生物工業(yè)下游技術(shù)基本原理

生物工業(yè)下游技術(shù)基本原理匯報(bào)人：AA2024-01-25緒論分離純化技術(shù)濃縮干燥技術(shù)結(jié)晶技術(shù)萃取技術(shù)層析技術(shù)目錄01緒論生物工業(yè)下游技術(shù)是指從生物反應(yīng)器或發(fā)酵罐中獲得的生物產(chǎn)品，經(jīng)過一系列物理、化學(xué)或生物學(xué)的操作，進(jìn)行分離、純化和精制，最終得到符合質(zhì)量要求的產(chǎn)品的過程。定義下游技術(shù)是生物工業(yè)中不可或缺的一環(huán)，它決定了生物產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，影響生產(chǎn)成本和經(jīng)濟(jì)效益。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，下游技術(shù)已成為制約生物工業(yè)發(fā)展的瓶頸之一。重要性生物工業(yè)下游技術(shù)定義與重要性發(fā)展歷程生物工業(yè)下游技術(shù)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從粗放到精細(xì)的發(fā)展歷程。早期的下游技術(shù)主要是簡單的過濾、沉淀和蒸發(fā)等操作，后來逐漸發(fā)展到包括色譜、電泳、超濾等高級分離技術(shù)，以及固定化酶、細(xì)胞培養(yǎng)等生物技術(shù)?，F(xiàn)狀目前，生物工業(yè)下游技術(shù)已經(jīng)形成了比較完善的理論體系和技術(shù)體系，涵蓋了分離、純化、精制、干燥等多個方面。同時，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和交叉融合，下游技術(shù)也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新。下游技術(shù)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀學(xué)習(xí)目的通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握生物工業(yè)下游技術(shù)的基本原理和方法，了解各種分離、純化和精制技術(shù)的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力，為從事生物工業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作打下基礎(chǔ)。要求學(xué)生應(yīng)認(rèn)真聽講、積極思考、勤于實(shí)踐，掌握各種下游技術(shù)的基本原理和操作方法，能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行分析和總結(jié)。同時，學(xué)生還應(yīng)關(guān)注下游技術(shù)的最新發(fā)展動態(tài)，不斷拓展自己的知識面和視野。本課程學(xué)習(xí)目的與要求02分離純化技術(shù)03選擇性沉淀法利用某些試劑選擇性地與某些生物大分子形成不溶性的復(fù)合物而沉淀析出。01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。02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。沉淀法吸附色譜法分配色譜法離子交換色譜法凝膠色譜法色譜法利用吸附劑對生物大分子的吸附能力不同進(jìn)行分離純化。利用離子交換劑與生物大分子之間的離子交換作用進(jìn)行分離純化。利用生物大分子在固定相和流動相中的分配系數(shù)不同進(jìn)行分離純化。利用凝膠的分子篩效應(yīng)對生物大分子進(jìn)行分離純化。利用超濾膜截留生物大分子，達(dá)到分離純化的目的。超濾法利用反滲透膜對水分子的選擇性透過作用，將生物大分子從溶液中分離出來。反滲透法利用納濾膜對生物大分子的選擇性透過作用，實(shí)現(xiàn)生物大分子的分離純化。納濾法膜分離法利用生物大分子在電場中的遷移速度不同進(jìn)行分離純化。電泳法利用生物大分子與特定配體之間的親和力進(jìn)行分離純化。親和層析法利用高效液相色譜儀對生物大分子進(jìn)行高效、快速的分離純化。高效液相色譜法通過控制溶液條件，使生物大分子從溶液中結(jié)晶析出，實(shí)現(xiàn)分離純化的目的。結(jié)晶法其他分離純化方法03濃縮干燥技術(shù)原理通過加熱使溶液中的溶劑汽化，從而提高溶液的濃度，達(dá)到濃縮的目的。分類常壓蒸發(fā)、減壓蒸發(fā)。應(yīng)用適用于熱穩(wěn)定性好、不易揮發(fā)的物質(zhì)的濃縮。蒸發(fā)濃縮法將物料冷凍成固體，然后在真空條件下使冰直接升華成水蒸氣，從而去除物料中的水分。原理能較好地保留物料的原有結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，且干燥后的物料易于長期保存。特點(diǎn)適用于熱敏性、易氧化物質(zhì)的干燥。