生物分離原理及技術(shù)

前言

　　目前，人們已經(jīng)從天然生物物質(zhì)或人工生物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了大量的化學(xué)物質(zhì)，其中有些因為不能進(jìn)行有效的工業(yè)分離而被白白浪費掉。由此可以預(yù)見，今后十年內(nèi)，化工技術(shù)在生物科學(xué)領(lǐng)域中的重點應(yīng)用將是生物物質(zhì)的分離和提純。生物分離工程的重要性不僅因為生物分離過程是工業(yè)生物技術(shù)中最后獲得產(chǎn)品的必要環(huán)節(jié)，而且還因為生物分離過程的成本、效益在整個生物工廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析中占有很大的比重。此外，生物分離過程本身可以產(chǎn)生獨立的成品，譬如用天然生物物質(zhì)分離制取淀粉、糖、蛋白質(zhì)、香精及其他各種化學(xué)品。生物分離技術(shù)已經(jīng)具有了上百年的發(fā)展歷史，形成了一些傳統(tǒng)的輕化工產(chǎn)業(yè)體系。　　鑒于生物分離技術(shù)應(yīng)用的廣泛性，本書以單元操作的方式介紹現(xiàn)代生物分離技術(shù)的基本理論與實踐，并列舉了大量實例，希望從事生化工藝技術(shù)的讀者在閱讀本書后能有所收益?！　≈袊茖W(xué)院院士時鈞教授對本書的編寫給予了熱情的關(guān)心和鼓勵，肖人卓教授審閱了全稿，同時許誠潔同志對本書的出版給予了大力支持。在此，謹(jǐn)表示誠摯的謝意。 歐陽平凱 胡永紅 1997年2月

內(nèi)容概要

　　本教材保留了初版的基本構(gòu)架和主要內(nèi)容，兼顧了應(yīng)用技術(shù)的廣泛性、新穎性、前沿性和實用性，除了對各種分離過程（過濾、離心與沉降、細(xì)胞破碎、萃取、吸附與離子交換、色譜分離、沉析、膜分離、結(jié)晶、干燥及輔助操作）基本原理和方法進(jìn)行全面介紹外，還注重基本概念的闡述、數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用及放大過程分析，這有助手引導(dǎo)讀者進(jìn)一步系統(tǒng)、深入地學(xué)習(xí)和思考生物分離技術(shù)所涉及的科學(xué)問題。為了便干讀者閱讀，《生物分離原理及技術(shù)（第2版）》仍然將生物分離的一般過程分為4個步驟，即不溶物的去除、產(chǎn)物粗分離、產(chǎn)物純化及產(chǎn)品精制，將已有的和新近發(fā)展起來的新型分離技術(shù)進(jìn)行了分類，以單元操作的方式逐一介紹，并列舉了大量實例。　　《生物分離原理及技術(shù)（第2版）》可作為高等院校相關(guān)專業(yè)本科生和研究生的專業(yè)課教材，也可作為教師和相關(guān)產(chǎn)業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

