第九章 生化分离技术和生物化工产品.ppt

1、2020/7/13,1,第九章 生化分离技术和生物化工产品,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。,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

2、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,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X0X000000，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

3、，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（1.510-6），蛋白类药物（杂质 2%）、重组胰岛素（Humulin）中杂蛋白小于0.01%。,1)、生化产品的必经的过程。 2)、回收率不高。抗生素(80%左右)，蛋白质(60-90%)。 3)、分离纯化昂贵。下游研究费用占整个R 大多数酶70%。 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%。 5)、中药现代化的重要技术平台

4、。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 。,生化分离工作的重要性,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,生化分离工程的分类,Absorbance 1）、非

5、特异性吸附 抗生素 (吸附) 2）、特异性吸附 抗体 2h 3）、亲和吸附 抗原抗体 4）、离子交换 抗生素 Chromatography 1）、凝胶 抗生素、蛋白质 (色谱或层析) 2）、亲和色谱 抗体 6h 3）、离子交换 蛋白质 Electric Field 1）、磁性免疫微球 抗原抗体 (场致分离) 2）、区带电泳 蛋白质 6h 3）、等速电泳 蛋白类 4）、等点聚焦电泳 蛋白类,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

6、分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率、去蛋白 调pH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,2020/7/13,9,2020/7/13,10,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 =0.77 B)、分离步骤多，设备投入大，人员物资消耗大，生产周期长。 3)、避免相同原理的分离技术多次重复出

7、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。,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。,设计前应了解的信息,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；

8、 (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)、等电点pI；,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 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 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。,生产规模 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