生化分离技术的应用

生化分离技术：描述回收生物产品分离过程原理和方法的术语，是指从动植物组织培养液或微生物发酵液中分离、纯化生物产品过程中所采用的方法和手段的总称。

生化分离过程是生物技术转化为生产力不可缺少的重要环节，其技术进步程度对生物技术的发展有着举足轻重作用，为突出其在生物技术领域中的地位和作用，常称它为生物技术 的下游工程。

分离纯化过程的难点：目的产物在细胞或反应液中含量不高，杂质种类多，数量大；杂质性质与产物相似；产物稳定性不高。 生化分离技术的主要种类：沉淀分离（盐析、有机溶剂沉淀、选择性变性沉淀、非离子聚合物沉淀）；膜分离（透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透）；层析分离（吸附、凝胶、离子交换、疏水、反相、亲和层析）；电泳分离（SDS-PAGE、等电聚焦、双向电泳、毛细管电泳）；离心分离（低速、高速、超速离心分离技术），

生化分离的特点：成分复杂；含量甚微；易变性/易被破坏；具经验性；均一性的相对性。

预处理需注意的条件：⑴ 温度尽可能低⑵ 提取液的量要保证“充分浸入”⑶ 加入足量酚类吸附剂⑷ 加入足量氧化酶抑制剂⑸ 搅拌转速要恰当⑹ pH控制在合适范围，一般5.5～7

细胞的破碎：用一定方法（机械/物理/化学/酶法）打开细胞壁或膜，使细胞内含物有

1. 生化分离过程的特点：（1）生物物质的生活活性大多是在生物体内的温和条件下维持并

发挥作用的；（2）用作医药、食品和化妆品的生物产物与人类生命息息相关；（3）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其相似的分子及异构体，形成用常法难于分离的混合物；（4）原料液中目标产物的浓度一般很低，有时甚至是微量的。 2. 分离效率的评价（三个指标）：浓缩程度、分离纯化程度、回收率

23. Stokes沉降方程 dp(?S??L)g??g

18?L

式中，dp为固体颗粒径（m），ρs为固体密度（kg/m3），ρL为液体密度（kg/m3），g 为

重力加速度（kg/m3），vg为重力沉降速度（kg/m3），μ

L为液体黏度。

4. 区带分离法：是生化研究中的重要分离手段，根据立新操作条件不同，分为差速区带离心和平衡区带离心，两种区带离心法均事先在离心管中用某种低分子溶质调配好密度梯度，在密度梯度之上加待处理的料液后进行离心操作。 5. 离心分离设备：常用的有管式和碟片式两大类。

6. 革兰氏阴性和阳性的区别：革兰阳性菌的细胞主要由肽聚糖层组成，而革兰阴性菌的细

胞壁在肽聚糖层的外侧还有分别由脂蛋白和脂多糖及磷脂构成的两层外壁层。革兰阳性菌的细胞

第六章，吸附分离技术和理论

1，固定床吸附操作的恒定图式假设在什么情况下能够成立？为什么？ 答：在优惠吸附时才能成立

原因：优惠吸附中吸附等温线的斜率是随着C增大逐渐降低的，高浓度区溶质移动速度快，随着吸附操作的进行，浓度波宽越来越窄，最后发生自传现象，实际操作中，由于各种杂质阻力和非理想流动引起浓度波变宽，当使浓度波变窄和变宽这两种相反作用相互抵消时，弄赌博的宽度和形状不再改变，形成恒定图式浓度波，因此，恒定图式假设只有在优惠吸附时成立。

5，解：（1）当I1=0.1mol/L时：qm=50(1-0.5I2)=50(1-0.5?0.12)=49.75g/L 解离常数：Kd=5I2=5?0.12=0.05g/L.