1 緒論11.1 生物分離工程的歷史及其應(yīng)用11.2 生物分離過程的特點11.3 生物分離技術(shù)的發(fā)展趨勢32 過濾42.1 過濾的基本概念42.2 關(guān)于過濾的一般情況102.2.1 不可壓縮濾餅102.2.2 可壓縮濾餅112.3 連續(xù)旋轉(zhuǎn)式真空抽濾機(jī)的操作原理122.3.1 濾餅的形成132.3.2 濾餅的洗滌132.4 過濾的設(shè)備及其結(jié)構(gòu)142.4.1 過濾設(shè)備的分類142.4.2 過濾設(shè)備的選擇152.4.3 過濾介質(zhì)162.4.4 典型過濾設(shè)備的種類和結(jié)構(gòu)18習(xí)題213 離心與沉降223.1 顆粒的沉降223.2 重力沉降式固液分離設(shè)備243.2.1 矩形水平流動池243.2.2 圓形水平流動池243.2.3 垂直流動式沉降池253.2.4 斜板式沉降池253.3 離心式沉降分離設(shè)備及其原理263.3.1 管式離心機(jī)273.3.2 碟片式離心機(jī)283.4 離心分離過程的放大313.5 離心過濾分離過程分析及其設(shè)備333.5.1 離心過濾分離過程分析333.5.2 離心過濾設(shè)備34習(xí)題364 細(xì)胞破碎374.1 細(xì)胞壁374.2 化學(xué)破碎法384.2.1 滲透沖擊法394.2.2 增溶法394.2.3 脂溶法404.3 機(jī)械破碎404.4 其他破碎方法43習(xí)題445 萃取455.1 萃取分離原理455.2 單級萃取495.3 多級逆流萃取過程515.4 微分萃取操作535.4.1 微分萃取設(shè)備簡介535.4.2 微分萃取過程的解析計算法545.5 液-液萃取設(shè)備與流程555.6 固體浸取575.6.1 固體浸取的原理與計算585.6.2 浸取設(shè)備595.7 超臨界流體萃取625.7.1 超臨界流體的性質(zhì)625.7.2 超臨界流體萃取過程645.7.3 超臨界流體萃取的應(yīng)用665.8 雙水相萃取695.8.1 雙水相萃取法概述695.8.2 影響雙水相萃取的因素725.8.3 雙水相萃取的應(yīng)用755.9 反膠團(tuán)萃取77習(xí)題796 吸附與離子交換806.1 吸附類型806.1.1 物理吸附806.1.2 化學(xué)吸附816.1.3 交換吸附816.2 常用吸附劑816.2.1 活性炭816.2.2 活性炭纖維826.2.3 球形炭化樹脂826.2.4 大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑826.3 吸附等溫線856.4 影響吸附的因素866.4.1 吸附劑的性質(zhì)866.4.2 吸附質(zhì)的性質(zhì)866.4.3 溫度876.4.4 溶液pH值876.4.5 鹽的濃度876.4.6 吸附物濃度與吸附劑用量876.5 親和吸附886.5.1 親和吸附原理886.5.2 親和吸附的特點886.5.3 親和吸附載體896.5.4 影響吸附劑親和力的因素946.6 間歇吸附956.7 連續(xù)攪拌吸附966.8 固定床吸附過程分析976.9 離子交換1016.9.1 離子交換的基本概念1016.9.2 離子交換樹脂的分類1026.9.3 離子交換樹脂的命名1126.9.4 離子交換樹脂的制備1126.9.5 離子交換樹脂的理化性能1166.9.6 離子交換過程理論1196.9.7 離子交換的選擇性1256.9.8 偶極離子吸附1306.9.9 離子交換操作方法1316.9.10 軟水與無鹽水的制備1346.9.11 離子交換提取蛋白質(zhì)136習(xí)題1397 色譜分離法1407.1 色譜分離法分類1407.2 色譜分離基本概念1407.2.1 分配系數(shù)1417.2.2 阻滯因子Rf1427.2.3 洗脫容積Ve1427.2.4 色譜法的塔板理論1437.2.5 色譜分離回收率和純度1437.3 吸附色譜法1467.3.1 吸附色譜法的基本原理1467.3.2 吸附劑1477.3.3 展開劑1507.3.4 應(yīng)用舉例1537.4 分配色譜法1537.4.1 載體1537.4.2 分配色譜的展開劑選擇1537.4.3 應(yīng)用舉例1547.5 離子交換色譜法1547.5.1 離子交換色譜法對樹脂的要求1547.5.2 應(yīng)用舉例1557.6 凝膠色譜法1567.6.1 基本原理1567.6.2 凝膠色譜的特點1567.6.3 凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1577.6.4 應(yīng)用舉例1627.7 