绪论-分离纯化

1、http:/ 生物分离工程生物分离工程曹学君 T: 64252960 HP生物分离工程生物分离工程http:/ 绪论绪论 生物分离工程生物分离工程绪论生物分离工程：回收生物产品分离过程生物分离工程：回收生物产品分离过程 原理与方法原理与方法生物技术下游加工过程（生物技术下游加工过程（Downstream ProcessingDownstream Processing）http:/ 13.1 生物下游加工在生物技术中的生物下游加工在生物技术中的地位地位生物下游加工在生物技术中的地位 生物分离工程生物分离工程分离工程研发费用与成本分离工程研发费用与成本 研究费用：研究费用

2、： 50%50%以上以上 产品成本：产品成本： 40-80%40-80% 人力物力：人力物力： 70-90%70-90%http:/ 13.2 传统生物产品与基因工程产品传统生物产品与基因工程产品回收方法的比较回收方法的比较 生物分离工程生物分离工程传统生物产品与基因工程产品回收方法的比较传统产品传统产品 (1) (1) 小分子（少数工业用粗酶）小分子（少数工业用粗酶）(2) (2) 理化性质清楚理化性质清楚(3) (3) 易于放大易于放大基因产品基因产品(1) (1) 大分子大分子(2) (2) 胞内胞内(3) (3) 不稳定不稳定(4) (4) 放大困难放大困难http:/ 13.3 13

3、.3 生物技术下游加工过程特点生物技术下游加工过程特点 生物分离工程生物分离工程生物技术下游加工过程特点生物产品特点：生物产品特点： 产物浓度低的水溶液产物浓度低的水溶液 ( (原因：原因：a a 氧传递限氧传递限 制；制；b b 细胞量细胞量;c ;c 产物抑制产物抑制 组分复杂组分复杂(a (a 大分子大分子;b ;b 小分子小分子;c ;c 可溶物可溶物;d ;d 不可溶物不可溶物;e ;e 化学添加物化学添加物 产物稳定性差产物稳定性差(a (a 化学降解化学降解(pH , (pH , 温度温度);); b b 微生物降解微生物降解 （酶作用，（酶作用， 染菌）染菌） 分批操作，生物变

4、异性大分批操作，生物变异性大 质量要求高质量要求高 （药品或食品）（药品或食品）http:/ 生物分离工程生物分离工程生物技术下游加工过程特点http:/ 生物分离工程生物分离工程http:/ 13.4 13.4 生物分离的流程与单元操作生物分离的流程与单元操作 生物分离工程生物分离工程生物分离的流程与单元操作 细胞回收技术细胞回收技术: : 絮凝，离心，过滤，微过滤。絮凝，离心，过滤，微过滤。 细胞破碎技术细胞破碎技术: : 球磨，高压匀浆，化学破碎技术球磨，高压匀浆，化学破碎技术 初步纯化技术初步纯化技术: : 吸附剂，离子交换，沉淀（盐析吸附剂，离子交换，沉淀（盐析 法，有机溶剂沉淀，等

5、电点，沉淀剂），溶剂萃法，有机溶剂沉淀，等电点，沉淀剂），溶剂萃 取，两水相萃取，超临界萃取，逆胶束萃取，膜取，两水相萃取，超临界萃取，逆胶束萃取，膜 分离技术分离技术 高度纯化技术高度纯化技术: : 各类层析，亲和，疏水，聚焦，离各类层析，亲和，疏水，聚焦，离 子交换，结晶子交换，结晶 成品加工：浓缩，除菌与热原，喷雾干燥，气流干成品加工：浓缩，除菌与热原，喷雾干燥，气流干 燥，沸腾干燥，冷冻燥燥，沸腾干燥，冷冻燥http:/ 生物分离工程生物分离工程生物分离的流程与单元操作http:/ 生物分离工程生物分离工程http:/ 13.5 生物下游加工过程的选择准则生物下游加工过程的选择准则 生