F为柱内固液体积比：F=VS/VL=50/1000=0.05 C0=5mg/mL=5g/L，则α=-KdCo=-0.05?5=-0.25(g2/L2) β=Fqm+Kd-Co=0.05?49.75+0.05-5=-2.4625(g/L)

?（?2.4625）?2.46252?4?（?0.25)?4?）=2（????2C*=0.5

?2.56g/L

带入Langmuir方程可得：q*=

qmc*49.75?2.56??48.79g/L

分离与纯化技术课程标准

【课程名称】分离与纯化技术 【课程代码】0913113 【总学时数】60学时

【适用专业】食品生物技术专业

一、课程概述

(一)课程的性质

本课程是食品生物技术专业中的一门职业能力核心课程，必修。分离与纯化技术是实现生物工程产业化的关键问题。本课程结合食品生物技术的行业特点，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、各种电泳技术等做了较全面、较详细的阐述，并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。 （二）课程定位

通过本课程的学习，理解分离与纯化技术的基本分析方法；掌握分离与纯化的基础技术和设备；使学生具备从事食品生物分离纯化技术所必需的基本知识和基本技能，初步形成解决实际问题的能力，为将来从事本专业工作和继续学习打下一定基础；以行业和岗位需求为导向，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。

（三）课程设计思路

本课程的设计思路如图所示：

生化分离工程

课程名称：生化分离工程

英文名称：Biochemical Separation Technology 课程编码：C1008163 学 分：2

总 学 时：64，其中，理论学时：54；实验学时：24 适用专业：生物类本科各专业

先修课程：生物化学、有机化学、物理化学、化工原理 执 笔 人： 审 订 人：

一、课程的性质、地位与任务：

主要讲述生物活性物质的各种分离纯化技术，是生物工程中不可缺少的组成部分，通过对本课程的学习，能使学生针对不同产品的特性，较好运用各种分离技术来设计合理的提取和纯化工艺路线或改进现有工艺，并能从理论上解释各种实际问题，提高分析问题和解决问题的能力，是一门理论和实践密切结合的课程。

二、教学基本要求：

通过课堂教学和实验教学相结合，使学生掌握生化物质分离的常见方法和基本的实验技能，理解生化分离工程在生物工程技术实用化、产业化中的重要地位，了解常见的生化产品生产工艺以及生化分离工程学科的最新研究进展。

三、教学学时分配表

章 目 一 二 三 四 五 六 七 八 教学内容 绪论 发酵液的预处理及菌体的回收 细胞的破碎 膜分离过程 溶剂萃取 双水相萃取 反胶团萃取 超临界流体萃取 教 学 时 数

膜分离技术在食品工业中的应用

班级学号姓名

引言

膜技术是一种绿色高效的可起到分离、富集、浓缩及纯化作用的技术，它以高分子分离膜为典型代表，是一种新型的流体分离单元操作技术。虽然该技术在20至30年代已取得很大发展，但一直到60年代反渗透分离技术被成功地运用到海水脱盐及废水处理时，膜技术才真正得到应用。由于膜技术具有诸多优点[1]，比如说浓缩时不会发生相变，因此不需要蒸发器或冷冻设备，节约能源，投资成本低。有由于在分离过程中不需加热，容易保持食品某些原有的风味和营养功效，因此，随着食品工业的不断发展，膜技术在食品领域的应用越来越广泛。

1 膜分离的基本原理

当选择透过性膜的两侧存在某种或某几种推动力时，比如浓度差、压力差、电位差、温度差等时，原料两侧的组分可以选择透过性地透过膜，从而达到分离纯化的目的。分离膜能够使得混在一起的物质分开，主要是通过以下两种机理：

(1)物理性质不同：根据被分离物质的质量、体积大小、几何形态差异，用过筛的办法将其分离。

(2)化学性质不同：根据被分离物质通过分离膜的总速度的差异进行分离。总速度取决于两个步骤，一是从膜表面接触的混合物中进入膜内的速度（溶解速度），其次是进入膜内后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。若总速度越大，

第一章 绪论

1、生物分离工程：从发酵液或酶反应液或动植物培养液中分离、纯化生物产品的过程。

2、生化分离工程的特点：①目标产物浓度低、杂质含量高；②物料体系复杂——多相，非牛顿流体；③目标产物稳定性差；④分离过程可变性；⑤质量要求高⑥产品价格与产物浓度呈反比

第二章 发酵液的预处理和固液分离

1、预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率。 2、预处理的方法：凝聚和絮凝、加热法、调节悬浮液的PH值、杂蛋白的去处、高价无机离子的去除、助滤剂和反应剂 。

3、凝聚：指在投加的化学物质作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１mm 大小块状凝聚体的过程。机理：1）中和粒子表面电荷 ；2）消除双电层结构；3）破坏水化膜。

4、絮凝：指使用絮凝剂将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。机理：架桥作用。采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵液较易分离。

