生物分離工程(三版)匯報人：AA2024-01-25生物分離工程概述生物分離技術(shù)原理與方法生物大分子分離純化策略細胞破碎與細胞器分離技術(shù)發(fā)酵液預(yù)處理與固液分離技術(shù)新型生物分離技術(shù)發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)目錄01生物分離工程概述生物分離工程是生物工程下游技術(shù)的重要組成部分，主要研究從生物材料中提取、分離和純化目標產(chǎn)物的原理、方法和技術(shù)。生物分離工程的主要任務(wù)包括目標產(chǎn)物的提取、濃縮、純化和精制，以及副產(chǎn)物和廢棄物的處理與資源化利用。生物分離工程定義與任務(wù)任務(wù)定義

生物分離工程發(fā)展歷程初級階段早期的生物分離工程主要依賴于傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法，如蒸餾、萃取、結(jié)晶等。發(fā)展階段隨著生物工程技術(shù)的不斷發(fā)展，生物分離工程逐漸引入了新的分離技術(shù)和方法，如色譜法、電泳法、膜分離技術(shù)等。成熟階段近年來，生物分離工程在理論、方法和技術(shù)等方面取得了顯著進展，形成了較為完善的理論體系和技術(shù)體系。生物分離工程應(yīng)用領(lǐng)域用于藥物的生產(chǎn)、純化和質(zhì)量控制，如抗生素、激素、疫苗等。用于生產(chǎn)高附加值化學(xué)品，如有機酸、氨基酸、酶等。用于食品的加工和保藏，如果汁澄清、酒類釀造、乳制品加工等。用于廢水處理、廢氣凈化和固體廢棄物資源化利用等。生物醫(yī)藥領(lǐng)域生物化工領(lǐng)域食品工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境保護領(lǐng)域02生物分離技術(shù)原理與方法通過加入中性鹽使生物分子溶解度降低而沉淀析出。鹽析法利用有機溶劑降低溶液的介電常數(shù)，使生物分子間的靜電引力增大而沉淀。有機溶劑沉淀法利用某些試劑與生物分子形成不溶性的復(fù)合物而沉淀。選擇性沉淀法沉淀法利用生物分子在兩種互不相溶的液體中的溶解度差異進行分離。液-液萃取法反膠束萃取法超臨界流體萃取法利用表面活性劑在有機溶劑中形成反膠束，將生物分子包裹在內(nèi)部進行分離。利用超臨界流體的高滲透性和高溶解能力進行生物分子的分離。030201萃取法利用陽離子交換樹脂與生物分子中的陽離子進行交換，實現(xiàn)分離。陽離子交換法利用陰離子交換樹脂與生物分子中的陰離子進行交換，實現(xiàn)分離。陰離子交換法同時使用陽離子和陰離子交換樹脂，對生物分子進行更精細的分離?；旌想x子交換法離子交換法利用超濾膜截留大分子物質(zhì)，實現(xiàn)生物分子的分離和濃縮。超濾法利用納濾膜對生物分子進行選擇性分離，去除小分子雜質(zhì)。納濾法利用反滲透膜對溶液進行脫鹽處理，實現(xiàn)生物分子的純化和濃縮。反滲透法膜分離法03生物大分子分離純化策略根據(jù)分子大小進行分離利用凝膠過濾、超濾等方法，根據(jù)蛋白質(zhì)分子的大小進行分離。根據(jù)溶解度進行分離利用等電點沉淀、鹽析等方法，根據(jù)蛋白質(zhì)在不同條件下的溶解度進行分離。根據(jù)電荷進行分離利用電泳、離子交換層析等方法，根據(jù)蛋白質(zhì)的電荷性質(zhì)和數(shù)量進行分離。根據(jù)親和力進行分離利用親和層析、免疫沉淀等方法，根據(jù)蛋白質(zhì)與特定配體的親和力進行分離。蛋白質(zhì)分離純化策略通過機械破碎、化學(xué)破碎等方法破碎細胞，釋放核酸。細胞破碎與核酸釋放利用蛋白酶消化、酚/氯仿抽提等方法去除蛋白質(zhì)和其他雜質(zhì)。去除蛋白質(zhì)和其他雜質(zhì)通過乙醇沉淀、異丙醇沉淀等方法將核酸從溶液中沉淀出來，進一步純化。核酸的沉淀與純化利用離子交換層析、凝膠電泳等方法對特定序列或長度的核酸進行分離。特定核酸的分離核酸分離純化策略通過熱水提取、酸堿提取等方法將多糖和寡糖從生物組織中提取出來，并去除雜質(zhì)。提取與除雜利用不同濃度的乙醇或丙酮等有機溶劑進行分級沉淀，根據(jù)多糖和寡糖的分子量和溶解度差異進行分離。分級沉淀利用凝膠層析、離子交換層析、親和層析等方法對多糖和寡糖進行進一步分離純化。層析分離通過化學(xué)方法、波譜分析等手段對多糖和寡糖的結(jié)構(gòu)進行鑒定，同時評價其生物活性。結(jié)構(gòu)鑒定與活性評價多糖和寡糖分離純化策略04細胞破碎與細胞器分離技術(shù)ABCD機械法利用研磨、攪拌或高壓均質(zhì)等方式破碎細胞，適用于細菌、酵母等較堅韌的細胞。