應(yīng)用冷凍干燥法123將液態(tài)物料通過噴嘴霧化成微小液滴，并與熱空氣接觸，使水分迅速蒸發(fā)，從而獲得干燥的粉末或顆粒狀產(chǎn)品。原理干燥速度快、生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品質(zhì)量好。特點(diǎn)適用于液態(tài)物料的干燥，如乳制品、中藥提取物等。應(yīng)用噴霧干燥法吸附干燥法利用吸附劑的吸附作用去除物料中的水分。滲透蒸發(fā)法利用組分在滲透蒸發(fā)膜中的吸附和擴(kuò)散性能的差異實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離和濃縮。超臨界流體萃取法利用超臨界流體對物料的溶解和攜帶作用實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離和濃縮。這些方法各具特點(diǎn)，適用于不同的物料和工藝要求。其他濃縮干燥方法04結(jié)晶技術(shù)通過降低溶液溫度或蒸發(fā)溶劑，使溶質(zhì)從溶液中析出形成晶體。包括溶液過飽和度、溫度、pH值、雜質(zhì)、攪拌速度等。結(jié)晶原理及影響因素影響因素結(jié)晶原理結(jié)晶方法冷卻結(jié)晶、蒸發(fā)結(jié)晶、鹽析結(jié)晶等。設(shè)備選擇根據(jù)結(jié)晶方法的不同，可選擇冷卻結(jié)晶器、蒸發(fā)結(jié)晶器、真空結(jié)晶器等。結(jié)晶方法與設(shè)備選擇控制策略采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，如PID控制、模糊控制等，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶過程的自動化和智能化。數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化運(yùn)用數(shù)據(jù)分析工具，對結(jié)晶過程數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和分析，發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行優(yōu)化。過程優(yōu)化通過調(diào)整操作參數(shù)，如溫度、壓力、攪拌速度等，提高晶體質(zhì)量和產(chǎn)量。結(jié)晶過程優(yōu)化與控制05萃取技術(shù)影響因素溶劑的選擇性、溶解度、溫度、pH值等。應(yīng)用從發(fā)酵液或酶反應(yīng)液中提取和純化目標(biāo)產(chǎn)物，如抗生素、有機(jī)酸、氨基酸等。原理利用溶質(zhì)在兩種不互溶或部分互溶的溶劑中分配系數(shù)的差異，使溶質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中。溶劑萃取法原理利用高聚物水溶液的分離現(xiàn)象，當(dāng)兩種高聚物水溶液的濃度超過一定值時，體系會分為互不相溶的兩相，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的分離和純化。影響因素高聚物的種類和濃度、鹽的種類和濃度、pH值、溫度等。應(yīng)用生物大分子的分離和純化，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖等。雙水相萃取法原理利用超臨界流體（SCF）的溶解能力和高擴(kuò)散性，將目標(biāo)產(chǎn)物從固體或液體中萃取出來。影響因素SCF的種類和濃度、溫度、壓力等。應(yīng)用從植物中提取精油、色素等天然產(chǎn)物，以及從發(fā)酵液中提取和純化目標(biāo)產(chǎn)物。超臨界流體萃取法030201其他萃取方法根據(jù)具體方法的特性，應(yīng)用于不同的生物工業(yè)下游技術(shù)領(lǐng)域，如藥物分離純化、酶反應(yīng)液處理等。應(yīng)用除了上述三種方法外，還有其他一些萃取方法，如反膠束萃取、膜分離技術(shù)等。這些方法各有特點(diǎn)，適用于不同的生物工業(yè)下游技術(shù)需求。原理具體方法的操作條件、原料性質(zhì)等。影響因素06層析技術(shù)原理常用吸附劑有硅膠、氧化鋁、活性炭等，具有較大的比表面積和吸附容量。吸附劑選擇影響因素吸附劑的種類、粒度、含水量、流動相的組成和pH值等都會影響分離效果。利用吸附劑對樣品中各組分吸附能力不同，使各組分在固定相和流動相之間分配平衡的過程。吸附層析法原理01利用樣品中各組分在固定相和流動相中溶解度不同，達(dá)到分離的目的。固定相選擇02常用固定相為有機(jī)溶劑或高分子聚合物，如硅膠鍵合相、聚酰胺等。影響因素03固定相的種類和極性、流動相的組成和極性、溫度等都會影響分離效果。分配層析法利用離子交換劑與樣品中離子進(jìn)行可逆交換，根據(jù)離子交換劑和離子之間親和力不同實(shí)現(xiàn)分離。原理常用離子交換劑有陽離子交換劑和陰離子交換劑，如磺酸型陽離子交換樹脂、季銨鹽型陰離子交換樹脂等。離子交換劑選擇離子交換劑的種類和電荷性質(zhì)、流動相的組成和pH值、離子強(qiáng)度和溫度等都會影響分離效果。