第二章 下游技術(shù)的理論基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

1、第二章 下游技術(shù)的理論基礎(chǔ)下游技術(shù)的理論基礎(chǔ) 一、一、下游技術(shù)中的物理學(xué)過程下游技術(shù)中的物理學(xué)過程二、下游技術(shù)中的化學(xué)過程二、下游技術(shù)中的化學(xué)過程三、下游技術(shù)中的生物學(xué)過程三、下游技術(shù)中的生物學(xué)過程 生物工業(yè)下游技術(shù)：尚無一個(gè)嚴(yán)格意義上的生物工業(yè)下游技術(shù)：尚無一個(gè)嚴(yán)格意義上的定義，本課程中所涉及的內(nèi)容有許多在本質(zhì)上屬定義，本課程中所涉及的內(nèi)容有許多在本質(zhì)上屬于物質(zhì)分離的范疇。因此，本章及后續(xù)內(nèi)容將會(huì)于物質(zhì)分離的范疇。因此，本章及后續(xù)內(nèi)容將會(huì)經(jīng)常使用經(jīng)常使用“分離分離”一詞。一詞。一、下游技術(shù)中的物理學(xué)過程一、下游技術(shù)中的物理學(xué)過程 “分離分離”可利用各種物質(zhì)固有性質(zhì)的差異，如蒸汽可利用各種物質(zhì)

2、固有性質(zhì)的差異，如蒸汽壓、溶解度、界面余量、密度、電荷分子大小、粒子大壓、溶解度、界面余量、密度、電荷分子大小、粒子大小、擴(kuò)散系數(shù)等。小、擴(kuò)散系數(shù)等。 物理性質(zhì)差異越大，利用價(jià)值越大。物理性質(zhì)差異越大，利用價(jià)值越大。（一）基礎(chǔ)物性（一）基礎(chǔ)物性 以物理學(xué)過程為基礎(chǔ)的分離操作，大致可分為以以物理學(xué)過程為基礎(chǔ)的分離操作，大致可分為以下三類下三類:二、分類二、分類1. 平衡分離過程平衡分離過程建立在相平衡關(guān)系上的。利用相的組成差別進(jìn)行混建立在相平衡關(guān)系上的。利用相的組成差別進(jìn)行混合物體系合物體系 的分離。的分離。 在混合物體系本身所占有的空間之外，加一個(gè)能引在混合物體系本身所占有的空間之外，加一個(gè)能

3、引起物質(zhì)分離的勢(shì)能場(chǎng)，在它的作用下，形成分離場(chǎng)。起物質(zhì)分離的勢(shì)能場(chǎng)，在它的作用下，形成分離場(chǎng)。 2擬平衡擬平衡( (速度差速度差) )分離操作分離操作 1、2以外均劃歸其中，利用物質(zhì)移動(dòng)速度差和以外均劃歸其中，利用物質(zhì)移動(dòng)速度差和廣義的、廣義的、 基于基于“屏蔽效應(yīng)屏蔽效應(yīng)”的分離操作。的分離操作。3 非平衡分離操作非平衡分離操作（三）平衡論（三）平衡論 多組分混合物體系達(dá)到氣液、液液、固液、氣固二多組分混合物體系達(dá)到氣液、液液、固液、氣固二相平衡的條件是各相溫度、壓力相等，各相中各成分的相平衡的條件是各相溫度、壓力相等，各相中各成分的逸度相等。逸度相等。 1. 相平衡基礎(chǔ)相平衡基礎(chǔ) F自由度

