天津商业大学：《生物工艺学》课程PPT教学课件（下）第十三章 下游加工过程概论（主讲：吴蕾）

13下游加工过程概论 生物工程系 吴蕾

13下游加工过程概论 生物工程系 吴蕾

本课程主要内容 ◼ 13 生物下游加工过程概论 ◼ 14 发酵液的预处理和固液分离方法 ◼ 15 细胞破碎 ◼ 16 沉淀法 ◼ 17 膜分离技术 ◼ 18 溶剂萃取法 ◼ 19 双水相萃取 ◼ 20 吸附法 ◼ 21离子交换法 ◼ 22 液相色谱法 ◼ 23 亲和分离技术 ◼ 24 结晶法 ◼ 25 基因工程药物生产实例

本课程主要内容 ◼ 13 生物下游加工过程概论 ◼ 14 发酵液的预处理和固液分离方法 ◼ 15 细胞破碎 ◼ 16 沉淀法 ◼ 17 膜分离技术 ◼ 18 溶剂萃取法 ◼ 19 双水相萃取 ◼ 20 吸附法 ◼ 21离子交换法 ◼ 22 液相色谱法 ◼ 23 亲和分离技术 ◼ 24 结晶法 ◼ 25 基因工程药物生产实例

13.1 下游加工过程在生物技术中的 地位 ◼ 下游加工过程是生物工程的一个重要组成部分. ◼ 发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动 植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、 富集生物产品的过程称为下游加工过程 (downstream processing) ◼ 它由一些化学工程的单元操作组成,但由于生物物 质的特性，有其特殊要求，而且其中某些单元操 作在一般化学工业中应用较少

13.1 下游加工过程在生物技术中的 地位 ◼ 下游加工过程是生物工程的一个重要组成部分. ◼ 发酵液、动植物细胞培养液、酶反应液和动 植物组织细胞与体液等中提取、分离纯化、 富集生物产品的过程称为下游加工过程 (downstream processing) ◼ 它由一些化学工程的单元操作组成,但由于生物物 质的特性，有其特殊要求，而且其中某些单元操 作在一般化学工业中应用较少

在发酵产品的生产中，分离和精制过程所需 的费用占成本的很大部分。 ◼ 对传统发酵工业(如抗生素、乙醇、柠檬酸)， 分离和精制部分占整个工厂投资费用的60 ％， ◼ 对重组DNA生产蛋白质、精制的费用可占 整个生产费用的80％一90％

在发酵产品的生产中，分离和精制过程所需 的费用占成本的很大部分。 ◼ 对传统发酵工业(如抗生素、乙醇、柠檬酸)， 分离和精制部分占整个工厂投资费用的60 ％， ◼ 对重组DNA生产蛋白质、精制的费用可占 整个生产费用的80％一90％

◼ 从第一个基因工程药物，人胰岛素在1982年投产 后，人们逐渐认识到下游加工过程的落后有可能 会阻碍生物技术的发展，特别是当有其他生产方 法与其相竞争时。 ◼ 英国政府工业部，于1983年发起生物分离计划 (BIOSEP)，专门研究下游加工过程，有7个国家、 50家公司参加。1987年英国化学工业会召开了 专门讨论下游加工过程的国际会议。 ◼ 美国United Engineering Foundation 从1981 年开始连续召开了生物产品回收的会议。 ◼ 我国也于1989年在济南召开了一次专门会议。人 们逐渐取得了共识；现代生物技术的发展是和下 游技术的进步紧密相关的

◼ 从第一个基因工程药物，人胰岛素在1982年投产 后，人们逐渐认识到下游加工过程的落后有可能 会阻碍生物技术的发展，特别是当有其他生产方 法与其相竞争时。 ◼ 英国政府工业部，于1983年发起生物分离计划 (BIOSEP)，专门研究下游加工过程，有7个国家、 50家公司参加。1987年英国化学工业会召开了 专门讨论下游加工过程的国际会议。 ◼ 美国United Engineering Foundation 从1981 年开始连续召开了生物产品回收的会议。 ◼ 我国也于1989年在济南召开了一次专门会议。人 们逐渐取得了共识；现代生物技术的发展是和下 游技术的进步紧密相关的

