别负责生物制品的生产前、生产中和生产后的各个环节。

1. 上游工程：主要负责生物材料的生产和准备工作。

这包括基因工程和发酵工程，用于生产细胞培养和微生物发酵所需的培养基、载体DNA以及其他生物材料。

2. 下游工程：主要负责生物制品的提取、纯化和制备工作。

这包括对发酵过程产生的混合溶液进行固液分离、精细分离和纯化，以获取纯度较高的目标产物。

3. 分析测试：主要负责对生物制品进行质量评估和控制。

这包括对产品的物理性质、化学性质、微生物污染和潜在杂质进行检测和分析，确保最终产品符合质量标准和法规要求。

这三个设计段落在生物工程工厂中密切合作，协同完成生产流程，并确保产品的质量和安全性。

如有更详细的问题或特定领域的需求，可以详细描述我可以为您提供相关知识。

微生物发酵产物下游分离纯化策略微生物发酵作为一种生物技术，在生产药物、食品添加剂、工业酶制剂、生物燃料等领域发挥着至关重要的作用。

然而，微生物发酵产生的目标产物往往与其他杂质混合在一起，因此，高效的下游分离纯化策略是确保产物质量、提高生产效率和降低成本的关键环节。

以下是针对微生物发酵产物下游分离纯化策略的六个核心点：1. 预处理：固液分离与细胞破碎预处理是下游分离纯化的第一步，主要涉及将发酵液中的细胞与液体介质分离，随后破碎细胞释放出胞内产物。

常用的固液分离技术包括离心分离和过滤分离，前者利用离心力快速分离细胞，后者则通过物理屏障拦截细胞。

细胞破碎方法多样，常见的有机械破碎（如高压匀浆、珠磨）、化学裂解（利用渗透压改变或溶剂破坏细胞壁）及酶促裂解。

选择合适的预处理方式对于后续纯化步骤至关重要，能有效提高产物回收率。

2. 初步纯化：吸附与沉淀初步纯化旨在去除大部分杂质，同时浓缩目标产物。

吸附法利用特定吸附材料（如离子交换树脂、活性炭、疏水相互作用色谱填料）捕获目标产物或杂质，通过改变pH值、盐浓度或洗脱剂来实现产物的解吸。

沉淀法则是通过添加特定试剂（如盐析、有机溶剂沉淀、等电点沉淀）促使目标产物或杂质形成沉淀，从而达到分离目的。

这些技术的选择依据目标产物的物理化学性质，以及杂质的种类和浓度。

3. 精制：层析技术层析技术是微生物发酵产物精制的核心，包括但不限于凝胶过滤层析、离子交换层析、亲和层析等。

凝胶过滤层析基于分子大小差异进行分离；离子交换层析利用电荷差异；而亲和层析则是基于生物分子之间的特异性相互作用，如抗体与抗原、酶与底物的结合。

层析技术具有高分辨率、选择性强的特点，能够有效提高产物纯度，但操作成本相对较高，需要精确的条件优化。

4. 浓缩与脱盐经过层析后的产物通常还需进一步浓缩和脱盐，以满足最终产品的规格要求。

浓缩可通过蒸发、反渗透、超滤等方法实现，这些技术能有效减少溶剂体积而不影响产物活性。

生物工程的下游技术上游：菌种，基因工程，分子生物学，遗传学中游：微生物发酵工程，动植物细胞，海洋生物培养下游：生物分离工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，产物浓缩，产物纯化，成品化。

生物反应器：生物反应器是利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，是一种生物功能模拟机，如发酵罐、固定化酶或固定化细胞反应器等。