6、物分离工程生物分离工程生物下游加工过程的选择准则 步聚少步聚少 次序合理次序合理 产品规格产品规格 （注射，非注射）（注射，非注射） 生产规模生产规模 物料组成物料组成 产品形式产品形式 固体固体 适当结晶，适当结晶， 液体，适当浓缩液体，适当浓缩 产品稳定性产品稳定性 物性物性 溶解度，溶解度， 分子电荷，分子大小，功能团，稳分子电荷，分子大小，功能团，稳 定性，挥发性定性，挥发性 危害性危害性 废水处理废水处理http:/ 13.6 非蛋白类杂质的去除非蛋白类杂质的去除 生物分离工程生物分离工程非蛋白类杂质的去除（1 1） DNA DNA A A 阴离子交换（阴离子交换（pH 4.0)pH

7、 4.0) B B 亲和层析（不被吸附）亲和层析（不被吸附） C C 疏水层析疏水层析（2 2）热原）热原 （蛋白质溶液中的去热原）（蛋白质溶液中的去热原） A A 生产过程无菌生产过程无菌 B B 所有层析介质无菌所有层析介质无菌 C C 所用溶液无菌所用溶液无菌 D D 亲和层析（多粘菌素）亲和层析（多粘菌素）（3 3）去病毒）去病毒 A A 加热加热 （60 C)60 C) B B 过滤过滤 C C 灭活剂灭活剂http:/ 13.7 目标蛋白的表征和分析方法目标蛋白的表征和分析方法 生物分离工程生物分离工程目标蛋白的表征和分析方法（1 1） HPLCHPLC（2 2） SDS-PAGE

8、SDS-PAGE（3 3） 氨基酸顺序分析氨基酸顺序分析（4 4） 氨基酸，肽图，免疫化学氨基酸，肽图，免疫化学（5 5） 与标准品对照分析与标准品对照分析http:/ 13.8 13.8 生物技术产品的类型生物技术产品的类型 生物分离工程生物分离工程生物技术产品的类型按分子量大小按分子量大小小分子产品：（小于小分子产品：（小于10001000）抗生素，有机酸，氨基酸）抗生素，有机酸，氨基酸大分子产品：（大于大分子产品：（大于10001000）酶）酶, , 抗体，多肽，蛋白质抗体，多肽，蛋白质按产品所处的位置按产品所处的位置细胞内细胞内: : 胰岛素，干扰素，重组蛋白质胰岛素，干扰素，重组蛋白

9、质细胞外：抗生素，胞外酶细胞外：抗生素，胞外酶http:/ 13.9 下游加工过程的沿革下游加工过程的沿革 生物分离工程生物分离工程下游加工过程的沿革传统产业（第一代）传统产业（第一代）1919世纪世纪6060年代年代-20-20世纪世纪5050年代年代 酒精，丙酮，丁醇酒精，丙酮，丁醇第二代生物技术产品第二代生物技术产品 2020世纪世纪4040年代年代 抗生素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞蛋白抗生素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞蛋白第三代第三代 2020世纪世纪7070年代中期年代中期动物细胞培养动物细胞培养植物细胞培养植物细胞培养基因工程发酵产品基因工程发酵产品http:/ 13.10

10、生物分离工程的发展动向生物分离工程的发展动向 生物分离工程生物分离工程生物分离工程的发展动向（1 1） 操作集成化（扩张床，两水相）操作集成化（扩张床，两水相）（2 2） 方法集成化（亲和与膜结合）方法集成化（亲和与膜结合）（3 3） 大分子与小分子相互渗透（两水相大分子与小分子相互渗透（两水相 大分子向小大分子向小 分子分配）分子分配） （4 4） 亲和技术推广与配基合成（分子印迹）亲和技术推广与配基合成（分子印迹）（5 5） 优质层析介质开发（大孔亲水介质，贯注层析介质）优质层析介质开发（大孔亲水介质，贯注层析介质）（6 6） 下游技术与上游技术相结合下游技术与上游技术相结合( (藕合分离

11、）藕合分离）（7 7） 改进上游因素（改进菌种，培养基与发酵条件）改进上游因素（改进菌种，培养基与发酵条件）（8 8） 改善环境相容性改善环境相容性 http:/ 13.11 分离效率评价分离效率评价分离效率评价 生物分离工程生物分离工程http:/ 13.11 分离效率评价分离效率评价分离效率评价 生物分离工程生物分离工程http:/ 生物分离工程生物分离工程思考题1 1 生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？生物产品与普通化工产品分离过程有何不同？2 2 设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？设计生物产品的分离工艺应考虑哪些因素？3 3 初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？初步纯化与高度纯化分离效果有何不同？4 4 如何除去蛋白质溶液中