生化分离-01-绪论课件

第一章绪论1.1生化分离的一般过程1.2生化产品的类型1.3生化产品的特点1.4生化分离工作的重要性作业第一章绪论1.1生化分离的一般过程1.1生化分离工作的一般过程

动、植物组织、体液等

胞外产物

提取发酵液→预处理→c分离→c破碎→碎片分离→初步纯化→精制→制成品培养液加热沉淀匀化离心沉淀分子筛无菌过滤酶反应调pH离心超声萃取吸附离子超滤絮凝过滤胞溶过滤萃取亲和冻干错流过滤研磨错流过滤超滤吸附喷干憎水结晶电泳1.1生化分离工作的一般过程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(DownstreamProcessing)。单元操作：

完成一道工序所需的一种方法和手段。

基本定义生化分离工程的定义：1.2生化产品的类型1.2.1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）。1.2.2按分子量大小分类

Mass<1000D：抗生素、有机酸、aa、多肽类等

Mass>1000D：酶、抗原、抗体、多肽、蛋白质类1.2.3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1.2生化产品的类型1.3生化产品的特点1)、应用面广。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X0–X000000，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。青霉素（4.2%）、庆大霉素（0.2%）、干扰素（<50ug/ml）。4)、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、pH值、重金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等非常敏感。7)、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---青霉噻唑蛋白必须控制RIA值（放射免疫测定）小于100（1.5*10-6），蛋白类药物（杂质<2%）、重组胰岛素（Humulin）中杂蛋白小于0.01%。1.3生化产品的特点1)、应用面广。医药卫生、环保、动植1.4生化分离工作的重要性1)、生化产品的必经的过程(一夫挡关)。2)、回收率不高。抗生素(80%左右)，蛋白质(60-90%)。意义?3)、分离纯化昂贵。下游研究费用占整个R&D费用的50%以上；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;大多数酶70%。意义?4)、基因工程的R&D费用，下游占50-80%。基因工程表达产品成本85-90%；劳动力和物力成本占整个劳动力的70-90%。意义?5)、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6)、提供产品竞争力的关键技术之一。WTO，降低生产成本、提高产品标准。7)、环境污染的治理（慢性铅中毒）1.4生化分离工作的重要性1)、生化产品的必经的过程(一夫第一章绪论1.5 生化分离工程的分类1.6 方法选择的基本原则1.7 设计前应了解的信息1.8 对环境的考虑1.9 分离效率的评价1.10 生化分离技术的发展趋势第一章绪论1.5 生化分离工程的分类1.5 生化分离工程的分类原理技术应用Phasechange1)、蒸馏乙醇沸点和蒸汽压2)、精馏有机溶剂回收0h3)、蒸发制盐、抗生素富集Extraction1)、液-液萃取抗生素分配系数2)、液-固萃取中药分离

3)、固相萃取天然产物4h4)、双水相萃取酶

5)、反胶束萃取DNA重组蛋白质

6)、超临界萃取中药提取Densitydifference1)、常规离心细胞分离比重、密度2)、高速离心细胞、病毒分离2h3)、超速离心病毒,细胞器,DNA1.5 生化分离工程的分类原理1.5 生化分离工程的分类Membrane1）、常规过滤发酵液膜分离2）、微滤细菌、细胞碎片

3）、超滤蛋白质、酶4h4）、纳滤有机物回收,污水治理

5）、反渗透海水淡化、污水处理Solubility1）、结晶味精溶解度2）、盐析蛋白质、酶4h3）、有机试剂蛋白质

4）、等电点法蛋白质、酶1.5 生化分离工程的分类Membrane1.5 生化分离工程的分类Absorbance1）、非特异性吸附抗生素(吸附)2）、特异性吸附抗体2h3）、亲和吸附抗原抗体

4）、离子交换抗生素Chromatography1）、凝胶抗生素、蛋白质(色谱或层析)2）、亲和色谱抗体6h3）、离子交换蛋白质ElectricField1）、磁性免疫微球抗原抗体(场致分离)2）、区带电泳蛋白质6h3）、等速电泳蛋白类

