生物分離技術(shù)綜述(已修改)
2024-11-11 22:46 本頁面
【正文】 生物分離 技術(shù) 概述 與 研究 趨勢 摘要 ： 生物技術(shù)是上世紀末及本世紀初發(fā)展國民經(jīng)濟的關(guān)鍵技術(shù)之一 。 生物技術(shù)的發(fā)展，為人類提供了豐富多彩的生物產(chǎn)品 。 多數(shù)生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn) 過程 是由菌體選育 —菌體培養(yǎng)（發(fā)酵） —預(yù)處理 —濃縮 —產(chǎn)物捕集 —純化 —精制等單元組成。習(xí)慣上將菌體培養(yǎng)以前 的過程 稱為 “上游 工程 ”，與之相應(yīng)的后續(xù)過程 則 稱為 “下游 工程 ”或 “生物 分離 工程 ”。生物技術(shù)要走向產(chǎn)業(yè)化，上下游必須兼容、協(xié)調(diào)，以使全過程能優(yōu)化進行。 關(guān)鍵詞 ： 生物 分離 下游 工程 萃取 膜分離 色譜 前 言 生物技術(shù)是上世紀末及本世紀初發(fā)展國民經(jīng)濟的關(guān)鍵技術(shù)之一 。 生物技術(shù)的發(fā)展，為人類提供了豐富多彩的生物產(chǎn)品 。 多數(shù)生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn) 過程 是由菌體選育 —菌體培養(yǎng)（發(fā)酵） —預(yù)處理 —濃縮 —產(chǎn)物捕集 —純化 —精制等單元組成。習(xí)慣上將菌體培養(yǎng)以前 的過程 稱為 “上游過程 ”，與之相應(yīng)的后續(xù)過程 則 稱為 “下游過程 ”或 “生化分離和純化過程 ”。生物技術(shù)要走向產(chǎn)業(yè)化，上下游必須兼容、協(xié)調(diào)，以使全過程能優(yōu)化進行。與上游過程相比，下游處理過程是一個多步驟、高能量低效率的過程 。 由于歷史的原因，生物技術(shù)發(fā)展初期 ，絕大多數(shù)的投資是在上游過程的開發(fā)，而下游處理過程的研究投入要比上游過程少得多，因而使得下游處理過程的研究明顯落后，已成為生物技術(shù)整體優(yōu)化的瓶頸，嚴重地制約了生物技術(shù)工業(yè)的發(fā)展，因此，當(dāng)務(wù)之急是要充實和強化下游處理過程的研究，以期有更多的積累和突破，使下游處理過程盡快達到和適應(yīng)上游過程的技術(shù)水平和要求。 生物 分離 與純化 的 一般步驟 由于人們所需的生物產(chǎn)品不同（如菌體或酶或代謝產(chǎn)物），用途各異，對產(chǎn)品的質(zhì)量（純度）要求也可以是多方面的，所以分離與純化步驟可有不同的組合，提取和精制的方法也是多種多樣的 。 但大多數(shù)生物 分離與純化 過程常常按生產(chǎn)過程的順序分為四個類似步驟，見圖（ 1） 。 其中 a、 發(fā)酵液的預(yù)處理與固液分離（或不溶物的去除） ：在這一步步驟中，過濾和離心是基本的單元操作 。 而 凝聚和絮凝等技術(shù) 可 加速兩相分離 。 為了減少過濾介質(zhì)的阻力，采用 了 錯流 過濾技術(shù)，但這一步對產(chǎn)物濃縮和產(chǎn)物質(zhì)量的改善作用很小。 如果是胞內(nèi)產(chǎn)物還須進行細胞的破碎及碎 片的分離。 b、 初步純化：這一步驟沒有特定的方法，主要是除去與目標(biāo)產(chǎn)物性質(zhì)有很大差異的物質(zhì)，一般會發(fā)生顯著的濃縮和產(chǎn)物質(zhì)量的增加。典型的分離方法有吸附、萃取等。 c、 高度純化：這類過程，技術(shù)對產(chǎn)物有高度的選擇性，用于除去有類似化學(xué)功能和物理性質(zhì)的不純物，典型的方法有層析、電泳等。 d. 成品加工（精制）：產(chǎn) 物的最終用途決定了最終的加工方法 。 結(jié)晶常常是關(guān)鍵 。 大多數(shù)產(chǎn)品也必須經(jīng)過干燥。 其中各階段都有若干單元操作可以選用，應(yīng)根據(jù)具體情況而定。為了便于技術(shù)選擇，下面將各種主要的單元操作的主要分離方法作一簡要介紹。 生物分離 技術(shù) 概述 絮凝 絮凝是利用電荷中和及大分子橋聯(lián)作用形成更大的粒子的原理 。 設(shè)備有連續(xù)式、批式等。特點是使 固形物顆粒增大，容易沉降，過濾、離心提高因數(shù)分離速度和液體澄清度 。但它有條件嚴格，放大困難，引入的絮凝劑可能干擾 之 后 的 分離純化等 缺 點。 離心 在離心產(chǎn)生的重力的作用下顆粒 沉降速度加快而沉淀。離心設(shè)備有很多種，但各有優(yōu)缺點，我們使用時可被具體情況而定：（ 1）高速冷凍離心機：適用于粒度小，熱不穩(wěn)定的物質(zhì)回收，適于實驗室應(yīng)用。但由于容量小，連續(xù)操作困難，大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用性差。（ 2）碟片式離心機：適用于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，可連續(xù)，也可批式操作，操作穩(wěn)定性較好，易放大，推廣。缺點是半連續(xù)或批式操作時，出渣清洗煩雜；連續(xù)操作固形物水高，總的分離故率低。（ 3）管式離心機：批式操作，轉(zhuǎn)速高，固形分離效果較好，含水低，易擴大推廣，但容量有限，處理量小，拆裝頻繁，噪聲大。（ 4）傾橋式離心機：連續(xù)操作 ，易放大，易工業(yè)應(yīng)用，操作穩(wěn)定 。 但對很小顆粒固形物回收困難，設(shè)備投資高。（ 5）籃式離心機：實為離心力作用下的過濾，適于大顆粒固形物的回收，放大容易，操作較簡單、穩(wěn)定，適于工業(yè)應(yīng)用 。缺點是批式操作或半連續(xù)操作，轉(zhuǎn)速低，分離效果較差，操作繁重，離心的設(shè)備投資高，操作成本高。 過濾 過濾是利用過濾介質(zhì)的孔隙大小進行分離 。 設(shè)備有板框式過濾機、平板（真空）過濾機、真空旋轉(zhuǎn)過濾機等。特點是設(shè)備簡單，操作容易，適合大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，但分離速度低，分離效果受物料性質(zhì)變化的影響，勞動強度大。 膜分離 膜分離過程的實質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜的過 程，近似于篩分過程，依據(jù)濾膜孔徑的大小
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