4、；自由度；C組分?jǐn)?shù)；組分?jǐn)?shù)；P相數(shù)相數(shù) 吉布斯相律：吉布斯相律： F = C 一一 P 十十 2 在化學(xué)，吉布斯相律說明了在特定相態(tài)下，系統(tǒng)的自在化學(xué)，吉布斯相律說明了在特定相態(tài)下，系統(tǒng)的自由度跟其他變量的關(guān)系。由度跟其他變量的關(guān)系。 n ：外界因素，多數(shù)取：外界因素，多數(shù)取n=2，代表壓力和溫度；對(duì)于熔，代表壓力和溫度；對(duì)于熔點(diǎn)極高的固體，蒸汽壓的影響非常小，可取點(diǎn)極高的固體，蒸汽壓的影響非常小，可取n=1。 以水為例子，只有一種化合物，以水為例子，只有一種化合物，C=1。在三相點(diǎn)，。在三相點(diǎn)，P=3 F=1-3+2=0，所以溫度和壓力都固定。當(dāng)兩種態(tài)處于平，所以溫度和壓力都固定。當(dāng)兩種態(tài)處

5、于平，P=2，對(duì)應(yīng)一個(gè)特定壓力，便恰好有一個(gè)熔點(diǎn)，即有一，對(duì)應(yīng)一個(gè)特定壓力，便恰好有一個(gè)熔點(diǎn)，即有一個(gè)自由度。吉布斯相律的預(yù)言正確：個(gè)自由度。吉布斯相律的預(yù)言正確：F=1-2+2=1。 2 . 氣液平衡氣液平衡 式中：式中： pi* 純組分純組分i的飽和蒸氣壓；的飽和蒸氣壓； a i組分組分i的活度，而的活度，而ai ri xi ； ri組分組分i的活度系數(shù)可由有關(guān)公式求得的活度系數(shù)可由有關(guān)公式求得 汽液平衡關(guān)系是蒸餾、氣體吸收、超臨界流體汽液平衡關(guān)系是蒸餾、氣體吸收、超臨界流體萃取等分離操作的理論基礎(chǔ)萃取等分離操作的理論基礎(chǔ) 非理想溶液：非理想溶液： pi pi*ai= pi*ri xi 當(dāng)

6、當(dāng)ri 1時(shí)，即為理想溶液，則：時(shí)，即為理想溶液，則： pi pi* xi （即拉烏爾定律）（即拉烏爾定律） 3溶解度溶解度 pi 組分組分i的氣相分壓的氣相分壓 p 總壓總壓 H 亨利常數(shù)亨利常數(shù) xi ，y i 分別為組分分別為組分i的液相和氣相摩爾分?jǐn)?shù)的液相和氣相摩爾分?jǐn)?shù) ( (1) )氣體在液相中的溶解度氣體在液相中的溶解度：亨利定律：亨利定律：pi y i pH xi Tm 固體熔點(diǎn)固體熔點(diǎn) R 摩爾氣體常數(shù)摩爾氣體常數(shù) H 固體摩爾融解熱焓固體摩爾融解熱焓 ( (2) )固體在液相中的溶解度固體在液相中的溶解度( (ci) ) 純固體物質(zhì)在液相中的溶解度用液相溶質(zhì)濃度純固體物質(zhì)在液

7、相中的溶解度用液相溶質(zhì)濃度Ci表示，假表示，假定固體摩爾熔解熱焓定固體摩爾熔解熱焓H 不變，不變，Ci與溫度與溫度T間的關(guān)系為：間的關(guān)系為： 超過臨界溫度和臨界壓力的氣體稱為超過臨界溫度和臨界壓力的氣體稱為超臨界氣體超臨界氣體，其特征是各種物質(zhì)其特征是各種物質(zhì)在超臨界氣體中的溶解度較大在超臨界氣體中的溶解度較大，而且而且在臨界點(diǎn)附近溶解度變化很大在臨界點(diǎn)附近溶解度變化很大，利用這個(gè)性，利用這個(gè)性質(zhì)的萃取技術(shù)稱為質(zhì)的萃取技術(shù)稱為超臨界萃取技術(shù)超臨界萃取技術(shù)。 4高壓氣體中的溶解度高壓氣體中的溶解度 y2 固態(tài)組分固態(tài)組分2在氣相中的溶解度；在氣相中的溶解度； p2* 體系溫度下純固態(tài)組分體系溫度