13.2 传统生化产品和基因工程产品回收方法的比较 1.生化产品的类型 ◼ 按用途分类 食品类。 保健品类。 医用类产品（1998年，719种）。抗生素112种 农业用产品（1998年，36种）。 生物试剂类（1998年，975种）。 ◼ 按分子量大小分类 Mass 1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类 ◼ 按发酵时目的产物所在的位置分类 cell内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质 cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（α-淀粉酶）等

13.2 传统生化产品和基因工程产品回收方法的比较 1.生化产品的类型 ◼ 按用途分类 食品类。 保健品类。 医用类产品（1998年，719种）。抗生素112种 农业用产品（1998年，36种）。 生物试剂类（1998年，975种）。 ◼ 按分子量大小分类 Mass 1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类 ◼ 按发酵时目的产物所在的位置分类 cell内：胰岛素、白细胞介素、干扰素、重组蛋白质 cell外：抗生素（青霉素、红霉素）、胞外酶（α-淀粉酶）等

◼ 2.传统生化产品和基因工程产品在提取和 精制上的差异 传统生化产品都为小分子(工业用酶除外， 但它们对纯度要求不高、提取方法较简 单)．其理化性能(如平衡关系等)数据都为 已知，因此放大比较有根据；基因工程产 品大多为大分子，必要数据缺乏，放大多 凭经验

◼ 2.传统生化产品和基因工程产品在提取和 精制上的差异 传统生化产品都为小分子(工业用酶除外， 但它们对纯度要求不高、提取方法较简 单)．其理化性能(如平衡关系等)数据都为 已知，因此放大比较有根据；基因工程产 品大多为大分子，必要数据缺乏，放大多 凭经验

由于第一代基因工程产品都以E.coli作为宿主，表 达产品处于胞内，提取前需将细胞破碎，细胞内 物质释放出来，给提取增加了很多困难；而发酵 液中的产物，浓度较低，杂质又多，且一般大分 子较小分子不稳定(易失活，如对剪切力)，故提 取较困难。 大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋白的分 离，由于蛋白质都内氨基酸所构成，所以性质相 似，分离主要依靠高分辨力的精制方法，如色谱 分离等

由于第一代基因工程产品都以E.coli作为宿主，表 达产品处于胞内，提取前需将细胞破碎，细胞内 物质释放出来，给提取增加了很多困难；而发酵 液中的产物，浓度较低，杂质又多，且一般大分 子较小分子不稳定(易失活，如对剪切力)，故提 取较困难。 大分子(蛋白质)的分离主要困难在于杂蛋白的分 离，由于蛋白质都内氨基酸所构成，所以性质相 似，分离主要依靠高分辨力的精制方法，如色谱 分离等

3. 分离效率的评价 浓缩率（富积率，concentration factor） 原料(Raw material) 分离器 产品(Product) FW, VW, cT,W, cX,W 废液(Waste fluid) 意义：1）如mT >1，则目标产物得到富积；2）如mT = mX，则目 标产物未得到分离纯化

3. 分离效率的评价 浓缩率（富积率，concentration factor） 原料(Raw material) 分离器 产品(Product) FW, VW, cT,W, cX,W 废液(Waste fluid) 意义：1）如mT >1，则目标产物得到富积；2）如mT = mX，则目 标产物未得到分离纯化

分离因子(separative factor)，或分离系数 (separative coefficient) 意义：A、目标产物浓度，杂质浓度，则分离因 子大，分离效率； B、 = 1时，则未分离。故在分离为主要 目的时,  

分离因子(separative factor)，或分离系数 (separative coefficient) 意义：A、目标产物浓度，杂质浓度，则分离因 子大，分离效率； B、 = 1时，则未分离。故在分离为主要 目的时,  