生化分离技术和生物化工产品.ppt
2023/9/13,1,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，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。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,2023/9/13,9,2023/9/13,10,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=0.77B)、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；(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 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。分批分离还是连续纯化,