4）、等点聚焦电泳蛋白类1.5 生化分离工程的分类Absorbance1.6 方法选择的基本原则1)、尽可能简单、低耗、高效、快速。

反面例子----中药现代化、超临界萃取； 正面例子2)、分离步骤尽可能少。Why? A)、

φn

为总回收率，λn

为各单元回收率。意义？ 分离步骤越多，回收率越低；如φ10=0.9510=0.63，φ5=0.955=0.77 B)、分离步骤多，设备投入大，人员物资消耗大，生产周期长

How?1.6 方法选择的基本原则1)、尽可能简单、低耗、高效、快速1.6 方法选择的基本原则3)、避免相同原理的分离技术多次重复出现 比喻，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。4)、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；B)、蛋白质的变性失活

5)、合理的分离步骤次序。原则是：先低选择性，后高选择性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。1.6 方法选择的基本原则3)、避免相同原理的分离技术多次重1.7 设计前应了解的信息1）、在设计前，首先要掌握的产物物化性质，主要包括：(1)、溶解度及影响因素，包括温度、pH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；(3)、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；(5)、分子电荷及影响因素，包括pH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；(7)、免疫原性。设计亲和色谱；(8)、稳定性及其影响因素，包括温度、pH值、毒性试剂等(如青霉素低pH不稳定)；(9)、分子的淌度及影响因素，包括pH值、离子强度和盐等；(10)、等电点pI；1.7 设计前应了解的信息1）、在设计前，首先要掌握的产物物1.7 设计前应了解的信息2）、成品规格（或产品质量标准）表1.3五肽胃泌素的上海市药品标准（1993年版32页）指标名称指标含量（C37H49N7O9S）97.0-103.0

比旋光度-25˚~-29˚

吸收值比A(280nm):A(288nm)=1.12-1.22

氨基酸各氨基酸之比为1

干燥失重，%0.5

3）、进料的组成和物性

(1)、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。

(3)、目的产物的定位。是胞内还是胞外？

(4)、菌种的种类和形态。

(5)、微生物的含量和发酵液的黏度。1.7 设计前应了解的信息2）、成品规格（或产品质量标准）1.7 设计前应了解的信息4）、生产规模

1.5）、危害性(1)、离心产生的气溶胶、发酵产生的废气、干燥产生的粉尘等。(2)、目的产物本身的危害性；抗肿瘤代谢类药物，类固醇类抗生素，激素类药物等。(3)、试剂危害。萃取试剂CCl4、甲苯、苯、二甲苯、CNBr。(4)、微生物的危害。重组DNA工程菌不能任意排放。这一菌种为新的物种，不能排除对生态系统和人的危害。6）、分批分离还是连续纯化1.7 设计前应了解的信息4）、生产规模1.1.8 对环境的考虑1）、废水

A、除菌过滤和灭菌处理；

B、符合BOD的要求；2）、废料

A、灭菌处理；

B、综合利用：动物饲料、饲料添加剂，有机肥料3）、废气

A、除菌过滤和灭菌处理；

B、废气（有机溶剂）回收4）、溶剂的回收

A、减少环境排放，减少污染；

B、循环利用，减低成本

1.8 对环境的考虑1）、废水1.9 分离效率的评价1）、浓缩率（富积率，concentrationfactor）

原料(Rawmaterial)

分离器

产品(Product)

FW,VW,cT,W,cX,W

废液(Wastefluid)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。

1.9 分离效率的评价1.9 分离效率的评价2)分离因子(separativefactor)，或分离系数(separativecoefficient)

1.

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,3)回收率(recovery)：4)纯化因子(purificationfactor)

对于具有生物活性的蛋白质或酶，常常用分离前后目标产物的比活

2.

A[inU/mg]之比表示目标产物的分离纯化程度，1.9 分离效率的评价2)分离因子(separative1.10生化分离技术的发展趋势存在的问题：研发费用高、成本高、周期长——生物工程发展的瓶颈如何解决？1)、加强基础理论研究

A、研究非理想溶液中溶质与添加物料之间的选择性机制、影响因素1.B、研究界面的结构、动力学和传质机制，以及影响因素2.C、下游加工过程的数学模型的建立和计算机模拟。难

2)、完善老技术：正确对待“新”、“老”分离技术1.10生化分离技术的发展趋势存在的问题：研发费用高、成本1.10生化分离技术的发展趋势3)、发明新技术研发新型高效经济的分离技术推进各分离技术的杂交分离技术与发酵技术结合强化化学对分离技术的影响1.4)、高效分离技术的工程化5)、分离技