生物工程下游技術(shù)應(yīng)用緒論

生物工程下游技術(shù)應(yīng)用緒論菌種篩選搖瓶實(shí)驗(yàn)發(fā)酵罐實(shí)驗(yàn)IndustrialScaleupTotransferthepilotscaleresultsintoacommerciallyfeasibleproductionsetting.Fermentorsizesrangefrom100Lto500,000L,dependingonproducts.在疾病治療方面的應(yīng)用生物制藥抗生素基因治療生物工程研究領(lǐng)域微生物培養(yǎng)動物細(xì)胞培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)天然資源生化材料海洋生物培養(yǎng)生物工程產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域生物制藥（抗生素，基因重組蛋白，氨基酸，疫苗，菌苗，天然藥物，生化藥物，血液制品，抗體，多糖，多肽）生物化工（乳酸，檸檬酸，蘋果酸，丙烯酸，甘油，異丙醇，乙烯）生物能源（甲醇，乙醇，生物柴油，生物汽油）生物材料（明膠，膠原蛋白，人造皮膚，人造骨，人造臟器）生物醫(yī)學(xué)（診斷試劑，基因治療，人及生物克?。┉h(huán)境生物（環(huán)境治理，水污染，土壤污染，風(fēng)沙治理）生物食品（醋，啤酒業(yè)，釀酒，乳制品，奶制品）生物資源（動物，植物，微生物）生物農(nóng)業(yè)（基因食品，基因植物）生物工程的上中下游上游：菌種，基因工程，分子生物學(xué)，遺傳學(xué)中游：微生物發(fā)酵工程，動植物細(xì)胞，海洋生物培養(yǎng)下游：生物分離工程

生物產(chǎn)品特點(diǎn)①產(chǎn)物濃度低的水溶液原因：a.氧傳遞限制；b.細(xì)胞量;c.產(chǎn)物抑制②組分復(fù)雜a.大分子;b.小分子;c.可溶物;d.不可溶物;e.化學(xué)添加物③產(chǎn)物穩(wěn)定性差a.化學(xué)降解(pH,溫度);b.微生物降解（酶作用，染菌）④質(zhì)量要求高（藥品或食品）生物分離工藝要求(1)高純度(2)大規(guī)模(3)經(jīng)濟(jì)性(4)生物相容性生物過程開發(fā)目標(biāo)(1)產(chǎn)品在最短時間內(nèi)進(jìn)入市場(2)符合所有安全要求(3)工藝成本適當(dāng)(4)可靠(5)安全（放大期間安全尤為重要）質(zhì)量控制意義(1)來自管理機(jī)構(gòu)的壓力(2)公眾的覺醒(3)市場擴(kuò)張與競爭(4)安全(5)提高專一性作用，減少負(fù)作用非蛋白類雜質(zhì)的去除（1）DNAA.陰離子交換（pH4.0)B.親和層析（不被吸附）

C.疏水層析（2）熱原（蛋白質(zhì)溶液中的去熱原）

A.生產(chǎn)過程無菌

B.所有層析介質(zhì)無菌

C.所用溶液無菌

D.親和層析（多粘菌素）（3）去病毒

A.加熱（60℃)B.過濾

C.滅活劑目標(biāo)蛋白的表征和分析方法（1）HPLC（2）SDS（3）氨基酸順序分析（4）氨基酸，肽圖，免疫化學(xué)（5）與標(biāo)準(zhǔn)品對照分析

工業(yè)應(yīng)用的生物分離技術(shù)①回收技術(shù):絮凝，離心，過濾，微過濾。②細(xì)胞破碎技術(shù):球磨，高壓勻漿，化學(xué)破碎技術(shù)。③初步純化技術(shù):鹽析法，有機(jī)溶劑沉淀，化學(xué)沉淀，大孔吸附樹劑，膜分離技術(shù)。④高度純化技術(shù):各類層析，親和，疏水，聚焦，離子交換。⑤成品加工-噴霧干燥:氣流干燥，沸騰干燥，冷凍干燥，結(jié)晶。

生物技術(shù)產(chǎn)品的類型按分子量大小小分子產(chǎn)品：（小于1000）抗生素，有機(jī)酸，氨基酸大分子產(chǎn)品：（大于1000）酶,抗體，多肽，蛋白質(zhì)按產(chǎn)品所處的位置細(xì)胞內(nèi):胰島素，干擾素，重組蛋白質(zhì)細(xì)胞外：抗生素，胞外酶下游加工過程的沿革傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)（第一代）19世紀(jì)60年代-20世紀(jì)50年代酒精，丙酮，丁醇第二代生物技術(shù)產(chǎn)品20世紀(jì)40年代抗生素，有機(jī)酸，核酸，酶制劑，單細(xì)胞蛋白第三代20世紀(jì)70年代中期動物細(xì)胞培養(yǎng)植物細(xì)胞培養(yǎng)基因工程發(fā)酵產(chǎn)品