5、絮凝的影响因素：1.发酵液的性质；2.絮凝剂的浓度，最佳用量为粒子表面积约有一半被聚合物覆盖；3.絮凝剂的分子量；4.pH 控制；5.搅拌速度。 6、混凝：对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和产生吸

第一章绪论

1、何为生化分离技术？其主要研究那些容？

生化分离技术是指从动植物组织培养液和微生物发酵液中分离、纯化生物产品的过程中所采用的方法和手段的总称。

2、生化分离的一般步骤包括哪些环节及技术？

一般说来，生化分离过程主要包括4个方面：①原料液的预处理和固液分离，常用加热、调PH、凝聚和絮凝等方法；②初步纯化(提取)，常用沉淀、吸附、萃取、超滤等单元操作；③高度纯化(精制)，常选用色谱分离技术；④成品加工，有浓缩、结晶和干燥等技术。

3、生化分离工程有那些特点，及其重要性？

特点：1、目的产物在初始物料（发酵液）中的含量低；2、培养液是多组分的混合物，除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等；3、生化产物的稳定性低，易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面力等非常敏感；4、对最终产品的质量要求高

重要性：生物技术产品一般存在于一个复杂的多相体系中。唯有经过分离和纯化等下游加工过程，才能制得符合使用要求的产品。因此产品的分离纯化是生物技术工业化的必需手段。在生物产品的开发研究中，分离过程的费用占全部研究费用的50％以上；在产品的成本构成中，分离与纯化部分占总成本的40～80％；精

现代生化产品分离技术的类型及其应用举例

摘要：

随着生物技术的不断发展，人们注意到了下游分离技术对发展现代生物技术及其产业化的重要性，分离技术的落后会严重阻碍生物技术的发展。国内外纷纷加强对生物分离技术的研究力量，增设研究机构和加大资金投入，一些公司和生产企业也在生物分离技术领域展开竞争。生化分离技术是生物技术产品产业化的必经之路，决定了生物技术的发展。决定了产品的质量的优劣，成本的高低，竞争力的大小。其种类繁多，技术日趋成熟化。在生产和生活中得到广泛应用。

关键词：生化产品、分离技术、细胞破碎技术、沉淀分离技术、层

析分离技术、电泳分离技术、离心分离技术、膜分离技术、

正文：

对于由自然界天然生成的或由人工经微生物菌体发酵、动植物细胞培养及酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经分离、纯化并精制其中目的成分，并最终使其成为产品的技术称为生化分离技术，现在的生物分离工程技术已广泛应用于医药、发酵、食品、轻工等领域的产品分离及纯化。另外，环境工程中污水的净化与有效成分的回收，也常用生物分离技术。

一、现代生化产品分离技术的类型

1、传统分离技术的提高和完善

蒸馏、蒸发、过滤、离心、结晶和离子交换等传统技术由于应用面广

且相对成熟，对它们的提高

高职生化分离技术课程教学内容和教学方法改革

生化分离技术是我院生物制药技术专业的核心课程，是一门专业性、技术性和实践性都很强的课程，在生物制药技术专业的课程体系中起着举足轻重的作用，是基础化学、生物化学、微生物学、微生物发酵技术课程的后续课程。通过本课程的学习，能使学生针对不同的生化产品的特性，独立运用所学的有关生化分离技术方面的知识，设计合理的分离、提取和精制的工艺路线和改造现有工艺，并能从理论上解释生产实际中的各种现象，提高学生的分析问题和解决问题的能力，对学生在生化产品的生产、质量控制、检验等综合职业能力的培养上，是必不可缺的。 高职高专教育“十一五”规划教材，是以按岗位职业能力为目标，实行项目教学，以工作过程设计教学内容。在使用教材过程中，发现一个突出的问题是不同项目间的教学内容存在部分重复现象，不同的项目采用的分离纯化的单元操作有些是相同的，这样不仅浪费了很多教学时间，在实践教学过程中不能充分地体现“工作过程”，同时也会使教学内容凌乱，教学内容与实际工作需求脱节，形成了学用两条线，削弱了学生的学习兴趣和职业能力。鉴于这些发展中带来的问题，笔者走访企业，了解岗位需求；通过对毕业生进行跟踪调查，收集反馈意见；依据高职高专教育教学改