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文檔簡介

Chapter1AnOverviewofBioseparations

(第一章生物分離工程概述)一、ThepositionofBioseparationinBiotechnology(生物分離在生物技術(shù)中所占位置)第1頁第1頁Bythepurposeofbiotechnology,wemeantheuseofcarefullyculturedmicroorganisms,animalcells,andplantcellstoproduceproductsusefultohumans.(生物技術(shù)目的就是指利用培養(yǎng)微生物、動物細(xì)胞、植物細(xì)胞來生產(chǎn)對人有用產(chǎn)品。)第2頁第2頁Bythisdefinition,biotechnologyisasoldashistory,fortheearliestknowndocument(4228BC)includesadescriptionofbrewing.Bread;cheese,andyogurtareotherearlyexamplesofproductwhichdependonbiotechnology.(按上述定義,早在公元前4228年就有了應(yīng)用生物技術(shù)釀酒、制奶酪等記載。)第3頁第3頁Today,werestrictbiotechnologylargelytothoseareaswherechemicalsareproducedasmolecular.Underthismorerestricteddefinition,biotechnologyisabout100yearold.(狹義生物技術(shù)產(chǎn)物僅為化學(xué)產(chǎn)品,約有1歷史。)第4頁第4頁Effectivewaystogetusefulproducts(取得產(chǎn)品有效路徑)ProductsEngineering第5頁第5頁Rawmaterials原材料Pretreatments預(yù)處理bioreactions生物反應(yīng)bioseparations生物分離products產(chǎn)物MethodsandtoolsofScienceandTechnologyResearch第6頁第6頁二、

CharacteristicofBioseparations

(生物分離特點)

A.Chiefcharacteristicofbiotechnologyisthetremendousvarietyofproductswhichareproduced.生物工程主要特點是生物制品各種多樣第7頁第7頁Table1typesofmoleculesmanufacturedbyfermentation第8頁第8頁Ifwemadeamorecurrentlist,wewouldaddgeneticallyengineeredinsulin,humanandbovinegrowthhormonesandinterferons.Thislistgetslongerdaily.(還能夠增長胰島素、生長激素、干擾素等基因工程產(chǎn)品)第9頁第9頁Thisdiversityofproductsspawnsthebroadspectrumofseparationmethodsused.

(產(chǎn)品多樣性造成分離辦法多樣性)第10頁第10頁B.mostbioseparationmethodscomefromseparationsofchemicals

絕大多數(shù)生物分離辦法起源于化學(xué)品分離辦法Comparisonofseparationprocessesusedinbioseparationswithmoreexhaustiveclassificationsgivetheresultintable2.生物分離與普通化學(xué)分離辦法比較第11頁第11頁Table2第12頁第12頁Thistableshowsthat80%ofalltheseparationmethodsforconventionalchemicalsarepracticalinbiotechnology.

上表表明大約80%化工分離辦法可應(yīng)用于生物分離技術(shù)中

第13頁第13頁C.Bioseparationsaremoredifficultthanchemicalseparations.生物分離普通比化工分離難度大第14頁第14頁Complexcomponents

(成份復(fù)雜)Solids:intactorganisms,fragmentedmycelia,insolublefractionsofmediumingredientsresidualsubstrates,insolubles(固體成份包括完整有機體、培養(yǎng)基及底物中不溶物)第15頁第15頁Liquid:solubleportionsofresidualsubstrates,metabolicpathwayintermediatesanddesiredproducts(液體成份包括底物可溶物、代謝中產(chǎn)物及目的產(chǎn)物)第16頁第16頁gethighlypurifieddryproducts(取得高純度干燥產(chǎn)品)severalsteps(需要幾步)separationsareelaborateandexpensive(分離過程精細(xì),成本高)2.desiredproductsindilutesuspension(懸液中目的產(chǎn)物濃度低)第17頁第17頁Table3typicalproductsfromfermentation第18頁第18頁第19頁第19頁Forexample:6steps90%53%第20頁第20頁Biologicalproductsrequirehighquality生物產(chǎn)品要求高質(zhì)量:*purity(純度)*sanitation(衛(wèi)生)*biologicalactivity(生物活性)第21頁第21頁Therecoveryplantusuallyrepresentsamajorinvestmentand,consequentlytheseparationscostasubstantialfractionofthetotalcostofthefinalproduct.(分離過程成本占產(chǎn)品總投資大部分)第22頁第22頁Thustherecoveryandthepurificationprocessesmustbewellconceivedandwelldesigned.(因此必須仔細(xì)考慮和設(shè)計產(chǎn)品回收和純化過程)第23頁第23頁Wehavefoundthatourowndesignshavebeenimprovedbyansweringthefollowingquestions:(設(shè)計中應(yīng)考慮下列問題)第24頁第24頁1.Whatisthevalueoftheproduct?(產(chǎn)品價值)2.Whatisanacceptableproductquality?

