生化分離-01-緒論課件

第一章緒論1.1生化分離的一般過程1.2生化產(chǎn)品的類型1.3生化產(chǎn)品的特點1.4生化分離工作的重要性作業(yè)第一章緒論1.1生化分離的一般過程1.1生化分離工作的一般過程

動、植物組織、體液等

胞外產(chǎn)物

提取發(fā)酵液→預處理→c分離→c破碎→碎片分離→初步純化→精制→制成品培養(yǎng)液加熱沉淀勻化離心沉淀分子篩無菌過濾酶反應調(diào)pH離心超聲萃取吸附離子超濾絮凝過濾胞溶過濾萃取親和凍干錯流過濾研磨錯流過濾超濾吸附噴干憎水結(jié)晶電泳1.1生化分離工作的一般過程基本定義生化分離工程的定義：為提取生物產(chǎn)品時所需的原理、方法、技術(shù)及相關(guān)硬件設備的總稱，指從發(fā)酵液、動植物細胞培養(yǎng)液、酶反應液和動植物組織細胞與體液等中提取、分離純化、富集生物產(chǎn)品的過程(DownstreamProcessing)。單元操作：

完成一道工序所需的一種方法和手段。

基本定義生化分離工程的定義：1.2生化產(chǎn)品的類型1.2.1按用途分類食品類。保健品類。醫(yī)用類產(chǎn)品（1998年，719種）?？股?12種農(nóng)業(yè)用產(chǎn)品（1998年，36種）。生物試劑類（1998年，975種）。1.2.2按分子量大小分類

Mass<1000D：抗生素、有機酸、aa、多肽類等

Mass>1000D：酶、抗原、抗體、多肽、蛋白質(zhì)類1.2.3按發(fā)酵時目的產(chǎn)物所在的位置分類

cell內(nèi)：胰島素、白細胞介素、干擾素、重組蛋白質(zhì)

cell外：抗生素（青霉素、紅霉素）、胞外酶（α-淀粉酶）等1.2生化產(chǎn)品的類型1.3生化產(chǎn)品的特點1)、應用面廣。醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保、動植物生長調(diào)節(jié)、食品和試劑等2)、種類繁多。分子量X0–X000000，結(jié)構(gòu)功能復雜，生物活性各異。3)、目的產(chǎn)物在初始物料中的含量低。青霉素（4.2%）、慶大霉素（0.2%）、干擾素（<50ug/ml）。4)、產(chǎn)品價格與產(chǎn)物濃度呈反比:5)、初始物料成分復雜。除少量產(chǎn)物外，還有大量的細胞及碎片、其他代謝物（幾百上千種）、培養(yǎng)基成分、無機鹽等。6)、生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性低。易變質(zhì)、易失活、易變性，對溫度、pH值、重金屬離子、有機溶劑、剪切力、表面張力等非常敏感。7)、產(chǎn)品的質(zhì)量要求高，尤其是藥品等。成品青霉素對其強致敏原---青霉噻唑蛋白必須控制RIA值（放射免疫測定）小于100（1.5*10-6），蛋白類藥物（雜質(zhì)<2%）、重組胰島素（Humulin）中雜蛋白小于0.01%。1.3生化產(chǎn)品的特點1)、應用面廣。醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保、動植1.4生化分離工作的重要性1)、生化產(chǎn)品的必經(jīng)的過程(一夫擋關(guān))。2)、回收率不高。抗生素(80%左右)，蛋白質(zhì)(60-90%)。意義?3)、分離純化昂貴。下游研究費用占整個R&D費用的50%以上；產(chǎn)品的成本構(gòu)成中分離純化的成本站全部成本的40-80%;精細和藥用產(chǎn)品的成本比率更高;大多數(shù)酶70%。意義?4)、基因工程的R&D費用，下游占50-80%?；蚬こ瘫磉_產(chǎn)品成本85-90%；勞動力和物力成本占整個勞動力的70-90%。意義?5)、中藥現(xiàn)代化的重要技術(shù)平臺。農(nóng)學、分離科學、生化分析、藥學等6)、提供產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵技術(shù)之一。WTO，降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品標準。7)、環(huán)境污染的治理（慢性鉛中毒）1.4生化分離工作的重要性1)、生化產(chǎn)品的必經(jīng)的過程(一夫第一章緒論1.5 生化分離工程的分類1.6 方法選擇的基本原則1.7 設計前應了解的信息1.8 對環(huán)境的考慮1.9 分離效率的評價1.10 生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢第一章緒論1.5 生化分離工程的分類1.5 生化分離工程的分類原理技術(shù)應用Phasechange1)、蒸餾乙醇沸點和蒸汽壓2)、精餾有機溶劑回收0h3)、蒸發(fā)制鹽、抗生素富集Extraction1)、液-液萃取抗生素分配系數(shù)2)、液-固萃取中藥分離

