生物分離技術(shù)

生物分離技術(shù)譚春艷；尹吉；何磊；蔡海龍主要內(nèi)容生物分離技術(shù)的發(fā)展歷史生物分離技術(shù)的基本含義生物分離技術(shù)的特點(diǎn)生物分離的基本原理生物分離的基本過(guò)程常見(jiàn)的生物分離技術(shù)重組人胰島素產(chǎn)品分離工藝簡(jiǎn)介生物分離技術(shù)的發(fā)展歷史產(chǎn)業(yè)部門(mén)利用生物分離技術(shù)至今已有幾百年的歷史。從鮮花與香草中提取天然香料從牛奶中提取奶酪發(fā)酵制酒精以及有機(jī)酸分離提取大規(guī)模深層發(fā)酵生產(chǎn)抗菌素基因工程菌生產(chǎn)人造胰島素，人與動(dòng)物疫苗等定義：是指從動(dòng)植物與微生物的有機(jī)體或器官、生物工程產(chǎn)物（發(fā)酵液、培養(yǎng)液）及其生物化學(xué)產(chǎn)品中提取、分離、純化有用物質(zhì)的技術(shù)過(guò)程。也稱(chēng)生物工程下游技術(shù)。

生物分離技術(shù)的基本含義實(shí)質(zhì)：是研究如何從混合物中把一種或幾種物質(zhì)分離出來(lái)的科學(xué)技術(shù)。生物分離技術(shù)主要包括：離心分離、過(guò)濾分離、泡沫分離、萃取分離、沉淀（析）分離、膜分離、層析（色譜）分離、電泳分離技術(shù)以及產(chǎn)品的濃縮、結(jié)晶、干燥等技術(shù)。生物分離技術(shù)的特點(diǎn)需要實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的快速分離純化。需要對(duì)原料液進(jìn)行高度濃縮。需要借助新型的分離技術(shù)。需要除去有害人類(lèi)健康的物質(zhì)。需要采用利于保持目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)品質(zhì)量的操作條件。

生物分離的基本原理

生物分離的原理有很多，主要是依據(jù)離心力、分子大?。êY分）、濃度差、壓力差、電荷效應(yīng)、吸附作用、靜電作用、親和作用、疏水作用、溶解度、平衡分離等原理對(duì)原料或產(chǎn)物進(jìn)行分離、純化。生物分離的基本過(guò)程發(fā)酵液（培養(yǎng)液）預(yù)處理固-液分離細(xì)胞破碎固-液分離動(dòng)植物原料細(xì)胞破碎萃取與預(yù)處理初步純化精制成品加工固-液分離固-液分離沉淀分離靜態(tài)吸附靜態(tài)離子交換萃取分離膜分離吸附層析離子交換層析凝膠層析親和層析疏水層析高效液相色譜脫鹽、濃縮結(jié)晶、干燥常見(jiàn)的生物分離技術(shù)過(guò)濾是在推動(dòng)力的作用下，位于一側(cè)的懸浮液（或含塵氣）中的流體通過(guò)多孔介質(zhì)的孔道向另一側(cè)流動(dòng)。顆粒則被截留，從而實(shí)現(xiàn)流體與顆粒的分離操作過(guò)程。過(guò)濾離心分離是基于固體顆粒和周?chē)后w密度存在差異，在離心場(chǎng)中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過(guò)程。離心利用化合物在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使化合物從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另外一種溶劑中萃取結(jié)晶：指從飽和溶液中凝結(jié)，或從氣體凝華出具有一定的幾何形狀的固體（晶體）的過(guò)程。蒸發(fā)結(jié)晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過(guò)剩的溶質(zhì)就會(huì)呈晶體析出。降溫結(jié)晶：先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時(shí)降低熱飽和溶液的溫度，溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)就會(huì)呈晶體析出。色譜分離：是基于不同物質(zhì)在由固定相和流動(dòng)相構(gòu)成的體系中具有不同的分配系數(shù)，在采用流動(dòng)相洗脫過(guò)程中呈現(xiàn)不同保留時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)分離。沉析：利用沉析劑使所需要提取的生化物質(zhì)或雜質(zhì)在溶液中的溶解度降低而形成無(wú)定形固體沉淀的過(guò)程。其他常見(jiàn)生物分離技術(shù)膜分離：膜分離技術(shù)是利用一張?zhí)厥庵圃斓?，有選擇透過(guò)性的薄膜，在外力推動(dòng)下對(duì)混合物進(jìn)行分離、提純、濃縮的一種新型分離技術(shù)，是根據(jù)混合物的物理性質(zhì)的不同用過(guò)篩的方法將其分離，或根據(jù)混合物的不同化學(xué)性質(zhì)分離開(kāi)物質(zhì)。