紙色譜法1637.7.1 濾紙1637.7.2 展開劑1647.7.3 紙色譜操作方法1647.8 薄層色譜法1667.8.1 薄層色譜法的特點1667.8.2 薄層色譜法的操作1677.9 高壓液相色譜1697.9.1 高壓液相色譜分離方法的原理1697.9.2 制備性高壓液相色譜1707.10 蛋白質(zhì)分離常用的色譜法1717.10.1 免疫親和色譜法1717.10.2 疏水作用色譜法1727.10.3 金屬螯合色譜法1737.10.4 共價作用色譜法1747.11 柱色譜的工業(yè)放大1757.11.1 利用放大準(zhǔn)則確定色譜柱的初始規(guī)格1757.1 1.2 凝膠排阻色譜的放大176習(xí)題1808 沉析1818.1 鹽析1818.1.1 鹽析原理1818.1.2 鹽析用鹽的選擇1838.1.3 影響鹽析的因素1848.1.4 鹽析操作1858.2 有機(jī)溶劑沉析1868.2.1 有機(jī)溶劑沉析原理1868.2.2 沉析溶劑的選擇1878.2.3 影響有機(jī)溶劑沉析的因素1888.3 等電點沉析法1898.3.1 等電點沉析原理1898.3.2 等電點沉析操作1898.4 其他沉析法1908.4.1 水溶性非離子型多聚物沉析劑1908.4.2 生成鹽類復(fù)合物的沉析劑1908.4.3 離子型表面活性劑1928.4.4 離子型多聚物沉析劑1928.4.5 氨基酸類沉析劑1928.4.6 分離核酸用沉析劑1928.4.7 分離黏多糖的沉析劑1928.4.8 選擇變性沉析法1928.5 大規(guī)模沉析1938.5.1 初步混合1938.5.2 起晶1948.5.3 擴(kuò)散控制晶體生長階段1948.5.4 對流沉析1958.5.5 絮凝階段195習(xí)題1979 膜分離1989.1 概述1989.2 基本的膜分離過程1999.3 膜通量1999.4 滲透壓的計算2009.5 影響膜通量的主要因素2039.6 超濾2059.6.1 超濾膜2069.6.2 超濾裝置2109.6.3 超濾過程分析2149.6.4 超濾的應(yīng)用216習(xí)題21710 結(jié)晶21810.1 結(jié)晶過程的分析21810.2 過飽和溶液的形成21910.2.1 熱飽和溶液冷卻21910.2.2 部分溶劑蒸發(fā)22010.2.3 真空蒸發(fā)冷卻法22010.2.4 化學(xué)反應(yīng)結(jié)晶方法22010.2.5 鹽析法22010.3 晶核的形成22010.3.1 臨界半徑及形核功22110.3.2 臨界半徑與過冷度22210.3.3 成核速率22210.3.4 工業(yè)起晶法22310.3.5 晶種控制22410.4 晶體的生長22410.4.1 晶體生長的擴(kuò)散學(xué)說及速度22510.4.2 影響晶體生長速率的因素22610.5 晶體純度的計算22610.6 晶體大小分布22710.6.1 晶體群體密度22710.6.2 連續(xù)結(jié)晶過程的晶群密度分布22810.6.3 晶體大小22910.7 間歇結(jié)晶過程分析23210.8 提高晶體質(zhì)量的方法23410.8.1 晶體大小23410.8.2 晶體形狀23510.8.3 晶體純度23610.8.4 晶體結(jié)塊23610.8.5 重結(jié)晶237習(xí)題23811 干燥23911.1 干燥的基本概念23911.1.1 干燥操作的流程23911.1.2 物料內(nèi)所含水分的種類23911.2 干燥過程分析24111.2.1 干燥曲線24111.2.2 干燥速率曲線24211.2.3 恒速干燥階段24211.2.4 降速干燥階段24211.3 干燥過程基本計算24211.3.1 水分蒸發(fā)量24311.3.2 干燥空氣用量的計算24411.4 干燥的副作用24611.5 干燥設(shè)備的分類與選擇原則24711.5.1 干燥設(shè)備分類的目的24711.5.2 干燥裝置的不同分類法24711.5.3 干燥設(shè)備選擇的原則24711.6 干燥設(shè)備25011.6.1 箱式干燥設(shè)備25011.6.2 氣流干燥設(shè)備25111.6.3 噴霧干燥設(shè)備25311.6.4 流化床干燥設(shè)備25411.6.5 紅外線干燥25511.6.6 微波干燥25511.6.7 噴動床干燥設(shè)備25611.6.8 冷凍干燥器25711.6.9 適用于膏糊狀物料干燥的設(shè)備25912 輔助操作26212.1 水質(zhì)及熱原的去除26212.1.1 水質(zhì)與供水26212.1.2 熱原及其去除方法26412.2 溶劑回收26512.3 廢物處理26612.4 生物安全性266參考文獻(xiàn)268