8、下純固態(tài)組分2的飽和蒸氣壓；的飽和蒸氣壓； p 體系總壓體系總壓 E 增強(qiáng)因子，直接影響溶解度的大小。溶質(zhì)增強(qiáng)因子，直接影響溶解度的大小。溶質(zhì)2在在 氣相中的逸度系數(shù)氣相中的逸度系數(shù) 2對(duì)其影響最大；溶質(zhì)與溶對(duì)其影響最大；溶質(zhì)與溶 劑之間相互作用能越大，劑之間相互作用能越大，E就越大。就越大。固體溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度固體溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度：y2(p2*p) E 液體溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度液體溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度x2r2f2*y2 2p式中式中 x2 溶質(zhì)溶質(zhì)2在液相中的組成在液相中的組成 r2 溶質(zhì)溶質(zhì)2在液相中的活度系數(shù)在液相中的活度系數(shù) f2* 體系溫度下純?nèi)苜|(zhì)體系

9、溫度下純?nèi)苜|(zhì)2的逸度的逸度 y2 固態(tài)組分固態(tài)組分2在氣相中的溶解度在氣相中的溶解度 2 溶質(zhì)溶質(zhì)2氣相中的逸度系數(shù)氣相中的逸度系數(shù) p 體系總壓體系總壓 xA 、xB 溶質(zhì)在溶質(zhì)在A、B兩相的平衡濃度兩相的平衡濃度 rA 、 rB 活度活度 5液液平衡液液平衡 溶質(zhì)在互不溶解的溶質(zhì)在互不溶解的A、B兩相中溶解分配，平衡兩相中溶解分配，平衡狀態(tài)時(shí)狀態(tài)時(shí)分配系數(shù)分配系數(shù)K K與與活度系數(shù)活度系數(shù)r r有關(guān)有關(guān) 物質(zhì)從流體相物質(zhì)從流體相( (氣、液氣、液) )濃縮到固體表面從而達(dá)到分離濃縮到固體表面從而達(dá)到分離的過程稱為吸附過程。的過程稱為吸附過程。 6吸附平衡吸附平衡Freundlich方程方程

10、 氣相：氣相： Qkp1/n 液相：液相： Qkc1/n Q 吸附量吸附量(mol/kg吸附劑吸附劑) k 吸附平衡常數(shù)吸附平衡常數(shù) p 吸附質(zhì)分壓吸附質(zhì)分壓 c 吸附質(zhì)濃度吸附質(zhì)濃度 n 大于大于1的常數(shù)的常數(shù) 7固體吸收平衡固體吸收平衡 氣體、液體成分移向固體的過程稱為氣體、液體成分移向固體的過程稱為( (固體固體) )吸收。吸收。 亨利定律：亨利定律： C 固體中的溶質(zhì)濃度固體中的溶質(zhì)濃度 P 氣相溶質(zhì)分壓氣相溶質(zhì)分壓 H 亨利常數(shù)亨利常數(shù) S 溶解度系數(shù)溶解度系數(shù) 全吸收量：全吸收量： CH 亨利型吸收量亨利型吸收量 CD 吸附型吸收量吸附型吸收量 CD 最大吸附型吸收量最大吸附型吸收

11、量 K 常數(shù)常數(shù) （四）傳遞現(xiàn)象（四）傳遞現(xiàn)象 平衡平衡( (包括擬平衡包括擬平衡) )操作中，分離體系在達(dá)到平操作中，分離體系在達(dá)到平衡之前，要經(jīng)歷一個(gè)非平衡過程。衡之前，要經(jīng)歷一個(gè)非平衡過程。趨向平衡態(tài)的趨向平衡態(tài)的速度取決于體系內(nèi)各組分的質(zhì)量傳遞的阻力速度取決于體系內(nèi)各組分的質(zhì)量傳遞的阻力。嚴(yán)格地說，達(dá)到平衡態(tài)的時(shí)間要嚴(yán)格地說，達(dá)到平衡態(tài)的時(shí)間要無限長(zhǎng)無限長(zhǎng)。 但從工業(yè)生產(chǎn)角度，但從工業(yè)生產(chǎn)角度，達(dá)到適當(dāng)平衡度即可達(dá)到適當(dāng)平衡度即可。達(dá)到這個(gè)適當(dāng)平衡度的速度越快，生產(chǎn)效率越高。達(dá)到這個(gè)適當(dāng)平衡度的速度越快，生產(chǎn)效率越高。 另一方面，對(duì)于利用組分傳遞速度差進(jìn)行分離精另一方面，對(duì)于利用組分傳