直接测定法细胞干重法：测量细胞浓度的最基本方法。

显微计数法：显微镜和血球计数器。

平板计数法：生理盐水稀释，记录菌斑。

浊度法：波长600-700nm范围测量。

微生物的浓度即菌体浓度的表示方法。

（g/l,kg/m3)间接测定法测定构成细胞的大分子物质来确定细胞浓度。

动物细胞形态成纤维细胞型；上皮细胞型；游走细胞型；多形性细胞型，均属于贴壁依赖型细胞，培养这类细胞时，常需贴附在支持物上生长。

但由于培养环境的变化，细胞形态常发生改变。

悬浮型细胞这类细胞常呈圆形，不贴附在支持物上，呈现悬浮状态生长。

如血液细胞，淋巴组织细胞及肿瘤细胞。

培养这类细胞也可采用微生物培养的方法进行悬浮物培养。

动物细胞培养的环境：温度、PH值、营养成分、溶氧、气体环境、渗透压以及其他因素。

固定化培养是既适用于贴壁依赖性细胞，又适用于非贴壁依赖性细胞的包埋培养方式，具有细胞生长密度高、抗剪切力和抗污染能力强等优点。

由于所培养的细胞的不同，固定化培养的方式也有不同，一般对于贴壁依赖性细胞通常采用胶原包埋，而对于非贴壁依赖性细胞则常用海藻酸钙包埋。

常用的细胞固定化的方法1、吸附：选择适当的条件，将细胞和支持物混合，细胞便贴附在支持物的表面。

2、共价贴附：细胞和支持物通过化学键结合，减少了细胞泄露。

3、离子/共价交联：如果用聚合物（聚氨等）处理细胞悬液，则会在细胞之间形成桥使之絮结。

4、包埋：此法步骤简单，条件温和，细胞和高聚物或单体混合，随着凝胶的形成，细胞嵌入到高聚物网络中。

生物工程下游技术课程名称：生物工程下游技术课程代码：6705第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点生物工程下游技术这门课程适合于理工科专业生物工程专业进行学习。

本课程的内容更多的涉及到工业应用。

下游技术是关于由生物界自然产生的生物体或者由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应、微生物转化等各类生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，也称之下游工程或者下游加工过程，是生物技术产品产业化的必经之路。

目前所指的下游技术大多数属于“物质分离”范畴。

要紧研究的是物质分离的方法原理及有关的仪器设备。

生物工程下游技术这门课程涉及到物理，化学，生物化学，发酵工程，生物工程与设备等多门学科。

二、课程目标与基本要求通过学习生物工程下游技术这门课程应掌握下列基本知识点：1.生物工程下游技术的研究对象与进展历程2.下游技术的理论基础3.发酵液预处理，微生物细胞破碎方法与设备4.溶剂萃取与浸取，超临界流体萃取，双水相萃取，反胶团萃取，膜分离过程，液膜分离，离子交换法，色谱法等要紧分离单元操作技术及分离过程的特点，工艺设计与设备选型通过学习熟悉各类分离方法的原理，适用范围，熟悉常用分离设备的操作，在实际应用中能够选择合适的分离方法对仪器进行操作达到分离的目的。

通过学习，具备对生物产品的分离、纯化技术的应用能力，及对生物物质提纯最佳方案的设计能力。

三、与本专业其他课程的关系本课程的内容更多的涉及到工业应用。

下游技术对各类生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术。

在生物工程专业课程的学习中，是一门将生物工程上游技术应用到实际生产中所需要借助的手段。

《物理学》，《无机化学》，《有机化学》，《物理化学》等基础课是这门课程的基础，《微生物学》，《生物化学》，《酶工程》，《发酵工程》，《生物工程与设备》等专业课的知识也会运用到这门课程中，其后继课程有《发酵工厂设计》等。

1.生物分离工程：是指从发酵液、酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。

它描述了生物产品分类里、纯化过程的原理、方法和设备。

因为它处于整个生物产品过程的后端，所以也称为生物工程下游技术。

2.生物分离工程的一般流程：（1）发酵液的预处理：主要采用凝聚和絮凝等技术来加速固相、液相分离，提高过滤速度。

过滤和离心是发酵液预处理最基本的单元操作。

（2）产物的提取：可采用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作。

（3）产物的精制：（高度纯化）主要是除去与目标物性质相近的杂质。

这一阶段的单元操作涉及色谱分离技术有层析（包括柱层析和薄层层析）、离子交换、亲和色谱、吸附色谱、电色谱。

（4）成品的加工处理：单元操作主要由浓缩、结晶和干燥。

3.生物分离过程的体系特殊：（1）原料液的特点：生物分离与纯化处理的原料液体系十分复杂，含有为生物细胞、菌体、代谢产物、未耗用的培养基以及各种降解目标产物的杂质；原料液中常存在与目标分子在结构等理化性质上及其相似的分子及异构体，形成用普通方法难于分离的混合物；除少数特定的生化反应系统，原料液是产物浓度很低的水溶液；原料液低于环境变化（热、pH药物等）的能力差，溶液发生活性降低甚至丧失（变性失活）。

（2）对产物的要求：在分离纯化过程中必须保持目标物的生物活性；粗产物的纯度较低，而最终产品要求的纯度却极高；用作医药、食品和化妆品的生物产物与人类生命息息相关，要求最终产品的质量必须符合药典、试剂标准和食品规范等国家标准。

4.发酵液预处理的方法：按预处理的目的分为：提高过滤速度的方法（凝集和絮凝）、改变发酵液性质的方法（调节pH法）和杂质去除的方法三类。

其具体的方法有凝集和絮凝、加热法、调节pH法、加水稀释法、加入助滤剂法、加吸附剂法或加盐法、高价态无机离子去除的方法、可溶性杂蛋白质去除的方法、色素及其他杂质去除的方法等。

5.凝集：是指在投加的化学物质（如水解的凝集剂，铝、铁的盐类或石灰等）作用下，发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。

