生物分離工程孫彥答案上下

匯報(bào)人：AA2024-01-24生物分離工程孫彥答案上下生物分離工程概述生物分離技術(shù)原理與方法生物大分子分離純化策略細(xì)胞破碎與細(xì)胞器分離技術(shù)發(fā)酵液預(yù)處理及固液分離技術(shù)濃縮、干燥與結(jié)晶技術(shù)01生物分離工程概述生物分離工程是生物工程下游技術(shù)的重要組成部分，主要研究從生物材料中提取、分離和純化目標(biāo)產(chǎn)物的原理、方法和技術(shù)。定義生物分離工程涉及的對(duì)象復(fù)雜多樣，包括細(xì)胞、細(xì)胞器、蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子以及各種小分子物質(zhì)；分離過程通常需要在溫和的條件下進(jìn)行，以保持生物物質(zhì)的活性和結(jié)構(gòu)完整性；此外，生物分離工程還強(qiáng)調(diào)分離過程的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可持續(xù)性。特點(diǎn)生物分離工程定義與特點(diǎn)生物物質(zhì)的分離研究如何利用各種物理、化學(xué)原理將目標(biāo)產(chǎn)物與雜質(zhì)分離，如沉淀分離、萃取分離、膜分離等。分離過程的優(yōu)化與控制研究如何優(yōu)化分離過程的工藝參數(shù)，提高分離效率和產(chǎn)物純度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)分離過程的自動(dòng)控制。生物物質(zhì)的純化研究如何進(jìn)一步提高目標(biāo)產(chǎn)物的純度，包括色譜法、電泳法、結(jié)晶法等純化技術(shù)。生物物質(zhì)的提取研究如何從生物原料中提取目標(biāo)產(chǎn)物，包括細(xì)胞破碎、溶劑提取、超臨界流體提取等方法。生物分離工程研究?jī)?nèi)容用于藥物的生產(chǎn)和純化，如抗生素、蛋白質(zhì)藥物、基因工程藥物等的分離和純化。生物醫(yī)藥領(lǐng)域生物化工領(lǐng)域食品工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域用于生產(chǎn)各種生物化工產(chǎn)品，如酶制劑、有機(jī)酸、氨基酸等的分離和純化。用于食品的加工和保藏，如功能性食品的開發(fā)、食品添加劑的提取和純化等。用于廢水處理、廢氣處理等環(huán)保工程，以及從廢棄物中回收有用物質(zhì)等。生物分離工程應(yīng)用領(lǐng)域02生物分離技術(shù)原理與方法鹽析法通過加入中性鹽使蛋白質(zhì)等生物大分子溶解度降低而沉淀析出。有機(jī)溶劑沉淀法利用有機(jī)溶劑降低溶液的介電常數(shù)，使蛋白質(zhì)等生物大分子溶解度降低而沉淀析出。等電點(diǎn)沉淀法利用蛋白質(zhì)等生物大分子在等電點(diǎn)時(shí)溶解度最低的原理進(jìn)行沉淀分離。沉淀法吸附色譜法利用吸附劑對(duì)樣品中各組分吸附能力的差異進(jìn)行分離。分配色譜法利用固定相與流動(dòng)相之間對(duì)待分離組分分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離。離子交換色譜法利用離子交換劑與待分離組分之間離子交換能力的差異進(jìn)行分離。凝膠色譜法利用凝膠的分子篩效應(yīng)，根據(jù)待分離組分的相對(duì)分子質(zhì)量大小進(jìn)行分離。色譜法03納濾法介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術(shù)，可以截留部分小分子物質(zhì)。01超濾法利用超濾膜截留大分子物質(zhì)，使小分子物質(zhì)通過膜而達(dá)到分離目的。02反滲透法利用半透膜只允許溶劑通過的特性，對(duì)溶液施加壓力使溶劑通過膜而分離出來。