12、遞速度差進(jìn)行分離精制的非平衡制的非平衡( (速度差速度差) )操作，一個(gè)操作，一個(gè)產(chǎn)生速度差的組分傳產(chǎn)生速度差的組分傳遞阻力差遞阻力差的存在是不可缺少的。只要適當(dāng)?shù)姆蛛x場(chǎng)的的存在是不可缺少的。只要適當(dāng)?shù)姆蛛x場(chǎng)的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)( (全壓、組成、溫度、外部勢(shì)能場(chǎng)等全壓、組成、溫度、外部勢(shì)能場(chǎng)等) )保持不保持不變，各組分間的物質(zhì)相對(duì)傳遞速度差就保持不變。變，各組分間的物質(zhì)相對(duì)傳遞速度差就保持不變。 因?qū)α鱾鬟f的阻力比擴(kuò)散傳遞的阻力小得多，因?qū)α鱾鬟f的阻力比擴(kuò)散傳遞的阻力小得多，界界面流體的境界膜厚度（膜內(nèi)為擴(kuò)散傳遞）要盡量薄。面流體的境界膜厚度（膜內(nèi)為擴(kuò)散傳遞）要盡量薄。1傳遞通量傳遞通量 流體

13、在分離場(chǎng)內(nèi)的傳遞現(xiàn)象可用經(jīng)典流體力學(xué)中流體在分離場(chǎng)內(nèi)的傳遞現(xiàn)象可用經(jīng)典流體力學(xué)中動(dòng)量動(dòng)量(通量通量)傳遞、熱量傳遞、熱量(通量通量)傳遞和質(zhì)量傳遞和質(zhì)量(通量通量)傳遞規(guī)傳遞規(guī)律律(見表見表24)和作用于分離場(chǎng)的外加勢(shì)能場(chǎng)來描述。和作用于分離場(chǎng)的外加勢(shì)能場(chǎng)來描述。 存在異相傳遞的情況下，物質(zhì)在異相之間的存在異相傳遞的情況下，物質(zhì)在異相之間的境界境界膜中的擴(kuò)散速度膜中的擴(kuò)散速度往往成為物質(zhì)傳遞速度的限制性因素。往往成為物質(zhì)傳遞速度的限制性因素。 進(jìn)一步分析可知，進(jìn)一步分析可知，動(dòng)量是朝著動(dòng)量濃度降低的方動(dòng)量是朝著動(dòng)量濃度降低的方向傳遞的；熱向傳遞的；熱( (能能) )量是從高能量量是從高能量(

14、(溫度溫度) )區(qū)向低能量區(qū)傳區(qū)向低能量區(qū)傳遞的遞的；而組分；而組分A向濃度梯度下降的方向運(yùn)動(dòng)。向濃度梯度下降的方向運(yùn)動(dòng)。表表242固相內(nèi)的分子擴(kuò)散固相內(nèi)的分子擴(kuò)散 固體內(nèi)的擴(kuò)散類型與固體結(jié)構(gòu)無關(guān)固體內(nèi)的擴(kuò)散類型與固體結(jié)構(gòu)無關(guān)。 如浸取操作，如浸取操作，由于固體中存在大量的水分，溶質(zhì)通過這些水溶液進(jìn)行由于固體中存在大量的水分，溶質(zhì)通過這些水溶液進(jìn)行的擴(kuò)散符合的擴(kuò)散符合Fick定律。定律。 對(duì)于溶質(zhì)對(duì)于溶質(zhì)A的擴(kuò)散通量，簡(jiǎn)化后為：的擴(kuò)散通量，簡(jiǎn)化后為： DAB A通過通過B的擴(kuò)散系數(shù)的擴(kuò)散系數(shù)(m2s)，通常為常數(shù)，通常為常數(shù) H 距離距離 CA 固體中的溶質(zhì)濃度固體中的溶質(zhì)濃度3. 多孔體內(nèi)的

