南工大生物分離工程

南工大生物分離工程匯報(bào)人：AA2024-01-25目錄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(xì)胞破碎與細(xì)胞器分離技術(shù)發(fā)酵液預(yù)處理及固液分離技術(shù)新型生物分離技術(shù)展望與挑戰(zhàn)01生物分離工程概述ABDC定義生物分離工程是生物工程的重要組成部分，利用物理、化學(xué)和生物學(xué)的原理和方法，從生物體系中選擇性地分離、純化和制備目標(biāo)產(chǎn)物的一門技術(shù)。選擇性針對(duì)不同目標(biāo)產(chǎn)物，采用特定的分離方法和技術(shù)。高效性通過(guò)優(yōu)化分離條件和技術(shù)參數(shù)，提高分離效率和純度。多樣性適用于多種生物體系，包括微生物、動(dòng)植物細(xì)胞、發(fā)酵液等。生物分離工程定義與特點(diǎn)用于藥物的生產(chǎn)、純化和質(zhì)量控制，如抗生素、蛋白質(zhì)藥物等。從生物資源中提取有用成分，生產(chǎn)化學(xué)品、酶制劑等。用于食品的加工、保藏和質(zhì)量控制，如乳制品、酒類等。處理廢水、廢氣等，回收有用物質(zhì)，減少環(huán)境污染。生物醫(yī)藥生物化工食品工業(yè)環(huán)境工程生物分離工程應(yīng)用領(lǐng)域如膜分離技術(shù)、超臨界流體萃取等。新型分離技術(shù)的開發(fā)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分離過(guò)程的自動(dòng)化控制和優(yōu)化。分離過(guò)程的自動(dòng)化與智能化結(jié)合化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，創(chuàng)新分離方法和技術(shù)。多學(xué)科交叉融合注重環(huán)保和資源循環(huán)利用，推動(dòng)生物分離工程的綠色化發(fā)展。綠色可持續(xù)發(fā)展生物分離工程發(fā)展趨勢(shì)02生物分離技術(shù)原理與方法010203鹽析法通過(guò)加入中性鹽使生物大分子從溶液中沉淀出來(lái)，常用于蛋白質(zhì)分離。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)，使溶質(zhì)分子間靜電引力增大而聚集沉淀，適用于某些多糖和核酸的分離。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鹽或復(fù)合物而沉淀，如某些酸性多糖與鈣、鋇等陽(yáng)離子形成不溶性鹽而沉淀。沉淀法利用吸附劑對(duì)不同物質(zhì)吸附能力的差異進(jìn)行分離，如硅膠、氧化鋁等吸附劑常用于分離脂溶性物質(zhì)。吸附色譜法利用固定相與流動(dòng)相之間對(duì)待分離物質(zhì)溶解度的差異進(jìn)行分離，如以硅膠為固定相，以不同比例的有機(jī)溶劑為流動(dòng)相進(jìn)行洗脫。分配色譜法利用離子交換劑與待分離物質(zhì)中離子進(jìn)行交換的能力差異進(jìn)行分離，常用于分離氨基酸、多肽等帶電物質(zhì)。離子交換色譜法色譜法利用超濾膜截留不同分子量物質(zhì)的能力進(jìn)行分離，常用于蛋白質(zhì)、酶等生物大分子的濃縮和脫鹽。超濾法反滲透法納濾法利用半透膜只允許溶劑通過(guò)而截留溶質(zhì)的能力進(jìn)行分離，常用于水溶液的濃縮和純化。介于超濾和反滲透之間的一種膜分離技術(shù)，可截留分子量較小的物質(zhì)和一部分離子。030201膜分離法利用待分離物質(zhì)在電場(chǎng)作用下移動(dòng)速度的差異進(jìn)行分離，如凝膠電泳常用于DNA片段的分離和純化。電泳法利用生物大分子間特異的親和力進(jìn)行分離純化，如利用抗原-抗體反應(yīng)、酶-底物反應(yīng)等進(jìn)行層析分離。親和層析法利用待分離物質(zhì)在兩種不互溶溶劑中溶解度的差異進(jìn)行分離，如液-液萃取、固相萃取等。萃取法其他分離技術(shù)03生物大分子分離純化策略

蛋白質(zhì)分離純化鹽析法通過(guò)加入中性鹽破壞蛋白質(zhì)的膠體穩(wěn)定性，使其從溶液中沉淀析出。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)，減小蛋白質(zhì)分子間的靜電斥力，促進(jìn)蛋白質(zhì)沉淀。等電點(diǎn)沉淀法調(diào)節(jié)溶液pH至蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，使蛋白質(zhì)分子所帶凈電荷為零，相互聚集而沉淀。乙醇沉淀法在核酸溶液中加入乙醇，降低核酸的溶解度，使其以沉淀形式析出。酚抽提法利用酚類化合物與核酸的相互作用，將核酸從復(fù)雜的生物樣品中分離出來(lái)。離子交換層析法利用離子交換劑與核酸分子間的靜電相互作用，實(shí)現(xiàn)核酸的分離純化。核酸分離純化03凝膠色譜法利用凝膠色譜柱對(duì)多糖分子進(jìn)行分離，根據(jù)多糖分子的大小和形狀不同，實(shí)現(xiàn)多糖的純化。