资料]生化分离技巧和生物化工产品课件

1、2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品112022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品12基本定义生化分离工程的定义： 为提取生物产品时所需的原理、方法、技术及相关硬件设备的总称，指从发酵液、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 (Downstream Processing)。 单元操作： 完成一道工序所需的一种方法和手段。 2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品13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

2、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（-淀粉酶）等 2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品141)、应用面广。、应用面广。 医药卫生、环保、动植物生长调节、食品和试剂等医药卫生、环保、动植物生长调节、食品和试剂等2)、种类繁多。分子量、种类繁多。分子量X0X000000，结构功能复杂，生物活性各异。，结构功能复杂，生物活性各异。3)、目的产物在初始物料中的含量低。、目的产物在初始物料中的含量低。 青霉素（青霉

3、素（4.2%）、庆大霉素）、庆大霉素 （0.2%）、干扰素（）、干扰素（50ug/ml）。）。4)、产品价格与产物浓度呈反比、产品价格与产物浓度呈反比:5)、初始物料成分复杂。除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代、初始物料成分复杂。除少量产物外，还有大量的细胞及碎片、其他代谢物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等。谢物（几百上千种）、培养基成分、无机盐等。6)、生物活性物质的稳定性低。易变质、易失活、易变性，对温度、生物活性物质的稳定性低。易变质、易失活、易变性，对温度、pH值、值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感。重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感。7)、

4、产品的质量要求高，尤其是药品等。成品青霉素对其强致敏原、产品的质量要求高，尤其是药品等。成品青霉素对其强致敏原 青霉噻青霉噻唑蛋白必须控制唑蛋白必须控制RIA值（放射免疫测定）小于值（放射免疫测定）小于100（1.510-6），蛋），蛋白类药物（杂质白类药物（杂质 2%）、重组胰岛素（）、重组胰岛素（Humulin）中杂蛋白小于）中杂蛋白小于0.01%。2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品151)、生化产品的必经的过程。、生化产品的必经的过程。2)、回收率不高。抗生素、回收率不高。抗生素(80%左右左右)，蛋白质，蛋白质(60-90%)。3)、分离纯化昂贵。下游研究费用占整个、分离

5、纯化昂贵。下游研究费用占整个R&D费用的费用的50%以以上；产品的成本构成中分离纯化的成本站全部成本的上；产品的成本构成中分离纯化的成本站全部成本的40-80%; 精细和药用产品的成本比率更高精细和药用产品的成本比率更高; 大多数酶大多数酶70%。4)、基因工程的、基因工程的R&D费用，下游占费用，下游占50-80%。基因工程表达产。基因工程表达产品成本品成本85-90%；劳动力和物力成本占整个劳动力的；劳动力和物力成本占整个劳动力的70-90%。5)、中药现代化的重要技术平台。农学、分离科学、生化分析、中药现代化的重要技术平台。农学、分离科学、生化分析、药学等药学等6)、提供

6、产品竞争力的关键技术之一。、提供产品竞争力的关键技术之一。WTO，降低生产成本、，降低生产成本、提高产品标准。提高产品标准。7)、环境污染的治理、环境污染的治理 。2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品16 动、植物组织、体液等动、植物组织、体液等 胞外产物胞外产物 提取提取发酵液发酵液 预处理预处理 c分离分离 c破碎破碎 碎片分离碎片分离 初步纯化初步纯化 精制精制 制成品制成品培养液培养液 加加 热热 沉沉 淀淀 匀匀 化化 离离 心心 沉沉 淀淀 分子筛分子筛 无菌过滤无菌过滤酶反应酶反应 调调 pH pH 离离 心心 超超 声声 萃萃 取取 吸吸 附附 离离 子子 超超 滤

7、滤 絮絮 凝凝 过过 滤滤 胞胞 溶溶 过过 滤滤 萃萃 取取 亲亲 和和 冻冻 干干 错流过滤错流过滤 研研 磨磨 错流过滤错流过滤 超超 滤滤 吸吸 附附 喷喷 干干 憎憎 水水 结结 晶晶 电电 泳泳2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品17Absorbance 1）、）、非特异性吸附非特异性吸附 抗生素抗生素(吸附吸附) 2）、）、特异性吸附特异性吸附 抗体抗体2h 3）、）、亲和吸附亲和吸附 抗原抗体抗原抗体 4）、）、离子交换离子交换 抗生素抗生素Chromatography 1）、）、凝胶凝胶 抗生素、蛋白质抗生素、蛋白质(色谱或层析色谱或层析) 2）、）、亲和色谱亲和