15、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多孔體內(nèi)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 在具有連續(xù)空隙的多孔體在具有連續(xù)空隙的多孔體( (含粒子充填層含粒子充填層) )內(nèi)，分子內(nèi)，分子在這種細(xì)孔中的移動(dòng)，可分為在這種細(xì)孔中的移動(dòng)，可分為“細(xì)孔擴(kuò)散細(xì)孔擴(kuò)散”和和“表面擴(kuò)表面擴(kuò)散散”兩種機(jī)理。兩種機(jī)理。 (1) (1)微孔內(nèi)擴(kuò)散：微孔內(nèi)擴(kuò)散： 設(shè)多孔體內(nèi)的空隙為設(shè)多孔體內(nèi)的空隙為，有效擴(kuò)散，有效擴(kuò)散系數(shù)為系數(shù)為De， D 細(xì)孔空間的流體相中運(yùn)動(dòng)分子的擴(kuò)散系數(shù)細(xì)孔空間的流體相中運(yùn)動(dòng)分子的擴(kuò)散系數(shù) d 與擴(kuò)散有關(guān)的細(xì)孔曲折系數(shù)與擴(kuò)散有關(guān)的細(xì)孔曲折系數(shù) (2)(2)表面擴(kuò)散：表面擴(kuò)散： 細(xì)孔內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的第二種形式是細(xì)孔內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的第二種形式是細(xì)孔內(nèi)壁表面物理吸附

16、的分子在保持被吸附狀態(tài)下進(jìn)行細(xì)孔內(nèi)壁表面物理吸附的分子在保持被吸附狀態(tài)下進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)，稱為表面擴(kuò)散。的運(yùn)動(dòng)，稱為表面擴(kuò)散。 吸附相狹義吸附相吸附相狹義吸附相+ +毛細(xì)管凝結(jié)相毛細(xì)管凝結(jié)相 狹義吸附相是指被固體表面吸附的單分子曾層，而狹義吸附相是指被固體表面吸附的單分子曾層，而毛細(xì)管凝結(jié)相為基于界面張力在微孔內(nèi)毛細(xì)管凝結(jié)相為基于界面張力在微孔內(nèi)KelvinKelvin毛細(xì)管凝毛細(xì)管凝結(jié)的結(jié)果生成的液相。結(jié)的結(jié)果生成的液相。 依賴于狹義吸附相固體表面上吸附分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，依賴于狹義吸附相固體表面上吸附分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，以以吸附量梯度為推動(dòng)力吸附量梯度為推動(dòng)力而移動(dòng)。而毛細(xì)管凝結(jié)相移動(dòng)的而移動(dòng)。而毛細(xì)管

17、凝結(jié)相移動(dòng)的推動(dòng)力是推動(dòng)力是毛細(xì)管引力梯度毛細(xì)管引力梯度。 4粒子充填床層中的物質(zhì)擴(kuò)散粒子充填床層中的物質(zhì)擴(kuò)散 實(shí)體粒子充填床層內(nèi)的擴(kuò)散現(xiàn)象與多孔體內(nèi)的情況實(shí)體粒子充填床層內(nèi)的擴(kuò)散現(xiàn)象與多孔體內(nèi)的情況基本相同。例外的情況是，當(dāng)粒子充填層中的空隙比多基本相同。例外的情況是，當(dāng)粒子充填層中的空隙比多孔體粒子內(nèi)空隙大得多時(shí)，會(huì)引起流體透過方向上的返孔體粒子內(nèi)空隙大得多時(shí)，會(huì)引起流體透過方向上的返混?；臁７祷斓囊?guī)模與粒徑大致成一定比例返混的規(guī)模與粒徑大致成一定比例。 在多孔性粒子的充填層內(nèi)，粒子間的一次空隙與粒在多孔性粒子的充填層內(nèi)，粒子間的一次空隙與粒子內(nèi)的二次空隙構(gòu)成二元結(jié)構(gòu)細(xì)孔網(wǎng)絡(luò)。在這種場(chǎng)合下

