第一讲绪论 2学时 、通过本章学习应该掌握的内容 1、何谓生物分离工程 2、生物分离工程的历史及其应用 3、生物分离工程在生物技术中的地位? 4、生物分离工程的特点 5、生物分离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作? 6、在设计下游分离过程前,必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程 最为经济、可靠? 二、生物分离工程的发展历史 1、概念∶从微生物、动植物细胞及其生物化学产品中提取有用物质的技术 2、生物分离工程的发展历史已经有几百年的历史了—最早的分离技术有蒸馏、 过滤等原始方法 三、 The position of Bioseparation in B iotechnology(生物分离在生物技术中所占 iii)By biotechnology we mean the use of carefully cultured microorganisms animal cells, and plant cells to produce products useful to humans (所谓生物技术就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的 产品。) By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document(4228BC)includes a description of brewing Bread; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology(按上述定义,早在 公元前428年就有了应用生物技术酿酒、制奶酪等的记载。) Today, we restrict biotechnology largely to those areas where chemically defined species are produced Under this more restricted definition, biotechnology is about
第一讲 绪论 2 学时 一、通过本章学习应该掌握的内容 1、何谓生物分离工程 2、生物分离工程的历史及其应用 3、生物分离工程在生物技术中的地位？ 4、生物分离工程的特点 5、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 6、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程 最为经济、可靠？ 二、生物分离工程的发展历史 1、概念：从微生物、动植物细胞及其生物化学产品中提取有用物质的技术 2、生物分离工程的发展历史已经有几百年的历史了——最早的分离技术有蒸馏、 过滤等原始方法 三、The position of Bioseparation in Biotechnology （生物分离在生物技术中所占 位置）By biotechnology, we mean the use of carefully cultured microorganisms, animal cells, and plant cells to produce products useful to humans. （所谓生物技术就是指利用培养微生物、动物细胞、植物细胞来生产对人有用的 产品。） By this definition, biotechnology is as old as history, for the earliest known document (4228BC) includes a description of brewing Bread; cheese, and yogurt are other early examples of product which depend on biotechnology.（按上述定义，早在 公元前 4228 年就有了应用生物技术酿酒、制奶酪等的记载。） Today, we restrict biotechnology largely to those areas where chemically defined species are produced .Under this more restricted definition, biotechnology is about
l00 year old.(狭义生物技术的产物仅为化学产品,约有100年的历史。) Effective ways to get useful products(获得产品的有效途径) (1) Raw materials(原料) (2) pretreatments(预处理) (3) bioreactions(生物反应) (4) bioseparations(生物分离 (5) products(产品工程) 四、生物分离的应用 1、医药:抗生素、激素、维生素 2、食品:乳酪 3、化工:氨基酸 4、精细化工:化妆品、香料 5、农业:手性农药 6、生物:酶 五、生物分离过程的特点 1、产品丰富 a chief characteristic of biotechnology is the tremendous variety of products which are produced. This diversity of products spawns the broad spectrum of separation methods used.(产品的多样性导致分离方法的多样性) 2、 most bioseparation methods come from chemical separations(绝大多数生物分离 方法来源于化学分离) 3、 Bioseparations are more difficult than chemical separations.(生物分离一般比化 工分离难度大)
100 year old.（狭义生物技术的产物仅为化学产品，约有 100 年的历史。） Effective ways to get useful products（获得产品的有效途径） （1）Raw materials（原料） （2）pretreatments（预处理） （3）bioreactions（生物反应） （4）bioseparations（生物分离） （5）products（产品工程） 四、生物分离的应用 1、医药：抗生素、激素、维生素 2、食品：乳酪 3、化工：氨基酸 4、精细化工：化妆品、香料 5、农业：手性农药 6、生物：酶 五、生物分离过程的特点 1、产品丰富 A chief characteristic of biotechnology is the tremendous variety of products which are produced. This diversity of products spawns the broad spectrum of separation methods used.（产品的多样性导致分离方法的多样性） 2、most bioseparation methods come from chemical separations（绝大多数生物分离 方法来源于化学分离） 3、Bioseparations are more difficult than chemical separations.（生物分离一般比化 工分离难度大）
(1) Complex components(成分复杂) (2) Desired products in dilute suspension(悬液中的目标产物浓度低) 青霉素含量为36%,庆大霉素为0.2%,胰岛素仅为0.001% (3) Biological activity(生物活性) 条件相对温和 (4) Biological products require high quality(生物产品要求高质量) (5) Get highly purified dry products(获得高纯度的干燥产品)(6) Sanitation (卫生) 因此,生物分离过程往往成本很高,在某些产品的生产过程中,分离成本可 场 00000000000 工业 萄氧情海 /争 游奇酸属海 一荧喜 医疗一 1021010°10′1021031010510°10210210 鲁价什(8/kg) 能占到总成本的80%以上 Thus the recovery and the purification processes must be well conceived and well designed.(因此必须仔细考虑和设计产品的回收和纯化过程) We have found that our own designs have been improved by answering the following questions:(设计中应考虑下列问题1 That is the value of the product?
