生化分离工程理论基础.pptxVIP

2024-02-02

THEFIRSTLESSONOFTHESCHOOLYEAR

生化分离工程理论基础

目

CONTENTS

引言

生化分离基本原理

生化分离方法与技术

生化分离设备与操作

生化分离工程应用

生化分离工程发展趋势与挑战

录

01

引言

生化分离工程定义

生化分离工程是研究生物物质（如蛋白质、酶、细胞等）的分离、纯化和浓缩等过程的工程学科。

生化分离工程研究对象

主要研究生物大分子的物理化学性质、分离纯化原理与方法以及分离过程中的优化与控制等。

生化分离工程应用领域

广泛应用于制药、食品、环保、能源等领域，是生物技术产业化的重要支撑。

03

推动生物技术发展

生化分离工程是生物技术的重要组成部分，其发展推动了生物技术的整体进步。

01

提高产品质量

通过生化分离技术，可以获得高纯度、高活性的生物产品，提高产品质量和市场竞争力。

02

促进资源利用

生化分离技术可实现废弃物的资源化利用，变废为宝，具有重要的环保意义。

早期发展阶段

20世纪初，随着生物化学和微生物学的发展，人们开始研究生物物质的分离纯化方法。

快速发展阶段

20世纪中后期，随着基因工程、细胞工程等生物技术的兴起，生化分离工程得到了快速发展，出现了许多新的分离技术和方法。

现代发展阶段

进入21世纪，生化分离工程正朝着高效、环保、智能化的方向发展，为生物技术产业化和可持续发展提供了有力支撑。

01

生化分离基本原理

分子间普遍存在的一种较弱的相互作用力，包括取向力、诱导力和色散力。

范德华力

氢键

疏水相互作用

一种特殊的分子间相互作用力，比范德华力强，但弱于化学键。

非极性分子之间的一种相互作用，是生化分离中重要的驱动力之一。

03

02

01

热力学第一定律

能量守恒定律在热力学中的应用，表明能量在转化和传递过程中总量保持不变。

热力学第二定律

反映自然界中过程进行的方向性和限度，对分离过程的可行性和方向性有指导意义。

化学势与相平衡

描述系统在不同相之间达到平衡时的条件，是分离过程设计和优化的基础。

03

02

01

传质速率

描述物质在两相之间传递速率的物理量，受多种因素影响，如浓度差、温度、搅拌速度等。

分离因子

表示两种物质在分离过程中的相对难易程度，是评价分离效果的重要指标之一。

速率方程

描述反应速率与反应物浓度之间关系的数学表达式，可用于预测和优化分离过程的速率。

01

生化分离方法与技术

利用溶质在溶剂中的溶解度不同，通过改变条件使溶质从溶液中沉淀析出。

原理

盐析法、等电点沉淀法、有机溶剂沉淀法等。

分类

蛋白质、酶、核酸等生物大分子的初步分离纯化。

应用

原理

利用膜的选择性透过性，使溶液中的某些组分在膜两侧发生分离。

分类

微滤、超滤、纳滤、反渗透等。

应用

生物发酵液、酶解液等液体物料的澄清过滤、浓缩提纯。

1

2

3

利用不同物质在固定相和流动相之间的分配系数不同，实现混合物的分离。

原理

液相色谱、气相色谱、离子交换色谱、亲和色谱等。

分类

生物大分子、小分子有机物、无机离子等物质的分离纯化。

应用

利用混合物中各组分质量、密度、大小等差异，在离心力的作用下实现分离。

原理

差速离心、密度梯度离心等。

分类

细胞器、病毒、蛋白质等生物颗粒的分离纯化。

应用

泡沫分离技术

萃取分离技术

结晶与重结晶技术

干燥与脱水技术

利用表面活性物质在溶液中形成泡沫，使某些组分随泡沫上浮而分离。

利用溶质在溶剂中的溶解度随温度变化而变化的特性，通过结晶与重结晶实现分离纯化。

利用溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同，通过萃取实现分离。

通过去除物料中的水分，实现物料的干燥与脱水处理。

01

生化分离设备与操作

用于将生物化学反应体系中的目标产物或组分从复杂混合物中分离出来的专用设备。

在生物制药、生物化工、食品工业等领域中广泛应用，是实现产品纯化和提高生产效率的关键环节。

生化分离设备重要性

生化分离设备定义

利用离心力将不同密度的物质进行分离，常用于细胞、蛋白质等颗粒状物质的分离。

离心机

过滤器

萃取设备

色谱分离设备

通过过滤介质截留杂质，使目标产物通过，达到分离纯化的目的，如超滤、微滤等。

利用不同物质在两种不相溶溶剂中的溶解度差异进行分离，如液-液萃取、固相萃取等。

根据物质在固定相和流动相之间的分配系数差异进行分离，如液相色谱、气相色谱等。

设备操作规程

制定详细的设备操作规程，确保操作人员正确、安全地使用设备。

01

生化分离工程应用

蛋白质分离纯化

通过生化分离技术获取基因工程菌或细胞培养物中的目标产物，如重组蛋白、抗体等。

基因工程产品制备

细胞分离与培养

应用生化分离技术实现细胞的分离、纯化和培养，为细胞治疗、组织工程等提供基础。

利用生化分离技术从复杂的生物样本中分离出目标蛋白质，为蛋白质