生物分离原理及技术 总复习

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1、生物分离技术总复习一、生物分离工程（Bioseparation)：对于由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业生产过程获得的生物原料，经提取分离、加工并精制目的成分，最终使其成为产品的技术，又称为下游加工过程（DownstreamProcessing）。1.微生物发酵液的特性u发酵产物浓度较低，处理体积量大；u各类细胞的颗粒小，相对密度与液相相差不大；u细胞含等固型物含水量大，可压缩性大；u液相粘度大，大多为非牛顿型流体；u产品生物活性不稳定；u动植物细胞不耐剪切。2.预处理的目的u改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，

2、提高固液分离器的效率；u去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。u尽可能使产物转入便于后处理的一相中。3.发酵液预处理的方法发酵液过滤特性的改变①降低液体粘度②调节悬浮液的pH值③凝聚和絮凝凝聚作用：在某些电解质作用下，使扩散双电层的排斥电位降低，使破坏胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程。絮凝作用：在某些高分子絮凝剂存在下，在悬浮粒子之间产生桥梁作用而使脚力形成粗大的絮凝团的过程。①使用助滤剂②加入反应剂初步纯化⑥高价无机离子的去除⑦杂蛋白的去除一、固液分离工程及设备1、过滤2、离心与沉降3、双水相萃取4、扩张床吸附1.离心分离v离心过滤：转鼓周壁开孔，为过滤式转鼓

3、，适合于固相含量较多，颗粒较粗的悬浮液分离v离心沉降：转鼓周壁无孔，为沉降式转鼓，适合于固相含量较少，颗粒较细的悬浮液v离心分离：转鼓周壁无孔，转数最高，适合于乳浊液的分离。2.碟片式离心机3.管式离心机见计算题二、细胞破碎细胞破碎（cellrupture）技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。（见计算题，渗透压，p39）细胞破碎方法分类一、萃取利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的。1.单级萃取过程的解析计算方法u假定传质处于平衡状态有y－萃取相中溶质的浓度x－萃余相中溶质的浓度由质量守恒定

4、律：由以上两式可得其中萃取因子：若P为萃取回收率2.多级萃取u是工业生产最常用的萃取流程–分离效率高–产品回收率高–溶剂用量少见计算，多次萃取1.新型萃取技术u超临界萃取利用流体在临界点附近某一区域内，与待分离混合物中的溶质具有异常相平衡行为和传递性能，且对溶质溶解能力随压力和温度改变而在相当宽的范围内变动这一特性而达到溶质分离的一项技术。密度和萃取能力接近液体，粘度扩散系数接近气体。u双水相萃取当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于同一溶剂时，由于聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性，当聚合物或无机盐浓度达到一定值时，就会分成不互溶的两相。u反胶团萃取一、吸附与离子交换1.吸附

5、是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。吸附过程通常包括：待分离料液与吸附剂混合、吸附质被吸附到吸附剂表面、料液流出、吸附质解吸回收等四个过程2.常见的吸附类型及其主要特点物理吸附化学吸附吸附作用力分子间引力化学键合力选择性较差较高所需活化能低高吸附层单层或多层单层达到平衡所需时间快慢3.工业用吸附剂硅胶活性氧化铝活性炭大孔吸附树脂分子筛4.离子交换(ionexchange)u概念：利用离子交换树脂作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑力吸附在树脂上，然后利用合适的洗脱剂将吸附质从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩和提

6、纯的目的。1.离子交换树脂的结构单元u具有三维空间立体结构的网络骨架u联接在骨架上的活性基团（功能基团）u活性基团所带的相反电荷的活性离子（可交换离子）2.主要的多糖基离子交换树脂u离子交换纤维素树脂骨架为纤维素，根据活性基团的性质可分为阳离子交换纤维素和阴离子交换纤维素两类特点：骨架松散、亲水性强、表面积大、交换容量大、吸附力弱、交换和洗脱条件温和、分辨率高常用的离子交换纤维素有：甲基磺酸纤维素、羧甲基纤维素、二乙基氨基乙基纤维素一、色谱技术色谱技术是利用混合物中各组分物理化学性质的差异（如吸附力、分子形状及大小、分子亲和力、分配系数等），使各组分在两相（一相为固定的，称为固

7、定相；另一相流过固定相，称为流动相）中的分布程度不同，从而使各组分以不同的速度移动而达到分离的目的。按机理分，有以下几种：–吸附色谱——疏水色谱–分配色谱——正相（固极流非-极）与反相（固非流极-非）色谱–离子交换色谱–凝胶排阻色谱将样品混合物通过一定孔径的凝胶固定相，由于流经提及的差异，使不同分子量的组分得以分离的色谱方法（大的先流出）–亲和层析二、膜分离与电泳u膜分离的概念：利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同而实现分离的一种技