化學(xué)法使用有機溶劑、表面活性劑或酶等化學(xué)試劑破壞細胞膜結(jié)構(gòu)，適用于一些對機械和物理方法不敏感的細胞。生物法利用特定微生物或酶制劑降解細胞壁，適用于植物細胞和真菌細胞等具有較厚細胞壁的細胞。物理法通過溫度、壓力、聲波等物理因素破碎細胞，如熱激、高壓破碎、超聲波破碎等，適用于多種類型的細胞。細胞破碎方法比較及選擇依據(jù)控制細胞的遺傳和代謝活動，含有遺傳物質(zhì)DNA。細胞核細胞器結(jié)構(gòu)和功能特點細胞內(nèi)的“動力工廠”，負責能量代謝和ATP合成。線粒體植物細胞中的光合作用器官，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。葉綠體參與蛋白質(zhì)合成、加工和轉(zhuǎn)運等過程。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)含有多種水解酶，參與細胞內(nèi)物質(zhì)的消化和分解。溶酶體與細胞分泌、物質(zhì)轉(zhuǎn)運和細胞壁合成等功能密切相關(guān)。高爾基體差速離心法利用不同細胞器的大小和密度差異，通過不同轉(zhuǎn)速的離心機進行分離，如細胞核、線粒體等的分離。親和層析法利用特定配體與細胞器表面的特異性受體結(jié)合的原理，將目標細胞器從混合物中分離出來，如利用伴刀豆球蛋白A分離純化細胞膜上的受體蛋白。免疫磁珠法將特異性抗體偶聯(lián)到磁珠上，通過與目標細胞器的特異性結(jié)合實現(xiàn)分離，如利用免疫磁珠分離純化病毒顆粒。密度梯度離心法在離心管中形成連續(xù)的密度梯度，使不同密度的細胞器在梯度中停留于不同位置，從而實現(xiàn)分離，如DNA的分離純化。細胞器分離技術(shù)及應(yīng)用實例05發(fā)酵液預(yù)處理與固液分離技術(shù)包括水、菌體、代謝產(chǎn)物、殘留培養(yǎng)基等。發(fā)酵液組成物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)生物性質(zhì)粘度、密度、表面張力等。pH值、離子強度、氧化還原電位等。菌體形態(tài)、大小、活性等。發(fā)酵液性質(zhì)及影響因素分析過濾法利用多孔介質(zhì)截留固體顆粒，適用于含固量較低的發(fā)酵液。沉降法利用重力作用使固體顆粒沉降，適用于固體顆粒較大且密度較大的發(fā)酵液。離心法利用離心力使固體顆粒與液體分離，適用于固體顆粒較小且密度接近的發(fā)酵液。固液分離方法比較及選擇依據(jù)由交替排列的濾板和濾框構(gòu)成，通過壓縮濾餅實現(xiàn)過濾。操作要點包括控制過濾壓力、選擇合適的濾布和定期清洗濾布。板框壓濾機通過真空吸力使濾液通過濾布，同時轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)刮去濾餅。操作要點包括控制真空度、調(diào)整轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速和定期清洗轉(zhuǎn)鼓。真空轉(zhuǎn)鼓過濾機通過高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使固體顆粒與液體分離。操作要點包括選擇合適的離心機型號、控制離心速度和時間以及定期清洗離心機內(nèi)部。離心機典型固液分離設(shè)備介紹及操作要點06新型生物分離技術(shù)發(fā)展趨勢與挑戰(zhàn)123仿生膜技術(shù)通過模擬生物膜的結(jié)構(gòu)和功能，實現(xiàn)對目標物質(zhì)的高選擇性分離，提高分離效率和純度。高選擇性分離仿生膜技術(shù)具有低能耗、無污染等優(yōu)點，符合綠色化學(xué)的發(fā)展趨勢，有望在生物分離領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。節(jié)能環(huán)保仿生膜技術(shù)不僅可用于生物大分子的分離純化，還可應(yīng)用于小分子、離子等物質(zhì)的分離，拓展生物分離技術(shù)的應(yīng)用范圍。拓展應(yīng)用領(lǐng)域仿生膜技術(shù)在生物分離中應(yīng)用前景03便攜式和微型化微流控芯片體積小、重量輕，易于實現(xiàn)便攜式和微型化，滿足現(xiàn)場快速檢測等需求。01高通量分離微流控芯片具有高通量、高集成度等特點，可實現(xiàn)多個樣品的并行處理，提高分離效率。02精確控制微流控芯片可精確控制流體的流動和混合，有利于實現(xiàn)生物分離過程的優(yōu)化和控制。微流控芯片在生物分離中優(yōu)勢分析人工智能可通過分析大量實