膜分離法利用待分離組分在電場(chǎng)作用下遷移速度的差異進(jìn)行分離。電泳法利用待分離組分在兩種互不相溶的溶劑中分配系數(shù)的差異進(jìn)行分離。萃取法利用待分離組分沸點(diǎn)的差異進(jìn)行分離，適用于液體混合物的分離。蒸餾法通過控制溶液的溫度、濃度等條件，使待分離組分以晶體的形式析出而達(dá)到分離目的。結(jié)晶法其他分離方法03生物大分子分離純化策略沉淀法通過改變?nèi)芤旱哪承┬再|(zhì)，如pH值、離子強(qiáng)度、溫度等，使蛋白質(zhì)從溶液中析出。常用的沉淀法有鹽析、有機(jī)溶劑沉淀、等電點(diǎn)沉淀等。色譜法利用不同物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相之間的分配系數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。常用的色譜法有凝膠色譜、離子交換色譜、親和色譜等。電泳法在電場(chǎng)作用下，利用蛋白質(zhì)分子所帶電荷和形狀大小的差異，進(jìn)行分離。常用的電泳法有凝膠電泳、等電聚焦電泳等。蛋白質(zhì)分離純化策略核酸分離純化策略利用磁珠表面的特異性配體，與核酸分子結(jié)合形成復(fù)合物，然后通過磁場(chǎng)作用將復(fù)合物從溶液中分離出來。該方法具有操作簡(jiǎn)便、快速高效等優(yōu)點(diǎn)。磁珠法利用酚和氯仿的混合液將核酸從細(xì)胞中抽提出來，然后通過乙醇沉淀等方法進(jìn)行純化。酚/氯仿抽提法利用硅膠對(duì)核酸的吸附作用，將核酸從混合物中分離出來。該方法適用于從復(fù)雜樣品中分離純化核酸。硅膠柱層析法多糖和脂質(zhì)體等生物大分子分離純化策略通過改變?nèi)芤旱哪承┬再|(zhì)，如pH值、離子強(qiáng)度等，使多糖或脂質(zhì)體從溶液中析出。常用的沉淀法有乙醇沉淀、季銨鹽沉淀等。色譜法利用多糖或脂質(zhì)體在固定相和流動(dòng)相之間的分配系數(shù)不同，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離。常用的色譜法有凝膠色譜、離子交換色譜等。超濾法利用超濾膜對(duì)多糖或脂質(zhì)體的截留作用，將其從溶液中分離出來。該方法適用于從復(fù)雜樣品中分離純化多糖或脂質(zhì)體。沉淀法04細(xì)胞破碎與細(xì)胞器分離技術(shù)如研磨、勻漿、超聲波等，通過物理力量使細(xì)胞破裂。機(jī)械法如使用表面活性劑、酶解法等，通過化學(xué)作用破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)法如凍融法、滲透壓法等，通過改變細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境導(dǎo)致細(xì)胞破裂。物理法細(xì)胞破碎方法密度梯度離心法在離心管中預(yù)先加入密度梯度介質(zhì)，使不同密度的細(xì)胞器在離心過程中分布在不同的密度層中，從而實(shí)現(xiàn)分離。親和層析法利用某些細(xì)胞器表面具有的特異性親和基團(tuán)，與層析柱上的配體結(jié)合，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞器的分離純化。差速離心法利用不同的離心速度和時(shí)間，將不同大小和密度的細(xì)胞器分離開來。細(xì)胞器分離技術(shù)細(xì)胞破碎與細(xì)胞器分離技術(shù)應(yīng)用實(shí)例蛋白質(zhì)組學(xué)研究通過細(xì)胞破碎和細(xì)胞器分離技術(shù)，獲取細(xì)胞內(nèi)各種蛋白質(zhì)，進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)分析。酶制劑生產(chǎn)將微生物細(xì)胞破碎后，提取其中的酶蛋白，經(jīng)過純化后用于酶制劑的生產(chǎn)。