電泳（electrophoresis，EP）：指帶電顆粒在電場(chǎng)作用下，向著與其電性相反的電極移動(dòng)，利用帶電粒子在電場(chǎng)中移動(dòng)速度不同而達(dá)到分離的技術(shù)稱(chēng)為電泳技術(shù)。

離子交換：是用一種稱(chēng)為離子交換樹(shù)脂的物質(zhì)來(lái)進(jìn)行的。離子交換樹(shù)脂遇水溶液時(shí)，能夠從水溶液中吸著某種(類(lèi))離子，而把本身所具有的另外一種相同電荷符號(hào)的離子等摩爾量地交換到溶液中去，這種現(xiàn)象稱(chēng)為離子交換。其他常見(jiàn)生物分離技術(shù)其他常見(jiàn)生物分離技術(shù)沉降：當(dāng)靜置懸浮液時(shí)，密度較大的固體顆粒在重力作用下逐漸下沉，這一過(guò)程稱(chēng)為沉降。細(xì)胞破碎：細(xì)胞破碎技術(shù)是指利用外力破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，使細(xì)胞內(nèi)容物包括目的產(chǎn)物成分釋放出來(lái)的技術(shù)。吸附與物理吸附：指吸附劑與吸附質(zhì)之間是通過(guò)分子間引力（即范德華力）而產(chǎn)生的吸附，在吸附過(guò)程中物質(zhì)不改變?cè)瓉?lái)的性質(zhì)，因此吸附能小，被吸附的物質(zhì)很容易再脫離，如用活性炭吸附氣體，只要升高溫度，就可以使被吸附化學(xué)吸附，是指吸附劑與吸附質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)作用，生成化學(xué)鍵引起的吸附，在吸附過(guò)程中不僅有引力，還運(yùn)用化學(xué)鍵的力，因此吸附能較大，要逐出被吸附的物質(zhì)需要較高的溫度，而且被吸附的物質(zhì)即使被逐出，也已經(jīng)產(chǎn)生了化學(xué)變化，不再是原來(lái)的物質(zhì)了，一般催化劑都是以這種吸附方式起作用。重組人胰島素產(chǎn)品生產(chǎn)（分離）工藝流程

菌種擴(kuò)培種子罐培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)發(fā)酵液固液分離P1純化P1沉淀、干燥P2純化P2沉淀、干燥脫帽成品粗純化成品精純化過(guò)濾凍干菌種擴(kuò)培種子罐培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)發(fā)酵液固液分離P1純化P1沉淀、干燥P2純化P2沉淀、干燥脫帽成品粗純化成品精純化過(guò)濾凍干菌種擴(kuò)培對(duì)從菌種庫(kù)中取出的菌種進(jìn)行活化及初步擴(kuò)大培養(yǎng)基因工程大腸桿菌、基因工程酵母菌種子罐培養(yǎng)在種子罐中對(duì)菌種進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)大培養(yǎng)，至菌種到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)轉(zhuǎn)入發(fā)酵罐培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)分兩階段進(jìn)行控制，第一階段主要通過(guò)控制溶氧和補(bǔ)加甘油使菌體達(dá)到富集的目的，第二階段通過(guò)補(bǔ)加甲醇使菌體進(jìn)行高密度表達(dá)目的產(chǎn)物，HPLC檢測(cè)目的產(chǎn)物含量菌種擴(kuò)培種子罐培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)發(fā)酵液固液分離P1純化P1沉淀、干燥P2純化P2沉淀、干燥脫帽成品粗純化成品精純化過(guò)濾凍干發(fā)酵液固液分離目的產(chǎn)物存在于發(fā)酵液上清中，此步驟主要控制目的產(chǎn)物收率P1純化通過(guò)兩步柱層析，分別去除發(fā)酵上清液中的色素和雜蛋白，利用紫外檢測(cè)儀控制目的產(chǎn)物收率，主要試劑為乙醇與異丙醇P1沉淀、干燥調(diào)節(jié)PH值，使P1沉淀，再經(jīng)離心干燥，得中間體I固體P2純化控溫進(jìn)行轉(zhuǎn)肽反應(yīng)，主要試劑為DMSO與1,4-丁二醇，再通過(guò)柱層析進(jìn)行提純，主要試劑為異丙醇P2沉淀、干燥調(diào)節(jié)PH值，使P2沉淀，再經(jīng)離心干燥，得中間體II固體脫帽通過(guò)控制濕度與溫度進(jìn)行脫帽反應(yīng)，得到終產(chǎn)物胰島素主要試劑為丙酮，產(chǎn)品為半固體成品粗純化經(jīng)過(guò)兩步柱層析對(duì)胰島素進(jìn)行提純，試劑為T(mén)ris-HCl和異丙醇通過(guò)超濾對(duì)提純后的胰島素進(jìn)行濃縮，通過(guò)管道傳遞到下工序成品精純化通過(guò)制備色譜對(duì)胰島素粗品進(jìn)行精制，主要試劑為色譜乙腈然后經(jīng)兩