01乙醇分級(jí)沉淀法通過(guò)不同濃度的乙醇溶液對(duì)多糖進(jìn)行分級(jí)沉淀，得到不同分子量的多糖組分。02季銨鹽沉淀法利用季銨鹽與多糖形成不溶性復(fù)合物而沉淀析出的原理，實(shí)現(xiàn)多糖的分離純化。多糖分離純化04細(xì)胞破碎與細(xì)胞器分離技術(shù)包括研磨、勻漿、超聲波等，適用于各種細(xì)胞類型，破碎效率高，但可能產(chǎn)生熱量和剪切力，影響目標(biāo)產(chǎn)物的活性。機(jī)械法包括凍融、滲透壓沖擊、微波等，通過(guò)改變細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境導(dǎo)致細(xì)胞破裂，適用于對(duì)機(jī)械力敏感的細(xì)胞或產(chǎn)物。物理法使用表面活性劑、酶等化學(xué)物質(zhì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，適用于特定類型的細(xì)胞，需考慮化學(xué)物質(zhì)的毒性和后續(xù)去除問(wèn)題。化學(xué)法細(xì)胞類型、目標(biāo)產(chǎn)物的性質(zhì)和穩(wěn)定性、破碎效率、成本等。選擇依據(jù)細(xì)胞破碎方法比較及選擇依據(jù)線粒體提取通過(guò)差速離心法分離細(xì)胞組分，結(jié)合密度梯度離心進(jìn)一步純化線粒體。葉綠體提取利用葉綠體在光照條件下的趨光性，通過(guò)光照-離心法提取葉綠體。純化方法可采用凝膠電泳、色譜法等分離純化線粒體或葉綠體中的特定蛋白質(zhì)或酶。細(xì)胞器（如線粒體、葉綠體）的提取和純化方法通過(guò)破碎細(xì)胞后，利用核糖體與其他細(xì)胞組分的密度差異，采用密度梯度離心法進(jìn)行分離。核糖體提取破碎細(xì)胞后，采用差速離心法分離溶酶體，可結(jié)合密度梯度離心進(jìn)一步提高純度。溶酶體提取可采用凝膠電泳、色譜法、免疫沉淀等進(jìn)一步分離純化核糖體或溶酶體中的特定成分。純化方法亞細(xì)胞組分（如核糖體、溶酶體）的提取和純化方法05發(fā)酵液預(yù)處理及固液分離技術(shù)調(diào)整pH值根據(jù)后續(xù)處理工藝的要求，通過(guò)加酸或加堿調(diào)整發(fā)酵液的pH值。濃縮通過(guò)蒸發(fā)、膜分離等方法濃縮發(fā)酵液，提高目標(biāo)產(chǎn)物的濃度。去除雜質(zhì)通過(guò)過(guò)濾、離心等方法去除發(fā)酵液中的不溶性固體雜質(zhì)。發(fā)酵液預(yù)處理目的和方法固液分離方法比較及選擇依據(jù)過(guò)濾法利用濾料截留固體顆粒，適用于固體顆粒較大、含量較高的發(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、含量較低的發(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、密度較大的發(fā)酵液。選擇依據(jù)根據(jù)發(fā)酵液的性質(zhì)（如固體顆粒大小、含量、密度等）以及后續(xù)處理工藝的要求選擇合適的固液分離方法。123由交替排列的濾板和濾框構(gòu)成一組濾室，通過(guò)壓力作用使發(fā)酵液通過(guò)濾布，實(shí)現(xiàn)固液分離。板框壓濾機(jī)利用離心力將發(fā)酵液中的固體顆粒與液體分離，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為臥式離心機(jī)和立式離心機(jī)。離心機(jī)通過(guò)重力作用使發(fā)酵液中的固體顆粒沉降到底部，實(shí)現(xiàn)固液分離，根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為連續(xù)式沉降器和間歇式沉降器。沉降器典型固液分離設(shè)備介紹06新型生物分離技術(shù)展望與挑戰(zhàn)溫和分離條件仿生膜技術(shù)可在溫和的條件下進(jìn)行分離，避免了對(duì)生物活性物質(zhì)的破壞，有利于保持其生物活性。廣泛應(yīng)用領(lǐng)域仿生膜技術(shù)可應(yīng)用于生物醫(yī)藥、食品工業(yè)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。高選擇性分離仿生膜技術(shù)通過(guò)模擬生物膜的結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的高選擇性分離，有望解決傳統(tǒng)分離技術(shù)中選擇性差的難題。仿生膜技術(shù)在生物分離中應(yīng)用前景高效提取超臨界流體萃取技術(shù)使用的溶劑可循環(huán)使用，且提取過(guò)程中無(wú)有害廢棄物產(chǎn)生，符合綠色環(huán)保要求。環(huán)保無(wú)污染廣泛應(yīng)用超臨界流體萃取技術(shù)可應(yīng)用于中藥、天然產(chǎn)物、食品等領(lǐng)域中生物活性成分的提取。超臨界流體萃取技術(shù)利用超臨界流體的獨(dú)特性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)生物活性成分的高效提取，提高提取效率。超臨界流體萃取在生物活性成