18、，子內(nèi)的二次空隙構(gòu)成二元結(jié)構(gòu)細(xì)孔網(wǎng)絡(luò)。在這種場(chǎng)合下，質(zhì)量傳遞阻力應(yīng)分別講行考察。質(zhì)量傳遞阻力應(yīng)分別講行考察。5膜內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量傳遞膜內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量傳遞 均質(zhì)膜和多孔性膜中的質(zhì)量傳遞機(jī)理不同。均質(zhì)膜和多孔性膜中的質(zhì)量傳遞機(jī)理不同。 均質(zhì)膜持別是均質(zhì)高分子膜內(nèi)的質(zhì)量傳遞是很均質(zhì)膜持別是均質(zhì)高分子膜內(nèi)的質(zhì)量傳遞是很復(fù)雜的，物質(zhì)通過膜的傳遞速度是用膜兩端的濃度差復(fù)雜的，物質(zhì)通過膜的傳遞速度是用膜兩端的濃度差和膜內(nèi)溶解分子的擴(kuò)散系數(shù)來表達(dá)的。擴(kuò)散系數(shù)與穿和膜內(nèi)溶解分子的擴(kuò)散系數(shù)來表達(dá)的。擴(kuò)散系數(shù)與穿膜物質(zhì)的種類和濃度有關(guān)。膜物質(zhì)的種類和濃度有關(guān)。 均質(zhì)膜并非絕對(duì)均質(zhì)膜并非絕對(duì)“均質(zhì)均質(zhì)”，也會(huì)有布朗運(yùn)動(dòng)和，

19、也會(huì)有布朗運(yùn)動(dòng)和反混現(xiàn)象。反混現(xiàn)象。 多孔性膜基本上與多孔體內(nèi)質(zhì)量傳遞相同。多孔性膜基本上與多孔體內(nèi)質(zhì)量傳遞相同。二、二、 下游技術(shù)中的化學(xué)過程下游技術(shù)中的化學(xué)過程 物質(zhì)分離常常利用化學(xué)作用達(dá)到目的。物質(zhì)間化學(xué)物質(zhì)分離常常利用化學(xué)作用達(dá)到目的。物質(zhì)間化學(xué)作用每作用每1mol含有數(shù)千焦以上的含有數(shù)千焦以上的能量變化能量變化。 與物理作用相比，化學(xué)作用的作用力強(qiáng)，含有氫與物理作用相比，化學(xué)作用的作用力強(qiáng)，含有氫鍵、電荷移動(dòng)，靜電引力以及化學(xué)結(jié)合力，其選擇性更鍵、電荷移動(dòng)，靜電引力以及化學(xué)結(jié)合力，其選擇性更強(qiáng)，在強(qiáng)，在高度選擇性的精密分離高度選擇性的精密分離中起重要作用。中起重要作用。 液液萃取：利

