1 第一章 绪论
1．什么是生物工程的下游技术？
一般泛指从工程菌或工程细胞的大规模培养一直到产品的分离纯化、质量检测所需要的一系列单元操作技术。其中，产品的分离纯化是其最重要的组成部分。
2．生物工程下游技术的发展历程？
1、古代酿造业
生物技术产业的历史可追溯到古代的酿造业，它包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。古代的技术比较原始，工场大多是家庭作坊式的，产物基本不经过后处理而直接使用，当然也就没有上下游技术之说了。
2、第一代生物技术
第一代（传统）生物工业主要指19世纪60年代到20世纪40年代青霉素等抗生素出现之前的生物技术产业。这一时期，发现了发酵的本质是微生物的作用，掌握了纯种培养技术，生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。此时开始引入化学工程中成熟的近代分离技术，如过滤、蒸馏、精馏等。
3、第二代生物技术
第二代生物技术以20世纪40年代出现的青霉素产品为代表。产品品种、类型迅速增加，不仅有初级代谢产物，也有次级代谢产物；不仅有小分子的物质，也有具生命活性的大分子物质，有些产品的分子结构相当复杂。产品的多样性决定了分离方法的多样性。这期间借鉴和引进吸收了大量的近代化学工业的分离技术，据报道有80%的化工单元操作技术被引入生物工业。
4、第三代生物技术
第三代生物技术一般认为以20世纪70年代末掘起的DNA重组技术及细胞融合技术为代表。此时，生物技术在其主要领域：基因工程、酶工程、细胞工程和微生物发酵工程取得了长足进步，一批对人类十分有益的高附加值的产品开始面世，如乙肝疫苗、干扰素等。
3．细胞破碎技术？初步分离纯化技术？高度分离纯化技术？
细胞破碎是工业化生产胞内物质所必需的技术，已经开发出球磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学破碎等技术（见“微生物细胞破碎”一章）。细胞破碎技术的逐渐成熟，使得胞内生物物质的大规模工业化生产成为可能。
初步分离纯化技术
生物工程下游技术复习讲义
1 第一章 绪论
★什么是生物工程的下游技术？
生物工程的下游技术：一般泛指从工程菌或工程细胞的大规模培养一直到产品的分离纯化、质量检测所需要的一系列单元操作技术。其中，产品的分离纯化是其最重要的组成部分。
2．生物工程下游技术的发展历程？
1.古代酿造业 生物技术产业的历史可追溯到古代的酿造业，它包括酿酒、制酱（油）、醋、酸奶和干酪等。
2.第一代生物技术 主要指19世纪60年代到20世纪40年代青霉素等抗生素出现之前的生物技术产业。这一时期，发现了发酵的本质是微生物的作用，掌握了纯种培养技术，生物技术进入近代酿造产业的发展阶段。此时开始引入化学工程中成熟的近代分离技术，如过滤、蒸馏、精馏等。
3.第二代生物技术 以20世纪40年代出现的青霉素产品为代表。产品品种、类型迅速增加，不仅有初级代谢产物，也有次级代谢产物；不仅有小分子的物质，也有具生命活性的大分子物质，有些产品的分子结构相当复杂。
4.第三代生物技术 一般认为以20世纪70年代末掘起的DNA重组技术及细胞融合技术为代表。此时，生物技术在其主要领域：基因工程、酶工程、细胞工程和微生物发酵工程取得了长足进步，一批对人类十分有益的高附加值的产品开始面世，如乙肝疫苗、干扰素等。
★3．细胞破碎技术？初步分离纯化技术？高度分离纯化技术？
细胞破碎是工业化生产胞内物质所必需的技术，已经开发出球磨破碎、压力释放破碎、冷冻加压释放破碎和化学破碎等技术。
主要开发了沉淀、离子交换、萃取、超滤等技术。较早出现的是酶及蛋白质的盐析法；有机溶剂沉淀法；双水相萃取技术比较适合于胞内活性物质和细胞碎片的分离，为进一步纯化精制创造了前提；超滤技术解决了生物大分子对pH、热、有机溶剂、金属离子敏感等难题，在生物大分子的分级、浓缩、脱盐等操作中得到了广泛的使用。
小分子物质一般可通过离子交换、脱色和结晶、重结晶等方法获得纯度很高的产品。生物大分子的纯化一直是个难题。70年代以来，逐渐开发出各种色谱(层析)技术，如亲和色谱、疏水色谱、聚焦色谱、离子交换色谱和凝胶色谱等，后两种技术已开始用于批量生产。
下游技术重点技术
一、下游技术：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种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。
凝聚：中性盐） 作用下， 胶粒间双电层电排斥作用降低， 电位下降， 使胶体体系不稳定的现象。