（1）Complex components（成分复杂） （2）Desired products in dilute suspension（悬液中的目标产物浓度低） 青霉素含量为 3.6％，庆大霉素为 0.2％，胰岛素仅为 0.001％ （3）Biological activity（生物活性） 条件相对温和 （4）Biological products require high quality （生物产品要求高质量） （5）Get highly purified dry products（获得高纯度的干燥产品）（6）Sanitation （卫生） 因此，生物分离过程往往成本很高，在某些产品的生产过程中，分离成本可 能占到总成本的 80％以上 Thus the recovery and the purification processes must be well conceived and well designed.（因此必须仔细考虑和设计产品的回收和纯化过程） We have found that our own designs have been improved by answering the following questions: （设计中应考虑下列问题）（1）What is the value of the product?
(产品价值)(2) What is an acceptable product quality?(产品质量)(3) Where the product in each process stream?(产物在生产过程中出现的位置) (4) Where are the impurities in each process stream?(杂质在生产过程中出现的 位置 (5 What are the unusual physicochemical properties of the product and the principal Impurities?(主要杂质独特的物化性质是什么?) (6) What are the economics of various alternative separations?(不同分离方法的技 术经济比较) Careful consideration of these questions can provide clues that will lead to optimal processes for the recovery of products of adequate quality coupled with high recovery and minimum effort.(上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化) 六、生物分离的一般步骤 From our experience, we find that most bioseparations have four similar steps (生物分离一般分四步) 1、不溶物的去除(固液分离) Removal of insolubles filtration, centrifugation, cell disruption(necessary when the desired product is intracellular) Relatively little product concentration or improvement of product quality occurs (提高产物浓度和质量) 2、杂质粗分(浓缩) dsorption- ion-exchang(离子交换吸附) extraction(萃取) solvent extraction (溶剂萃取) reversed micelle extraction(反微团萃取) supercritical fluid extraction(超临界流体萃取)
（产品价值）（2）What is an acceptable product quality?（产品质量）（3）Where is the product in each process stream?（产物在生产过程中出现的位置） （4）Where are the impurities in each process stream?（杂质在生产过程中出现的 位置） （5）What are the unusual physicochemical properties of the product and the principal impurities?（主要杂质独特的物化性质是什么？） （6）What are the economics of various alternative separations?（不同分离方法的技 术经济比较） Careful consideration of these questions can provide clues that will lead to optimal processes for the recovery of products of adequate quality coupled with high recovery and minimum effort. （上述问题的考虑将有助于优质、高效产物分离过程的优化） 六、生物分离的一般步骤 From our experience, we find that most bioseparations have four similar steps: （生物分离一般分四步） 1、不溶物的去除（固液分离）Removal of insolubles filtration、centrifugation、cell disruption (necessary when the desired product is intracellular.) Relatively little product concentration or improvement of product quality occurs. （提高产物浓度和质量） 2、杂质粗分（浓缩） adsorption - ion-exchang（离子交换吸附）extraction（萃取）solvent extraction （溶剂萃取）reversed micelle extraction（反微团萃取） supercritical fluid extraction（超临界流体萃取）
aqueous phase extraction(双水相萃取) These steps, which are relatively nonspecific, remove materials of widely divergent properties compared to the desired product.(以上分离过程不具备特异性,只是进 行初分) Appreciable concentration and product quality increases usually occur.(可 提高产物浓度和质量) 3、纯化 chromatography(色谱) electrophoresis(电泳) precipitation(沉淀) These processing technology are highly selective for the product and remove impurities of similar chemical functionality and physical properties.(以上技术具有 产物的高选择性和杂质的去除性) 4、精制 crystallization(结晶) drying(干燥) 七、本章作业 1、生物分离工程在生物技术中的地位? 生物分离工程的特点是什么? 3、生物分离工程可分为几大部分,分别包括哪些单元操作? 4、在设计下游分离过程前,必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程 最为经济、可靠?
aqueous phase extraction（双水相萃取） These steps, which are relatively nonspecific, remove materials of widely divergent properties compared to the desired product. （以上分离过程不具备特异性，只是进 行初分）Appreciable concentration and product quality increases usually occur.（可 提高产物浓度和质量） 3、纯化 chromatography（色谱）electrophoresis（电泳） precipitation（沉淀） These processing technology are highly selective for the product and remove impurities of similar chemical functionality and physical properties.（以上技术具有 产物的高选择性和杂质的去除性） 4、精制 crystallization（结晶） drying （干燥） 七、本章作业 1、生物分离工程在生物技术中的地位？ 2、生物分离工程的特点是什么？ 3、生物分离工程可分为几大部分，分别包括哪些单元操作？ 4、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程 最为经济、可靠？