第三章生物材料的预处理2009.ppt

1、第三章 生物材料的预处理和液-固分离,第一节 生物材料的预处理,1、含量低 如胰岛素在胰脏中的含量为0.02%，胆汁中胆红素含量为0.050.08%。 2、杂质多 3、易变性失活,一、选择预处理方法的依据,1、生物活性物质来源、存在状态 “胞内” 、“胞外”、前体 2、后续工艺要求 3、目的物稳定性 可被材料中酶、微生物破坏，还可能受酸、碱、盐、重金属离子、机械搅拌、温度、甚至空气和光线作用改变活性。,二、动物材料的预处理,绞肉机绞 匀浆和组织捣碎,三、细胞培养液的预处理,（一）杂蛋白质的去除 1、加入凝聚剂 凝聚作用(coagulation)是指在某些电解质作用下，使胶体粒子的扩散双电层的排

2、斥电位降低，破坏了胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程。 （P117页）,在发酵液中加入具有相反电性的电解质： 中和胶粒电性，降低双电层排斥力。 离子的水化作用，破坏胶粒的水化层。 影响凝聚作用的主要因素有无机盐的种类、化合价以及无机盐的用量等。阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+ 常用的凝聚剂有：Al2(SO4)318H2O、AlCl36H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等。,2、加入絮凝剂 絮凝剂是天然的或人工合成的有机高分子化合物，如壳聚糖、海藻酸钠、明胶及酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物和聚丙烯酸类等。 絮凝剂具有长链

3、线状的结构，易溶于水，其分子量可高达数万至一千万以上，在长的链上含有相当多的活性功能团。,影响絮凝效果的因素主要有： （1）絮凝剂的分子量： （2）絮凝剂的用量： （3）溶液pH值： （4）搅拌速度和时间：,3、变性沉淀 4、等电点沉淀 5、加各种沉淀剂沉淀 6、吸附 例如四环素发酵液中加入黄血盐和硫酸锌，生成亚铁氰化锌钾 K2Zn3Fe(CN)62的胶状沉淀，能将杂蛋白质和菌体等黏附在其中而除去。,（二）多糖的去除,可用酶转化为单糖 黏多糖可与一些阳离子表面活性剂如十六烷基溴化铵（CTAB）生成沉淀去除。 （三）高价金属离子的去除 1、离子交换法 2、沉淀法 Ca2+ 草酸 Mg2+ 磷酸盐

4、,三聚磷酸钠 Fe3+ 黄血盐,第二节 细胞破碎,一、机械法 1、匀浆法 2、珠磨法 3、超声波,三、化学法 1、化学试剂处理 2、酶解法 3、制成丙酮粉,二、物理法 1、干燥 2、冻融 3、渗透压冲击,一、机械法,（一）高压匀浆器,由产生高压的正向排代泵和排出阀组成。,利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎，细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。,A.手轮；B.阀杆；C.阀体；D.阀座；E.撞击环,高压匀浆机 型号：NS3015H,意大利GEA Niro Soavi公司生产。 在1000bar的操作压力下破碎大肠杆

5、菌，破碎率90左右，2次以上的破碎次数可以获得更高的破碎率。 在所有酵母菌破碎中均得到采用，如：酿酒酵母、啤酒酵母、毕赤酵母、汉逊酵母。,高压匀浆机,（二）高速珠磨机,高速珠磨机,工作原理： 将进入珠磨机的细胞悬浮液与极细的玻璃珠一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出内含物。如图所示。,（三）超声波振荡器,在15-25 kHz的频率下操作。 原理与空化现象引起的冲击波和剪切作用有关。 空穴泡由于受到超声波的迅速冲击而闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在介质中的悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞液体发生流动，从而使细胞破碎。,超声破碎法（Ultrasonicatio

6、n）,一般杆菌比球菌易破碎，G-细菌比G+细菌易破碎，对酵母菌的效果较差，该法在实验室小规模细胞破碎中常用。 但超声波产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物质失活。,二、物理法,（一）干燥法 空气干燥、真空干燥、喷雾干燥、冷冻干燥 使细胞结合水分丧失，从而改变细胞的渗透性。当采用丙酮、丁醇或缓冲液等对干燥细胞进行处理时，胞内物质就容易被抽提出来。 真空干燥多用于细菌。,（二）冻融法 将细胞放在低温下突然冷冻而在室温下缓慢融化，反复多次而达到破壁作用。由于冷冻，一方面使细胞膜的疏水键结构破裂，另一方面胞内水结晶，使细胞内外溶液浓度变化，引起细胞膨胀而破裂。 适用于细胞壁较脆弱的菌体，破碎率较低，

7、需反复多次，此外，在冻融过程中可能引起某些蛋白质变性。,（三）渗透压冲击法 先把细胞放在高渗溶液中，细胞发生收缩，然后将介质快速稀释或将细胞转入水或缓冲液中，细胞快速膨胀，使产物释放至溶液中。,三、化学法,（一）、加入化学试剂 1、用碱处理 2、用脂溶性有机溶剂 3、表面活性剂 （二）酶解法 （三）制成丙酮粉,丙酮粉,是微生物或生物组织，有时是蛋白质，酶的提取物用丙酮脱水的干制品。 是防止生物物质在水的存在下发生破坏变质的一种保存方法， 另一方面，由于脂类物质的溶解作用，难以从生物材料中溶解分离的物质，也可以从这个制品中获得其溶液状态的产品，因此常常被应用于酶化学等方面。,四、选择破碎方法的依据,（一）规模及成本 工业规模：高压匀浆和珠磨 （二）目的物的稳定性 （三）破碎效果和产物释放率,第三节 液-固分离,一、过滤 （一）过滤方式 1、常规过滤： 料液流向与过滤介质垂直。 2、错流过滤： 料液流向与过滤介质平行。,（二）过滤设备,1、板框过滤机,2、真空鼓式过滤机,（三）过滤介质和助滤剂 1、过滤介质：滤布或膜 2、助滤