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1.绪论 1

1.1 生物技术下游加工过程的特点及其重要性 1

1.2 生物技术下游加工过程的一般步骤和单元操作 4

1.3 生物技术产品及下游加工过程的沿革 6

1.3.1 生物技术产品的类型 6

1.3.2 下游加工过程的沿革 6

1.4 生物技术下游加工过程的选择准则 8

1.5 生物技术下游加工过程的发展动向 12

参考文献 15

2.发酵液的预处理和菌体的回收 16

2.1 悬浮液的基本特性 16

2.2 悬浮液的预处理 17

2.3 悬浮液分离过程和分类 19

2.4 过滤法 20

2.4.1 过滤的理论基础 20

2.4.2 过滤器的设计 21

2.4.2.1 基本方程 21

2.4.2.2 滤饼比阻(平均质量比阻) 22

2.4.2.3 过滤的操作方式 23

2.4.2.4 设计参数的获得 24

2.4.3 常用新型过滤器 24

2.4.3.1 过滤器的选择 24

2.4.3.2 过滤器的类型 27

2.4.4 注意事项 30

2.4.5 错流过滤 32

参考文献 33

3.细胞的破碎与分离 34

3.1 概述 34

3.2 细胞壁结构和化学组成 35

3.2.1 细菌 36

3.2.2 真菌和酵母 37

3.2.3 藻类 37

3.3 细胞壁的破碎 37

3.3.1 破碎率的评价 38

3.3.2 细胞破碎的方法 39

3.3.2.1 固体剪切方法(珠磨) 39

3.3.2.2 液体剪切方法 42

3.3.2.3 超声波法 44

3.3.2.4 其他破碎方法--非机械法 46

3.4 基因工程表达产物后处理的特殊性 48

3.4.1 包涵体的形成与分离 49

3.4.2 包涵体的溶解 50

3.4.3 蛋白质复性(重折叠) 51

参考文献 56

4.离心分离 57

4.1 离心沉降 57

4.1.1 离心沉降的原理 57

4.1.2 离心沉降设备 58

4.1.3 离心沉降的计算 61

4.1.3.1 管式离心机 61

4.1.3.2 碟片式离心机 63

4.1.3.3 卧螺式离心机 64

4.1.3.4 离心设备的放大 65

4.2 离心过滤 65

4.2.1 离心过滤的原理 65

4.2.2 离心过滤的设备 66

4.2.3 离心过滤的计算 67

4.3 离心机的选用 68

4.4 离心机在生物工业中的应用 69

4.5 超离心法 71

4.5.1 超离心技术的原理 71

4.5.2 超离心技术的分类 72

4.5.2.1 制备性超离心 72

4.5.2.3 超离心设备 74

4.5.2.2 分析性超离心 74

参考文献 75

5.膜分离过程 76

5.1 概述 76

5.2 膜分离过程的类型 77

5.2.1 以静压力差为推动力的膜分离过程 77

5.2.2 以蒸气分压差为推动力的膜分离过程 78

5.2.3 以浓度差为推动力的膜分离过程 78

5.2.4 以电位差为推动力的膜分离过程 79

5.3 膜及其组件 79

5.3.1 膜的定义和类型 79

5.3.2 膜的组件 82

5.4 压力特性 84

5.5 浓差极化 85

5.6 膜的污染 86

5.7 膜过滤理论 87

5.7.1 质量传递模型 88

5.7.1.1 质量传递系数的估算 89

5.7.1.2 质量传递模型的局限性和改进 89

5.7.2 阻力模型 91

5.7.3 渗透压模型 91

5.8 膜的截留能力 92

5.9 过程条件 93

5.9.1 过程加工技术 93

5.9.1.1 浓缩 93

5.9.1.3 纯化 94

5.9.1.2 透析过滤 94

5.9.2 中空纤维膜的工作模式 95

5.9.3 超-微滤系统的工厂布置 95

5.9.3.1 开路式操作 95

5.9.3.2 间歇式操作 96

5.9.3.3 进料和排放式操作 96

5.9.3.4 多级再循环操作 97

参考文献 97

6.纳米膜过滤技术 98

6.1 概述 98

6.2 纳米滤膜的性质、特点及分离机理 99

6.3 纳米过滤的应用 102

参考文献 107

7.1.1 基本过程和操作方式 108

7.膜亲和过滤法 108

7.1 亲和膜分离技术 108

7.1.2 基本理论 110

7.1.3 基质材料 111

7.2 亲和膜分离技术的应用 112

7.3 亲和-膜过滤 113

7.3.1 亲和-膜过滤的特点 113

7.3.2 亲和-膜过滤过程及其关键问题 114

7.3.3 亲和-膜过滤技术的基本理论 114

7.3.4 亲和-膜过滤的应用 116

参考文献 118

8.1.1 渗透蒸发的定义和基础知识 119