章節(jié)摘錄

　　1 緒論　　1.1 生物分離工程的歷史及其應(yīng)用　　生物分離工程是從微生物、動植物細(xì)胞及其生物化學(xué)產(chǎn)物中提取有用物質(zhì)的技術(shù)。就利用與培養(yǎng)動植物細(xì)胞及微生物的一般意義而言，產(chǎn)業(yè)部門利用生物分離技術(shù)已有幾百年的歷史。例如，16世紀(jì)人們發(fā)明了用水蒸氣蒸餾從鮮花與香草中提取天然香料的方法；而從牛奶中提取奶酪的歷史則更早。近代生物分離技術(shù)是在歐洲工業(yè)革命以后逐漸發(fā)展形成的，最早的開發(fā)是由于發(fā)酵制酒精以及有機(jī)酸分離提取的需要，從產(chǎn)物含量較高的發(fā)酵液制備成品。到20世紀(jì)40年代初，大規(guī)模深層發(fā)酵生產(chǎn)抗生素，反應(yīng)粗產(chǎn)物的純度較低，而最終產(chǎn)品要求的純度卻極高。近年來發(fā)展的新型生物技術(shù)包括利用基因工程菌生產(chǎn)人造胰島素，人與動物疫苗等產(chǎn)品，某些粗產(chǎn)物的含量極低，而對分離所得最終產(chǎn)物的要求卻更高了。因而，生物分離工程技術(shù)與裝備的發(fā)展日趨復(fù)雜與完善。圖1-1是利用酶工程方法生產(chǎn)出蘋果酸的分離提取流程。　　生物分離工程技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品、發(fā)酵、輕工、醫(yī)藥等領(lǐng)域的產(chǎn)品分離及提純。另外，環(huán)境工程中污水的凈化與有效成分的回收，也常采用生物分離技術(shù)。一般而言，工業(yè)生物技術(shù)可分為三個過程，即前處理、生物反應(yīng)過程、生物分離過程?！　【C上所述，生物分離過程是生物工程中必不可少的也是極為重要的過程環(huán)節(jié)之一?！　?.2 生物分離過程的特點　　生物技術(shù)的特點之一就是產(chǎn)品的品種很多，如果說典型的石化產(chǎn)品大約有100種左右，則典型的制藥工業(yè)產(chǎn)品至少有200種，其中很多需要用生物化學(xué)方法來轉(zhuǎn)化?！　”?-1列出了某些成熟的發(fā)酵工業(yè)制造的化學(xué)產(chǎn)品品種數(shù)，該表尚未包括近10年來許多新開發(fā)出來的諸如基因工程胰島素、人工動物用疫苗、激素以及干擾素等新產(chǎn)品。分離手段多種多樣，與化學(xué)工業(yè)常用的方法相比較（見表1-2），可以看出化工傳統(tǒng)分離方法在生物分離工程中80％以上是有效的。生物分離技術(shù)的工業(yè)化只有經(jīng)過小規(guī)模的試驗、中間試驗以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)的可行性分析，才能放大到工業(yè)規(guī)模進(jìn)行生產(chǎn)。

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