(產(chǎn)品質(zhì)量)3.Whereistheproductineachprocessstream?(產(chǎn)物在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)位置)第25頁第25頁4.Wherearetheimpuritiesineachprocessstream?(雜質(zhì)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)位置)5.Whataretheunusualphysicochemicalpropertiesoftheproductandtheprincipalimpurities?(主要雜質(zhì)獨特物化性質(zhì)是什么?)6.Whataretheeconomicsofvariousalternativeseparations?(不同分離方法技術(shù)經(jīng)濟比較)第26頁第26頁Carefulconsiderationofthesequestionscanprovidecluesthatwillleadtooptimalprocessesfortherecoveryofproductsofadequatequalitycoupledwithhighrecoveryandminimumeffort.(上述問題考慮將有助于優(yōu)質(zhì)、高效產(chǎn)物分離過程優(yōu)化)第27頁第27頁三.Anidealizedprocess

(抱負(fù)化過程)Thetremendousdiversityofproductsandseparationsinbiotechnologyobscuresandoverallsimilaritybetweenmanyoftheprocesseswhichareused.(生物分離含有許多相同單元操作)第28頁第28頁Fromourexperience,wefindthatmostbioseparationshavefoursimilarsteps:(生物分離普通分四步)A.Removalofinsolubles(3unitoperations)(不溶物清除)*filtration(過濾)*centrifugation(離心)*celldisruption(necessarywhenthedesiredproductisintracellular.)(細(xì)胞破碎)Relativelylittleproductconcentrationorimprovementofproductqualityoccurs.

(產(chǎn)物濃度和質(zhì)量得到了提升)第29頁第29頁B.Isolationofproducts(產(chǎn)物分離)*adsorption-ion-exchang(離子互換吸附)*extraction(萃取)a.solventextraction(溶劑萃?。゜.reversedmicelleextraction(反微團萃取)

c.supercriticalfluidextraction(超臨界流體萃?。ヾ.two-aqueousphaseextraction(雙水相萃取)第30頁第30頁Thesesteps,whicharerelativelynonspecific,removematerialsofwidelydivergentpropertiescomparedtothedesiredproduct.(以上分離過程不具備特異性,只是進行初分)Appreciableconcentrationandproductqualityincreasesusuallyoccur.(可提升產(chǎn)物濃度和質(zhì)量)第31頁第31頁C.Purificationofproducts(產(chǎn)品純化)*chromatography(色譜)*electrophoresis(電泳)*precipitation(沉淀)

theseprocessingtechnologyarehighlyselectivefortheproductandremoveimpuritiesofsimilarchemicalfunctionalityandphysicalproperties.(以上技術(shù)含有產(chǎn)物高選擇性和雜質(zhì)清除性)第32頁第32頁D.Polishing(產(chǎn)品精制)*crystallization(結(jié)晶)*drying(干燥)第33頁第33頁中藥動態(tài)水提取生產(chǎn)線流程圖第34頁第34頁BeerStillageFermenterBeerStillScreensRotarySprayDriedDriedNeutralCondenserRectifyingColumnPurifyingColumnCondenserHeadsWater

Whiskey*Ethanolfromfermentation.第35頁第35頁FermenterFilterLimeH(2)SO(4)FilterCaSO(4)SpentBeerMyceliumFilterEvaporatorCentrifugeDrierBulkCarbon

*Citricacidmanufacture第36頁第36頁FermentationFiltrationAcidSolventExtractionB

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