8.1 渗透蒸发的原理和特点 119

8.渗透蒸发 119

8.1.2 渗透蒸发的原理 121

8.1.3 渗透蒸发的特点 122

8.2 渗透蒸发膜及膜材料的选择 123

8.2.1 渗透蒸发膜的分类 123

8.2.2 膜材料的选择 124

8.3 渗透蒸发的应用 125

参考文献 130

9.溶剂萃取 131

9.1 概述 131

9.1.1 溶剂萃取的应用 131

9.2 萃取过程的理论基础 132

9.1.2 生物质的萃取与传统的萃取相比较 132

9.2.1 分配定律 133

9.2.2 萃取过程取决于溶剂的特性 135

9.2.2.1 萃取过程的选择性 136

9.2.2.2 萃取溶剂的选择 136

9.2.3 弱电解质的萃取过程与水相的特性 137

9.2.3.1 通过离子对改变溶质 137

9.2.3.2 通过调节溶液的pH值来改变溶质的性质 138

9.2.3.3 供体-受体数 139

9.3 乳化和去乳化 140

9.3.1 乳化和去乳化的本质是表面现象 140

9.3.2 乳状液的类型及其消除 141

9.4.1.1 萃取设备 142

9.4 萃取方式和过程计算 142

9.4.1 单级萃取 142

9.4.1.2 单级萃取过程的计算 143

9.4.2 多级错流萃取 143

9.4.2.1 萃取设备 144

9.4.2.2 多级错流萃取过程的计算 144

9.4.3 多级逆流萃取 146

9.4.3.1 萃取设备 146

9.4.3.2 多级逆流萃取过程的计算 147

9.4.4 微分萃取 149

9.4.4.1 萃取设备 149

9.4.4.2 微分萃取过程的计算 149

9.5.1 一般介绍 151

9.5 离子对/反应萃取 151

9.4.5 分馏萃取 151

9.5.2 离子对/反应萃取的应用 152

参考文献 153

10.反胶束萃取 154

10.1 反胶束溶液形成的条件和特性 154

10.1.1 表面活性剂 154

10.1.2 临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration) 156

10.1.3 胶束与反胶束的形成 156

10.1.4 反胶束的形状与大小 156

10.2 反胶束萃取蛋白质的基本原理 157

10.2.1 三元相图及萃取蛋白质 157

10.2.3.1 推动力 158

10.2.3 蛋白质溶入反胶束溶液的推动力与分配特性 158

10.2.2 “水壳”模型(Water-Shell Model) 158

10.2.3.2 反胶束萃取中蛋白质的分配特性 159

10.2.4 反胶束萃取蛋白质的动力学 160

10.3 影响反胶束萃取蛋白质的主要因素 161

10.3.1 水相pH值对萃取的影响 162

10.3.2 离子强度对萃取率的影响 163

10.3.3 表面活性剂类型的影响 163

10.3.4 表面活性剂浓度的影响 163

10.3.5 离子种类对萃取的影响 164

10.3.6 影响反胶束结构的其他因素 164

10.3.7 反萃取及蛋白质的变性 164

10.4.3 从发酵液中提取胞外酶 165

10.4.2 浓缩α-淀粉酶 165

10.4.1 分离蛋白质混合物 165

10.4 反胶束萃取蛋白质的应用 165

10.4.4 直接提取胞内酶 166

10.4.5 反胶束萃取用于蛋白质复性 167

10.5 放大和工艺过程开发 167

参考文献 168

11.双水相萃取 169

11.1 双水相体系 170

11.1.1 双水相的形成 170

11.1.2 双水相系统的类型 170

11.1.3 混溶性和相平衡 171

11.2.2 表面电荷的影响 173

11.2.1 表面自由能的影响 173

11.2 双水相萃取过程的理论基础 173

11.3 影响物质分配平衡的因素 174

11.3.1 双水相中聚合物组成的影响 174

11.3.2 双水相系统物理化学性质的影响 175

11.3.3 盐和缓冲液的影响 176

11.3.4 温度的影响 177

11.4 双水相萃取过程的选择性 178

11.4.1 亲和双水相分配 178

11.4.2 液体离子交换剂 179

11.5 双水相系统的应用 179

11.6 成相聚合物的回收 182

11.7 双水相萃取过程的放大与设备 182

11.8.1 廉价双水相体系的开发 184

11.8 双水相萃取技术的进展 184

11.8.2 双水相萃取技术同其他分离技术结合，提高分离效率 185

参考文献 186

12.超临界流体萃取法 188

12.1 超临界流体萃取的基本原理 189

12.1.1 纯溶剂的行为 189

