生物工业下游技术 第十章 蒸发与干燥
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1.生物分离工程: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,称为分离工程,也称为下游技术或下游工程。
主要内容包括预处理、提取(初步分离)、精制(高度纯化)、成品制备。
不确定2.生物产品特点:(1)粗料发酵:酒精、柠檬酸、酶制剂等。
(2)产物浓度低;(3)组分复杂;(4)产物稳定性差(化学微生物降解);(5)质量要求高(食品或药品);(6)分批操作,生物变异性大。
3.生物分离过程的选择准则(1)步骤少(2)次序合理(例如盐析、离子交换)(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)物理性质:溶解度、分子电荷、分子大小、功能团、挥发性等(9)危害性(10)废水处理具体:(1)尽可能简单、低耗、高效、快速。
(2)分离步骤尽可能少。
(3)避免相同原理的分离技术多次重复出现。
比如,分子筛和超滤技术按分子量大小分离,重复应用两次以上,意义就不大了。
(4)尽量减少新化合物进入待分离的溶液。
A)引起新的化学污染;B)蛋白质的变性失活(5)合理的分离步骤次序。
原则是: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。
(6)要掌握的产物物化性质:(A)溶解度及影响因素(温度、pH值、有机溶剂和盐等);(B)分子量和分子形状(高分子物质);(C)沸点和蒸汽压(对于热稳定的小分子物质) ;(D)极性大小;(E)分子电荷及影响因素,包括pH值和盐等;(F)功能团(萃取剂和特异性吸附的选择) ;(G)免疫原性,设计亲和色谱;(I)稳定性及其影响因素(温度、pH值、毒性试剂);(J)等电点pI;7)成品规格(或产品质量标准)(8)物料的组成和性质(A)目的产物的浓度。
高?低?(B)物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质。
生物工程下游技术生物工程下游技术的定义指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物(发酵液、培养液)及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。
实质:是研究如何从混合物中把一种或几种物质分离出来的科学技术。
1.生化工程分离技术预处理结晶干燥离心法:离心过滤、离心沉降、超离心萃取法:有机溶剂、双水相、液膜、反胶团、超临界层析法:凝胶过滤层析、反相层析、亲和、疏水相互作用、聚焦、离子交换膜分离:微滤、超滤、反渗透、透析、电渗透2.生物物质常用的分离技术氨基酸:结晶和离子交换法蛋白质和多肽:离子交换层析、电泳糖类:吸附层析脂质:有机溶剂萃取、超临界流体萃取和层析抗生素:有机溶剂萃取、离子交换、结晶和吸附层析3.生物分离方法的选择与评价原则:步聚少,次序合理,产品规格(注射,非注射),生产规模,物料组成,产品形式,产品稳定性,危害性,物性:溶解度、电荷、分子大小、功能团、稳定性、挥发性,废水处理4.浓缩率:浓缩程度一般用浓缩率(concentrationfactor)表达,是一个以浓缩为目的的分离过程的最重要指标。
浓缩率为m,mt=mx则目标产物未得到任何程度的分离纯化。
5.分离因子:分离因子又称分离系数。
产品中目标产物浓度越高,杂质浓度越低,则分离因子越大,分离效率越高。
6.回收率:无论是以浓缩还是以分离为目的操作过程,目标产物均应以较大的比例回收,回收率R:生物分离操作多为间歇过程(分批操作),若原料液和产品溶液的体积分别为VC 和VP。
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分离纯化的回收率与浓缩率如何计算?4现代生物分离工程研究方向有哪些特点?5分离纯化指标有哪些?简述pH对发酵液过滤特性的影响,并举例说明。
答:(1)pH直接影响发酵液中某些物质的电离程度和电荷性质,因此适当调节pH值可以改善发酵液的过滤特性。
(2)氨基酸和蛋白质在酸性条件下带正电,碱性条件下带负电,等电点时净电荷为零,两性物质在等电点下的溶解度最小,等电点沉淀法在生物工业分离中广泛使用。
生物工业下游技术生物工业下游技术名词解释和填空1.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、酶反应等多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称为下游技术。
2.双水相萃取:是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
生化工程中得到广泛应用的双水相系统有:聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dex)体系,PEG/盐体系。
3.超临界流体萃取:超临界流体萃取是将超临界流体作为萃取溶剂的一种萃取技术。
主要运用于食品添加剂、医药、香料等天然物质的萃取中。
4.反胶团萃取:反胶团萃取是表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性集团自发地向内聚集而成的,内含微小水滴的,空间尺度仅为纳米级的集合型胶体。
反胶团萃取的优点:①具有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性②分离浓缩可同时进行,过程简便③能解决蛋白质在非细胞环境中迅速失活的问题④可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶⑤反胶团萃取技术成本低,溶剂可重复使用。
5.膜组件:膜分离装置的核心部分是膜组件,即膜的规则排列。
良好的膜组件应具备下列条件:①沿膜面流动情况好,以利于减少浓差极化。
②较大的膜面积与压力容器体积比,即单位体积中所含的膜面积较大。
③组件价格低④清洗和膜的更新方便⑤保留体积小,且无死角。
根据膜的形式和排列方式,可以把膜区分为管式、中空纤维式、平板式和螺旋卷绕式四种。
形式优点缺点管式易清洗,无死角,适宜于处理含固体较多的料液,单根管子可以调换保留体积大,单位体积中所含过滤面积较小,压降大中空纤维式保留体积小,单位体积中所含过滤面积大,可以逆洗,操作压力较低,动力消耗较低料液需要预处理,单根纤维损坏时,需要调换整个模件螺旋卷绕式单位体积中所含过滤面积大,换新膜容易料液需要预处理,压降大,易污染,清洗困难平板式保留体积小,能量消耗界于管式和螺旋卷绕式之间死体积较大6.超滤(UF):凡是能截留相对分子量在500以上的高分子的膜分离过程叫超滤。