生物下游加工過程的選擇準(zhǔn)則①步聚少②次序合理③產(chǎn)品規(guī)格（注射，非注射）④生產(chǎn)規(guī)模⑤物料組成⑥產(chǎn)品形式（固體-適當(dāng)結(jié)晶，液體-適當(dāng)濃縮）⑦產(chǎn)品穩(wěn)定性⑧物性（溶解度，分子電荷，分子大小，功能團(tuán)，穩(wěn)定性，揮發(fā)性）⑨危害性⑩廢水處理

生物技術(shù)下游加工過程的發(fā)展動向①基礎(chǔ)理論研究A選擇性分離劑B數(shù)學(xué)模型②應(yīng)用研究A新老技術(shù)的深化研究與融合B下游技術(shù)與上游技術(shù)相結(jié)合(藕合分離）C強(qiáng)化化學(xué)作用對分離能力的影響D改進(jìn)上游因素（改進(jìn)菌種，培養(yǎng)基與發(fā)酵條件）③工程問題研究④改善環(huán)境相容性現(xiàn)代生物分離過程的研究方向與特點(diǎn)（1）大規(guī)模，高選擇性（液膜萃取，兩水相萃取，反滲透，納米過濾，滲透蒸發(fā)，親和膜過濾，親和錯流過濾，親和沉淀，分子篩，分子蒸餾）（2）集成化（擴(kuò)張床，兩水相，液膜分離）（3）快速分離（色譜）（4）極端條件下分離（超臨界，超聲波，超重力）（5）在位分離（邊發(fā)酵邊分離）（6）環(huán)境相容（超臨界）（7）可再生循環(huán)（親和沉淀，可再生兩水相）SeparationProcesses:

Extractors溶質(zhì)在二個互不相容的溶劑的分配系數(shù)不同，所造成的溶質(zhì)的轉(zhuǎn)移?；旌掀骱统吻迤?/p>

膜技術(shù)微濾超濾納濾反滲透懸浮粒子大分子糖，二價鹽游離酸單價鹽不游離酸水膜的分類與特征分子印跡分離超臨界流體分離PhaseseparationTopphaseBottomphaseRecycleLightpHLightpH

RecyclingPolymersFormingAqueousTwo-phaseSystems親和沉淀lowercriticalsolutiontemperature,LCST生物分離技術(shù)與化工分離技術(shù)的區(qū)別

化工分離技術(shù)：獲得純的化學(xué)物質(zhì)。生物分離技術(shù)：在得到純的生物物質(zhì)同時，還必須關(guān)注特定雜質(zhì)的去除。

與傳統(tǒng)的化學(xué)試劑的純度概念不同，生物產(chǎn)物對有害物質(zhì)有嚴(yán)格的控制，生產(chǎn)過程也要求有嚴(yán)格的管理，在最終產(chǎn)品中往往不允許有極微量的有害雜質(zhì)存在。生物分離技術(shù)的重要性

生物產(chǎn)物的特殊性；生物產(chǎn)物所處環(huán)境的復(fù)雜性；對生物產(chǎn)品要求的嚴(yán)格性；

最終結(jié)果：導(dǎo)致下游加工過程中成本往往占整個生物加工過程生產(chǎn)成本的大部分。下游加工技術(shù)的一般流程

生物下游加工過程是指目標(biāo)產(chǎn)物的分離純化過程，包括產(chǎn)物提取(isolation)產(chǎn)物濃縮(concentration)產(chǎn)物純化(purification)成品化(polishing)注意：多步分離導(dǎo)致收率降低；分離技術(shù)的選擇依據(jù)產(chǎn)物所處的位置；產(chǎn)物性質(zhì)（分子大小、疏水性、電荷形式和溶解度等）；生物加工過程自身的規(guī)模和產(chǎn)品的商業(yè)價值；一種目標(biāo)產(chǎn)物的分離手段往往不止一種，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模和價值，選擇合適的分離技術(shù)

生物下游加工過程的特點(diǎn)

滿足維持生物物質(zhì)活性的要求滿足快速分離的要求滿足純度和雜質(zhì)去除的要求滿足高效分離的要求滿足成本優(yōu)化的要求生物分離本質(zhì)

有效地識別混合物中不同溶質(zhì)間物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的差別，利用能夠識別這些差別的分離介質(zhì)和（或）擴(kuò)大這些差別的分離設(shè)備實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)間的分離或目標(biāo)組分的純化。常用的分離技術(shù)及