生物分离与纯化技术课程标准濮阳职业技术学院刘殿锋一、课程的基本要素1、课程性质生物分离与纯化技术是实现生物工程产业化的关键问题。

通过本课程的学习，对当前生物分离与纯化技术领域的大分子物质提取、分离及纯化技术、沉淀技术、浓缩技术、膜分离技术、生物反应器技术、各种色谱技术、各种电泳技术等有较全面、较详细的了解，并掌握一些主要技术的方案设计和实际操作。

通过案例教学等方法培养学生科学而实际的思想方法，提高分析实际技术问题和因地制宜处理这些问题的能力，使之更加容易胜任生物技术产业中新产品和新工艺的开发，生产工艺过程技术管理和高技术生产岗位的实际技术工作。

2、课程的基本理念以行业和岗位需求为导向，以职业能力培养为中心，根据调研的行业企业任职岗位的要求，参照职业标准，以职业能力培养为课程教学重点和中心环节，充分体现职业性、实践性和开放性的要求。

3、课程的设计思路本课程的设计思路如图所示：第一步，由学校组织专业教师深入企业进行职业岗位调研，获得企业的岗位职业标准；第二步，学校和企业合作，由学校专业教师、企业专家、企业工程技术人员、能工巧匠共同组成课程设计小组，对经过职业岗位调研获得的岗位职业标准，结合生化产品分离纯化工等国家职业标准进行工作任务分析，以岗位需求为依据，以职业能力为主线，得出职业能力需求表，体现职业性的要求；第三步，课程开发小组合作进行基于工作过程的课程开发与设计，以工作过程为基础，以工作实践为起点，体现实践性的要求，设计出生物分离与纯化技术的课程教学标准；第四步，课程开发小组依据课程标准，组织开发设计课程教学所需的各类教学资源，包括：教材、课件、习题、企业生产案例、实训实习项目、学生学习指南、教学指导手册、实习实训标准及指导手册等，满足课程的教学需求；第五步，课程开发小组依据课程标准和教学资源进行教学过程设计，采取示范教学、案例分析、分组讨论、引导启发等多种教学方法，引导学生积极思考、乐于实践，提高教和学的效果；根据学生的学习效果，结合学生通过真实的生物产品分离纯化工作体验后对课程教学新要求的信息反馈，再进行职业岗位调研、工作任务分析、课程内容设计、教学资源开发、教学过程设计五个步骤新一轮的循环，体现开放性的要求，使课程内容保持与企业需求的一致性，不断满足学生发展的需求。

1.请描述生物工程下游技术的一般工艺流程，并分析各步可采用方法及其原理按生产过程分，下游技术工艺过程大致可分为4个阶段，即预处理、提取（初步分离）、精制（纯化）、成品制作。

发酵液→预处理→细胞分离→细胞破壁→碎片分离→提取→精制→成品制作加热过滤匀浆法离心沉淀(重)结晶浓缩调PH 离心研磨法双水相吸附离子交换干燥絮凝膜分离酶解法膜分离萃取色谱分离无菌加工超滤膜分离成型结晶（1）预处理和固液分离加热法：加热可降低液体黏度，只适用于产物对热较稳定的发酵液。

在适当的温度和受热时间下可使菌体或蛋白质凝聚形成较大颗粒的凝聚物，改善发酵液固液分离特性。

加热是蛋白质变性凝固的有效方法。

调节PH法：PH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，调节PH可以改变菌体和蛋白质的带电性质，从而改变其过滤特性。

蛋白质属于两性电解质，两性电解质在溶液中的PH处于等电点时分子表面净电荷为零，导致赖以稳定的双电层及水化膜的削弱或破坏，分子间引力增加溶解度最小。

因此，调节溶液的PH，可使蛋白质溶解度下降而析出，这是除去蛋白质的有效方法。

改变PH，还能使蛋白质变性凝固。

絮凝：在某些高分子絮凝剂的存在下。

基于桥架的作用，使胶粒形成絮凝团的过程。

（2）提取（初步分离）沉淀：在溶液中加入沉淀剂使溶质溶解度降低，生成无定形固体从溶液中析出的过程。

原理：沉淀分离就是通过沉淀，在固-液分相后，除去留在液相或沉积在固相中的非必要成分。

吸附：吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。

吸附的原理：固体部分子所受分子间的作用力是对称的，而固体表面分子所受力是不对称的。

向的一面受部分子的作用力较大，而表面向外一面所受的作用力较小，因而当气体分子或溶液中溶质分子在运动过程中碰到固体表面时就会被吸引而停留在固体表面上。

萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。

原理：利用各物质在不同溶剂中具有不同的溶解度的原理来达到将目标产物分离纯化的目的。