12.1.2 超临界流体的性质 190

12.1.2.1 超临界流体条件下的溶解度 190

12.1.2.2 超临界流体的传递性质 191

12.1.2.3 超临界流体的选择性 193

12.1.2.4 超临界流体的选定 193

12.2 超临界流体萃取的热力学基础 194

12.1.2.5 夹带剂的使用 194

12.2.1 超临界流体的相平衡 195

12.2.1.1 流体混合物(无固相存在) 195

12.2.1.2 出现固相的混合物 196

12.2.2 超临界流体溶解度现象的热力学分析 198

12.2.2.1 固体溶质在超临界流体中溶解度的增强 198

12.2.2.2 液体溶质在超临界流体中的溶解度 200

12.3 超临界流体相平衡的热力学模型 200

12.4 超临界流体萃取的基本过程 201

12.5 超临界流体萃取的应用 202

12.6 超临界流体萃取的优缺点 206

参考文献 207

13.液膜分离法 208

13.1.2 液膜的分类 209

13.1 液膜及其分类 209

13.1.1 液膜的定义及其组成 209

13.2 液膜分离的机理 210

13.2.1 无流动载体液膜分离机理 210

13.2.2 有载体液膜分离机理 211

13.2.3 液膜萃取过程的数学模型 212

13.2.3.1 乳化液膜传质动力学模型 212

13.2.3.2 支撑液膜的传递过程模型 213

13.3 液膜材料的选择与液膜分离的操作过程 215

13.3.1 液膜材料的选择 215

13.3.2 液膜分离的操作过程 217

13.3.3.1 液膜体系组成的影响 218

13.3.3 影响液膜分离效果的因素 218

13.3.3.2 液膜分离工艺条件的影响 219

13.4 液膜分离技术的应用 220

13.4.1 液膜分离萃取有机酸 220

13.4.2 液膜分离萃取氨基酸 221

13.4.3 液膜分离萃取抗生素 222

13.4.4 液膜分离进行酶反应 222

参考文献 223

14.泡沫分离法 225

14.1 泡沫分离法的分类 225

14.2 泡沫分离技术的基本原理 226

14.2.1 表面活性剂及其界面特性 226

14.2.2 Gibbs(吉布斯)等温吸附方程 226

14.2.3 泡沫的形成与性质 227

14.3.1 泡沫分离的操作方式 229

14.3 泡沫分离的操作方式及其影响因素 229

14.3.2 影响泡沫分离的因素 230

14.4 泡沫分离过程的设计计算 230

14.4.1 泡沫液流量和泡沫塔塔径的计算 230

14.4.2 理论级数的计算 231

14.5 泡沫分离的应用 233

参考文献 234

15.沉淀法 236

15.1 概述 236

15.2 蛋白质的溶解特性 237

15.3.1 静电斥力 239

13.3 蛋白质胶体溶液的稳定性 239

15.3.2 吸引力 240

15.4 蛋白质沉淀方法 240

15.4.1 中性盐盐析法 241

15.4.2 等电点沉淀法 244

15.4.3 有机溶剂沉淀法 245

15.4.4 非离子型聚合物沉淀法 246

15.4.5 聚电解质沉淀法 247

15.4.6 金属离子沉淀法 248

15.5 沉淀动力学 248

15.5.1 凝聚动力学 249

15.5.2 絮凝体的破碎 249

15.6 亲和沉淀 250

15.5.3 凝聚物的陈化 250

参考文献 251

16.吸附与离子交换 252

16.1 概述 252

16.2 吸附过程的理论基础 252

16.2.1 基本概念 252

16.2.2 吸附的类型 253

16.2.3 物理吸附力的本质 254

16.2.4 吸附等温线 256

16.2.4.1 弗罗因德利希(Freundlich)等温 257

16.2.4.2 兰格缪尔(Langmuir)等温线 257

16.2.4.3 离子交换等温线 259

16.2.4.4 亲和吸附等温线 259

16.3.1.1 分批式吸附的特点 260

16.3 分批式与连续式吸附 260

16.3.1 分批(间歇)式吸附 260

16.3.1.2 分批吸附过程的计算 261

16.3.2 连续搅拌罐中的吸附 262

16.4 固定床吸附 263

16.5 膨胀床(EBA)吸附 264

16.5.1 概述 264

16.5.2 膨胀床吸附过程的设备与操作 265

16.5.2.1 膨胀床的设备及结构 265

16.5.2.2 吸附介质 265

16.5.2.3 膨胀床吸附的操作步骤 266

16.5.3 膨胀床吸附过程的数学分析 266

16.6.1 离子交换理论 267

16.6 离子交换吸附 267