20、用物質(zhì)在溶劑中溶解度不同的分離。液液萃?。豪梦镔|(zhì)在溶劑中溶解度不同的分離。如果在萃取溶劑中加入對(duì)原料中目標(biāo)物質(zhì)有特異性作用如果在萃取溶劑中加入對(duì)原料中目標(biāo)物質(zhì)有特異性作用的成分的成分(萃取劑、抽提劑萃取劑、抽提劑)，能達(dá)到高選擇性。，能達(dá)到高選擇性。 關(guān)鍵因素是對(duì)目標(biāo)物質(zhì)選擇性的、高度的相互作用。關(guān)鍵因素是對(duì)目標(biāo)物質(zhì)選擇性的、高度的相互作用。( (一一) )化學(xué)性分子識(shí)別化學(xué)性分子識(shí)別1分子間相互作用分子間相互作用 分子間的相互作用力除了眾所周知的范德華力、氫分子間的相互作用力除了眾所周知的范德華力、氫鍵力等，近年來備受注目的分子間作用力是疏水性相互鍵力等，近年來備受注目的分子間作用力是疏水

21、性相互作用力。作用力。 環(huán)狀糊精也有環(huán)狀糊精也有一定的分子識(shí)別功一定的分子識(shí)別功能。它是由能。它是由68個(gè)個(gè)葡萄糖環(huán)狀結(jié)合而葡萄糖環(huán)狀結(jié)合而成的低聚糖。筒狀，成的低聚糖。筒狀，內(nèi)部具空洞內(nèi)部具空洞結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 酶和底物的專一性結(jié)合。鑰匙和鎖的關(guān)系。只有酶和底物的專一性結(jié)合。鑰匙和鎖的關(guān)系。只有底物分子才能進(jìn)入這個(gè)口袋。酶分子正是通過對(duì)底物底物分子才能進(jìn)入這個(gè)口袋。酶分子正是通過對(duì)底物的多點(diǎn)識(shí)別才顯示出它高效、專一的底物識(shí)別功能。的多點(diǎn)識(shí)別才顯示出它高效、專一的底物識(shí)別功能。2 分子識(shí)別分子識(shí)別“皇冠醚皇冠醚” 皇冠醚有多種，均為大環(huán)皇冠醚有多種，均為大環(huán)狀化合物。中心開孔，一些金狀化合物。中心

22、開孔，一些金屬離子和氨基酸分子等正好能屬離子和氨基酸分子等正好能進(jìn)入其中。種類不同對(duì)金屬離進(jìn)入其中。種類不同對(duì)金屬離子的選擇性不同。可以利用氨子的選擇性不同。可以利用氨基酸構(gòu)象差異進(jìn)行基酸構(gòu)象差異進(jìn)行D-型和型和L-型型旋光體拆分。除了分子大小識(shí)旋光體拆分。除了分子大小識(shí)別外，還可進(jìn)行電荷分布等精別外，還可進(jìn)行電荷分布等精密識(shí)別。密識(shí)別。泡沸石（無機(jī)吸附劑）泡沸石（無機(jī)吸附劑） 具有細(xì)孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁、具有細(xì)孔結(jié)構(gòu)的氧化鋁、硅石類陶瓷，孔徑接近分子硅石類陶瓷，孔徑接近分子水平時(shí)，則可用做分子篩，水平時(shí)，則可用做分子篩，對(duì)氣體分子選擇性吸附分離。對(duì)氣體分子選擇性吸附分離。具分子大小識(shí)別功能（二）下

23、游技術(shù)中的化學(xué)反應(yīng)（二）下游技術(shù)中的化學(xué)反應(yīng) 如檸檬酸工業(yè)中常用鈣鹽沉淀，以便于與發(fā)酵液如檸檬酸工業(yè)中常用鈣鹽沉淀，以便于與發(fā)酵液中殘?zhí)羌捌渌扇苄噪s質(zhì)的分離。中殘?zhí)羌捌渌扇苄噪s質(zhì)的分離。 利用草酸與利用草酸與Ca2+反應(yīng)，生成不溶性鈣鹽可除去雜反應(yīng)，生成不溶性鈣鹽可除去雜質(zhì)質(zhì)Ca2+ 。ZnSO4和黃血鹽用于除去雜氨基酸和雜蛋白。和黃血鹽用于除去雜氨基酸和雜蛋白。1、選擇性分離純化：、選擇性分離純化： 氨基酸或短肽能絡(luò)合或螯合某些金屬離子生產(chǎn)保氨基酸或短肽能絡(luò)合或螯合某些金屬離子生產(chǎn)保健產(chǎn)品，補(bǔ)充人體缺乏又不易被人體吸收的鈣、鐵、健產(chǎn)品，補(bǔ)充人體缺乏又不易被人體吸收的鈣、鐵、鋅等微量元素。