細(xì)胞器功能研究通過分離純化特定的細(xì)胞器，研究其結(jié)構(gòu)和功能，揭示細(xì)胞生命活動(dòng)的奧秘。生物藥物生產(chǎn)利用基因工程技術(shù)在微生物或動(dòng)植物細(xì)胞中表達(dá)目標(biāo)蛋白，再通過細(xì)胞破碎和分離純化技術(shù)獲取生物藥物。05發(fā)酵液預(yù)處理及固液分離技術(shù)加熱預(yù)處理通過加熱發(fā)酵液，使蛋白質(zhì)變性、凝聚，降低其溶解度，以便于后續(xù)的固液分離。酸化預(yù)處理向發(fā)酵液中加入酸，調(diào)節(jié)pH值，使某些成分沉淀或凝聚，達(dá)到預(yù)處理的目的。酶解預(yù)處理利用特定的酶對(duì)發(fā)酵液中的某些成分進(jìn)行酶解，以降低其分子量和粘度，便于后續(xù)的分離操作。發(fā)酵液預(yù)處理方法過濾分離01采用過濾介質(zhì)（如濾布、濾紙等）對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行過濾，實(shí)現(xiàn)固液分離。根據(jù)過濾介質(zhì)和過濾方式的不同，可分為常壓過濾、真空過濾和加壓過濾等。沉降分離02利用重力作用，使發(fā)酵液中的固體顆粒自然沉降，實(shí)現(xiàn)固液分離。根據(jù)沉降方式和設(shè)備的不同，可分為自然沉降、重力沉降和離心沉降等。膜分離技術(shù)03利用膜的選擇性透過性，對(duì)發(fā)酵液中的不同成分進(jìn)行分離。根據(jù)膜的性質(zhì)和分離原理的不同，可分為微濾、超濾、納濾和反滲透等。固液分離技術(shù)抗生素發(fā)酵液的預(yù)處理及固液分離對(duì)于抗生素發(fā)酵液，常采用加熱預(yù)處理和酸化預(yù)處理方法，以降低其粘度和提高固液分離效率。隨后采用過濾或沉降技術(shù)進(jìn)行固液分離，得到抗生素粗品和母液。酶制劑發(fā)酵液的預(yù)處理及固液分離對(duì)于酶制劑發(fā)酵液，常采用酶解預(yù)處理方法，以降低其分子量和粘度。隨后采用膜分離技術(shù)進(jìn)行固液分離和濃縮，得到酶制劑產(chǎn)品。有機(jī)酸發(fā)酵液的預(yù)處理及固液分離對(duì)于有機(jī)酸發(fā)酵液，常采用酸化預(yù)處理方法，使有機(jī)酸沉淀或凝聚。隨后采用過濾或沉降技術(shù)進(jìn)行固液分離，得到有機(jī)酸產(chǎn)品和母液。發(fā)酵液預(yù)處理及固液分離技術(shù)應(yīng)用實(shí)例06濃縮、干燥與結(jié)晶技術(shù)冷凍濃縮利用物質(zhì)在低溫下溶解度降低的原理，通過冷凍去除部分溶劑，達(dá)到濃縮的目的。適用于熱敏性物質(zhì)。膜濃縮利用膜的選擇透過性，使溶劑和溶質(zhì)分離，達(dá)到濃縮的效果。適用于熱敏性、易氧化物質(zhì)。蒸發(fā)濃縮通過加熱溶液使溶劑蒸發(fā)，從而提高溶質(zhì)濃度的方法。適用于熱穩(wěn)定性好的物質(zhì)。濃縮方法在常壓下加熱物料，使水分蒸發(fā)的方法。適用于對(duì)熱穩(wěn)定性好的物料。常壓干燥在減壓條件下加熱物料，降低水的沸點(diǎn)，使物料在較低溫度下干燥。適用于熱敏性、易氧化物料。減壓干燥將物料噴成霧狀，與熱空氣接觸使水分迅速蒸發(fā)的方法。適用于液態(tài)或漿狀物料的干燥。噴霧干燥干燥方法123通過降低溶液溫度，使溶質(zhì)析出結(jié)晶的方法。適用于溶解度隨溫度降低而顯著減小的物質(zhì)。冷卻結(jié)晶通過蒸發(fā)溶劑，使溶液達(dá)到過飽和狀態(tài)而析出結(jié)晶的方法。適用于溶解度隨溫度變化不大的物質(zhì)。蒸發(fā)結(jié)晶向溶液中加入某種鹽類，使溶質(zhì)在該鹽類的飽和溶液中析出結(jié)晶的方法。適用于與鹽類有相似溶解度的物質(zhì)。鹽析結(jié)晶結(jié)晶方法制藥工業(yè)在藥物合成過程中，常采用蒸發(fā)濃縮、冷凍干燥等方法得到純品藥物；在制劑過程中，采用噴霧干燥技術(shù)制備顆粒劑、