16.5.4 膨胀床吸附技术的应用 267

16.6.2 离子交换材料 268

16.6.3 离子交换吸附技术的应用 271

16.7 疏水作用吸附 271

16.8 盐析吸附 272

16.9 亲和吸附 272

16.10 染料配位体吸附 273

16.11 免疫吸附 275

16.12 固定金属亲和吸附 276

16.13 羟基磷灰石和磷酸钙凝胶吸附 277

参考文献 278

17.2 色层分离法的产生和发展 279

17.2.1 沿革 279

17.色层分离法 279

17.1 概述 279

17.2.2 色层分离中的基本概念及其分类 280

17.2.3 色谱展开技术 281

17.2.3.1 洗脱分析法 281

17.2.3.2 前流分析法 282

17.2.3.3 顶替分析法 282

17.3 色层分离的有关术语 283

17.3.1 平衡关系 283

17.3.2 局部平衡定律 284

17.4.1 吸附色层分离法 286

17.4.2 疏水作用色层分离法 286

17.4 各类不同分离机制的色层分离法介绍 286

17.4.3 金属螯合色层分离法 288

17.4.4 共价作用色层分离法 289

17.4.5 聚焦色层分离法 290

17.4.6 离子交换色层分离法 293

17.4.7 凝胶过滤色层分离法 294

17.4.8 正相与反相层析 295

17.4.9 亲和色层分离法 296

17.4.10 连续环状色层分离法 297

17.4.11 拟似移动床型色层分离法 297

17.4.12 灌注色层分离法 298

17.5.1 塔板理论 301

17.5 色层分离过程理论 301

17.5.1.1 参数的估计 303

17.5.1.2 等理论板高度的概念和效率 303

17.5.1.3 不平衡和区域扩展 303

17.5.2 色层分离的连续描述 305

17.5.2.1 平衡模型 305

17.5.2.2 速率理论 306

17.6 层析的放大 308

参考文献 309

18.电泳 310

18.1 动电过程 310

18.1.1 Zata(ζ)电位是动电现象的根本原因 310

18.1.2 动电现象 311

18.2 电泳的理论基础 312

18.3 影响电泳迁移率的因素 313

18.4 电泳的类型 315

18.4.1 自由界面电泳 316

18.4.2 自由溶液中的区域电泳 316

18.4.2.1 微量电泳 316

18.4.2.2 自由流动电泳 317

18.4.2.3 密度梯度区域电泳 317

18.4.2.4 葡聚糖凝胶柱上的区域电泳 318

18.4.3 在不同支持物上的区带电泳 318

18.4.3.1 滤纸电泳 318

18.4.3.2 醋酸纤维素电泳 320

18.4.3.3 琼脂凝胶与琼脂糖凝胶电泳 320

18.4.3.4 淀粉电泳 320

18.4.3.5 聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE) 321

18.4.3.5.1 不连续凝胶电泳 322

18.4.3.5.2 制备凝胶电泳 322

18.4.3.5.3 SDS-聚丙酰胺凝胶电泳 324

18.4.4 等速电泳 325

18.4.5 等电聚焦 326

18.4.6 二维电泳 328

18.4.7 免疫电泳 328

18.4.8 制备连续电泳 330

18.5 电泳的其他用途 330

18.5.1 电泳解吸 330

18.5.2 电泳浓缩 330

参考文献 331

19.1 概述 333

19.结晶 333

19.2 结晶的基本原理 334

19.2.1 溶液的饱和和过饱和度 334

19.2.2 过饱和溶液的形成 336

19.2.3 晶核的形成 337

19.2.4 晶体的生长 339

19.3 结晶的类型 341

19.3.1 分类方法 341

19.3.2 分批(间歇)结晶 342

19.3.3 连续结晶 342

19.4 结晶过程的计算 344

19.4.1 晶粒大小分布(Crystal size distribution) 344

19.4.1.1 粒子数密度(Population density) 344

19.4.1.2 溶液结晶过程的数学模型 345

19.5 重结晶 349

19.6 结晶过程的预测与改善 350

19.7 结晶技术的进展 352

参考文献 354

20.成品干燥 355

20.1 生物材料水分的性质及基本计算 355

20.2 蒸发和干燥速率 357

20.3 生物产品的干燥方法 359

20.4 对流干燥 360

20.5 喷雾干燥 362

20.6 升华干燥 364

参考文献 367