24、鋅等微量元素。 山梨醇和木糖醇可以通過葡萄糖和木糖經(jīng)金屬鎳山梨醇和木糖醇可以通過葡萄糖和木糖經(jīng)金屬鎳催化加氫工藝催化加氫工藝( (高壓高壓) )獲得。獲得。 在某些發(fā)酵產(chǎn)品或天然物質(zhì)中，利用有機(jī)化學(xué)反在某些發(fā)酵產(chǎn)品或天然物質(zhì)中，利用有機(jī)化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)特殊用途或更有價(jià)值的衍生物。應(yīng)生產(chǎn)特殊用途或更有價(jià)值的衍生物。2、產(chǎn)品制造：、產(chǎn)品制造：三、三、 下游技術(shù)中的生物學(xué)過程下游技術(shù)中的生物學(xué)過程（一）特異性相互作用（一）特異性相互作用( (鎖鑰關(guān)系）鎖鑰關(guān)系） 生物分離過程的作用特征是生物分離過程的作用特征是生物高分子的特異性相生物高分子的特異性相互作用互作用。生物高分子能分辨特定物質(zhì)，再與其可逆性結(jié)

25、。生物高分子能分辨特定物質(zhì)，再與其可逆性結(jié)合，這種現(xiàn)象是非常合，這種現(xiàn)象是非常排他性的排他性的、特異性的特異性的結(jié)合。結(jié)合。 具有特異性相互作用的高分子主要有：酶、抗體、具有特異性相互作用的高分子主要有：酶、抗體、植物凝血素、抗生物素蛋白等結(jié)合性蛋白、肝素、明膠、植物凝血素、抗生物素蛋白等結(jié)合性蛋白、肝素、明膠、核苷酸等。核苷酸等。1、可逆性結(jié)合作用（除共價(jià)結(jié)合外）、可逆性結(jié)合作用（除共價(jià)結(jié)合外） （1）離子間的相互作用）離子間的相互作用 氨基酸側(cè)鏈的電荷引起的靜電作用氨基酸側(cè)鏈的電荷引起的靜電作用（2）氫鍵結(jié)合）氫鍵結(jié)合 配體含或原子，能和結(jié)合部位之間形成氫鍵配體含或原子，能和結(jié)合部位之間形

26、成氫鍵（ 3）硫水性相互作用）硫水性相互作用 配體上的非極性基團(tuán)與結(jié)合部位側(cè)面的非極性部分存配體上的非極性基團(tuán)與結(jié)合部位側(cè)面的非極性部分存 在硫水性相互作用在硫水性相互作用（4）對(duì)金屬原子配位）對(duì)金屬原子配位 結(jié)合部位的一部分和配體的一部分在同一金屬上配位結(jié)合部位的一部分和配體的一部分在同一金屬上配位（5）弱共價(jià)鍵結(jié)合）弱共價(jià)鍵結(jié)合 醛基和羥基間形成半縮醛醛基和羥基間形成半縮醛2、影響蛋白質(zhì)立體構(gòu)象的環(huán)境因素、影響蛋白質(zhì)立體構(gòu)象的環(huán)境因素(1) (1) 熱：熱： 熱是影響蛋白質(zhì)構(gòu)象的最普通的因素。熱是影響蛋白質(zhì)構(gòu)象的最普通的因素。(2) (2) 溫度溫度： 溫度的上升，使原子、分子的熱運(yùn)動(dòng)更活溫度的上升，使原子、分子的熱運(yùn)動(dòng)更活潑，離子間的相互作用、氫