8、色谱 抗体抗体6h 3）、）、离子交换离子交换 蛋白质蛋白质Electric Field 1）、磁性免疫微球）、磁性免疫微球 抗原抗体抗原抗体(场致分离场致分离) 2）、）、区带电泳区带电泳 蛋白质蛋白质6h 3）、）、等速电泳等速电泳 蛋白类蛋白类 4）、）、等点聚焦电泳等点聚焦电泳 蛋白类蛋白类2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品18 预处理的目的:改变发酵液的物理性质(黏度、颗粒、颗粒稳定性等)，固液分离速度，分离器分离效率；目标产物转移其中一相(多数为液相)；去杂质 预处理方法加热：最简单和最廉价的处理方法。黏度、促凝聚、固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率、去蛋白调pH

9、值：方法简单有效、成本低廉；凝聚：在凝聚剂(如铝盐、铁盐、石灰和NaCl)作用下, 细胞蛋白质等(准)胶体去稳定，并聚集成1mm大小的凝聚块的过程。悬浮液的预处理2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品192022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品1102022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品111方法选择的基本原则1)、尽可能简单、低耗、高效、快速。2)、分离步骤尽可能少。Why? A)、 n -总回收率，n -各单元回收率。分离步骤越多，回收率越低；如10 = 0.9510 = 0.63，5 = 0.955 =0.77B)、分离步骤多，设备投入大，人员物资消耗大，生产

10、周期长。3)、避免相同原理的分离技术多次重复出现。比如，分子筛和超滤技术按分子量大小分离，重复应用两次以上，意义就不大了。2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品1124)、尽量减少新化合物进入待分离的溶液。尽量减少新化合物进入待分离的溶液。 A)、引起新的化学污染；、引起新的化学污染； B)、蛋白质的变性失活、蛋白质的变性失活 5)、合理的分离步骤次序。合理的分离步骤次序。 原则是：先低选择性，后高选择性；先高通原则是：先低选择性，后高选择性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。后高成本。2022-1-31资料生化分离技巧和

11、生物化工产品113在设计前，首先要掌握的产物物化性质，在设计前，首先要掌握的产物物化性质，主要包括：主要包括：(1)、溶解度及影响因素，包括温度、溶解度及影响因素，包括温度、pH值、有机溶剂和盐等；值、有机溶剂和盐等；(2)、分子量和分子形状。对于高分子物质非常有意义；、分子量和分子形状。对于高分子物质非常有意义；(3)、沸点和蒸汽压。对于热稳定的小分子物质非常有意义；、沸点和蒸汽压。对于热稳定的小分子物质非常有意义；(4)、极性大小；、极性大小；(5)、分子电荷及影响因素，包括、分子电荷及影响因素，包括pH值和盐等；值和盐等；(6)、功能团。功能团为萃取剂和特异性吸附的选择提供依据；、功能团

12、。功能团为萃取剂和特异性吸附的选择提供依据；(7)、免疫原性。设计亲和色谱；、免疫原性。设计亲和色谱；(8)、稳定性及其影响因素，包括温度、稳定性及其影响因素，包括温度、pH值、毒性试剂等值、毒性试剂等(如青霉如青霉素低素低pH不稳定不稳定)；(9)、等电点、等电点pI； 2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品114成品规格（或产品质量标准）成品规格（或产品质量标准） 表表1.3 五肽胃泌素的上海市药品标准（五肽胃泌素的上海市药品标准（1993年版年版32页）页） 指标名称指标名称 指标指标 含量（含量（C37H49N7O9S） 97.0 比旋光度比旋光度 -25 -29 吸收值比吸

13、收值比 A(280nm):A(288nm) = 1.12-1.22 氨基酸氨基酸 各氨基酸之比为各氨基酸之比为1 干燥失重，干燥失重，% 0.5 进料的组成和物性进料的组成和物性 (1)、目的产物的浓度。高？低？、目的产物的浓度。高？低？ (2)、物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质。、物料中的与目的产物相近物质组成的物理化学性质。 (3)、目的产物的定位。是胞内还是胞外？、目的产物的定位。是胞内还是胞外？ (4)、菌种的种类和形态。、菌种的种类和形态。 (5)、微生物的含量和发酵液的黏度。、微生物的含量和发酵液的黏度。2022-1-31资料生化分离技巧和生物化工产品115生产规模生产规模危害性危害性(1)、离心产生的气溶胶、发酵产生的废气、干燥产生的粉尘、离心产生的气溶胶、发酵产生的废气、干燥产生的粉尘等。等。(2)、目的产物本身的危害性；抗肿瘤代谢类药物，类固醇类、目的