凝聚作用：就是向胶体悬浮液中加入某种电解质， 在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而 产生凝集的现象
絮凝：在高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使细胞、胶粒等聚集成粗大的絮凝团。絮凝作用力：由静电引力、范德华力或氢键作用力等吸附于胶粒的表面。
凝聚和絮凝的共同点：能有效改变细胞，细胞碎片及溶解大分子的分散状态，使其聚集成较大的颗粒，便于提高过滤速率，还能有效地去除杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量。
絮凝剂：一种能溶于水的高分子聚合物，相对分子质量大，具长链结构（含许多活性官能团）
混凝：包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。
助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，流速增大
细胞破碎:采用一定方法，在一定程度上破坏细胞壁和细胞膜，使胞内产物最大程度释放到液相，将破碎后的细胞浆液经固液分离除去细胞碎片
溶剂萃取：利用物质在互不相溶的两相溶剂中溶解度不同，将物质从一相溶剂转移到另一相溶剂中，从而进行分离，浓缩和提纯目的产物的方法。
分配定律： 在一定温度、压力的条件下，溶质分配在两个互不相溶的溶剂中，达到平衡时溶质在两相中活度之比为一常数（稀溶液中，活度可用浓度代替）应用条件：稀溶液；溶质对溶剂之互溶无影响； 是同一种分子类型（不发生缔合或离解）
分离因数：萃取剂对溶质A和B的分离能力的大小，=Ka/Kb
单级萃取:单级萃取即使用一个混合器和一个分离器的萃取操作
多级错流萃取流程的特点是：每级均加新鲜溶剂，故溶剂消耗量大，得到的萃取液产物平均浓度较稀，但萃取较完全
冷冻罐-母瓶-子瓶-一级种子-二级种子-发酵罐（上有）-发酵液的预处理与固液分离-提取-精制-成品加工-成品（最后纯化）
下游加工过程是生物工程的一个组成部分。生物化工产品通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得，从上述发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程。
下游技术： 对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种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。
整个下游过程应：时间短，温度低，PH适中（选择在生物物质的温度范围内），严格清洗消毒（包括厂房、设备及管路，注意死角）和传统产品抗生素的生产是一致的。要防止菌体扩散，一般要求密封环境下操作。
发酵液预处理： 分离菌体和其他悬浮颗粒(细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物)；除去部分可溶性杂质和改变滤液性质，以利于提取和精制的顺利进行。
钙离子，可用草酸，反应生成的草酸钙能促使蛋白质凝固，提高滤液（也称为原液）质量.
镁离子，可用三聚磷酸钠它和镁离子形成可溶性络合物，用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。
Na5P3O10+Mg2+ =MgNa3P3O10+2Na
黄血盐与铁离子形成普鲁土盐沉淀
3K4Fe(CN)6+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3+12K+
杂蛋白去除方法：热变性、沉淀、大幅度改变pH、加有机溶剂、吸附法
凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使聚集起来，增大体积，以便于过滤，常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理中。
絮凝技术预处理发酵液的优点不仅在于过滤速度的提高，还在于能有效地去除杂蛋白质和固体杂质，如菌体、细胞和细胞碎片等，提高了滤液质量
胶粒能保持分散状态的原因主要是带有相同电荷和扩散双电层的结构。布朗运动
凝聚：是在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝 是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。