3)、固相萃取天然產(chǎn)物4h4)、雙水相萃取酶

5)、反膠束萃取DNA重組蛋白質(zhì)

6)、超臨界萃取中藥提取Densitydifference1)、常規(guī)離心細胞分離比重、密度2)、高速離心細胞、病毒分離2h3)、超速離心病毒,細胞器,DNA1.5 生化分離工程的分類原理1.5 生化分離工程的分類Membrane1）、常規(guī)過濾發(fā)酵液膜分離2）、微濾細菌、細胞碎片

3）、超濾蛋白質(zhì)、酶4h4）、納濾有機物回收,污水治理

5）、反滲透海水淡化、污水處理Solubility1）、結(jié)晶味精溶解度2）、鹽析蛋白質(zhì)、酶4h3）、有機試劑蛋白質(zhì)

4）、等電點法蛋白質(zhì)、酶1.5 生化分離工程的分類Membrane1.5 生化分離工程的分類Absorbance1）、非特異性吸附抗生素(吸附)2）、特異性吸附抗體2h3）、親和吸附抗原抗體

4）、離子交換抗生素Chromatography1）、凝膠抗生素、蛋白質(zhì)(色譜或?qū)游?2）、親和色譜抗體6h3）、離子交換蛋白質(zhì)ElectricField1）、磁性免疫微球抗原抗體(場致分離)2）、區(qū)帶電泳蛋白質(zhì)6h3）、等速電泳蛋白類

4）、等點聚焦電泳蛋白類1.5 生化分離工程的分類Absorbance1.6 方法選擇的基本原則1)、盡可能簡單、低耗、高效、快速。

反面例子----中藥現(xiàn)代化、超臨界萃??； 正面例子2)、分離步驟盡可能少。Why? A)、

φn

為總回收率，λn

為各單元回收率。意義？ 分離步驟越多，回收率越低；如φ10=0.9510=0.63，φ5=0.955=0.77 B)、分離步驟多，設備投入大，人員物資消耗大，生產(chǎn)周期長

How?1.6 方法選擇的基本原則1)、盡可能簡單、低耗、高效、快速1.6 方法選擇的基本原則3)、避免相同原理的分離技術(shù)多次重復出現(xiàn) 比喻，分子篩和超濾技術(shù)按分子量大小分離，重復應用兩次以上，意義就不大了。4)、盡量減少新化合物進入待分離的溶液。

A)、引起新的化學污染；B)、蛋白質(zhì)的變性失活

5)、合理的分離步驟次序。原則是：先低選擇性，后高選擇性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。1.6 方法選擇的基本原則3)、避免相同原理的分離技術(shù)多次重1.7 設計前應了解的信息1）、在設計前，首先要掌握的產(chǎn)物物化性質(zhì)，主要包括：(1)、溶解度及影響因素，包括溫度、pH值、有機溶劑和鹽等；(2)、分子量和分子形狀。對于高分子物質(zhì)非常有意義；(3)、沸點和蒸汽壓。對于熱穩(wěn)定的小分子物質(zhì)非常有意義；(4)、極性大?。?5)、分子電荷及影響因素，包括pH值和鹽等；(6)、功能團。功能團為萃取劑和特異性吸附的選擇提供依據(jù)；(7)、免疫原性。設計親和色譜；(8)、穩(wěn)定性及其影響因素，包括溫度、pH值、毒性試劑等(如青霉素低pH不穩(wěn)定)；(9)、分子的淌度及影響因素，包括pH值、離子強度和鹽等；(10)、等電點pI；1.7 設計前應了解的信息1）、在設計前，首先要掌握的產(chǎn)物物1.7 設計前應了解的信息2）、成品規(guī)格（或產(chǎn)品質(zhì)量標準）表1.3五肽胃泌素的上海市藥品標準（1993年版32頁）指標名稱指標含量（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為1

干燥失重，%0.5

3）、進料的組成和物性

(1)、目的產(chǎn)物的濃度。高？低？

(2)、物料中的與目的產(chǎn)物相近物質(zhì)組成的物理化學性質(zhì)。

(3)、目的產(chǎn)物的定位。是胞內(nèi)還是胞外？

(4)、菌種的種類和形態(tài)。

(5)、微生物的含量和發(fā)酵液的黏度。1.7 設計前應了解的信息2）、成品規(guī)格（或產(chǎn)品質(zhì)量標準）1.7 設計前應了解的信息4）、生產(chǎn)規(guī)模

1.5）、危害性(1)、離心產(chǎn)生的氣溶膠、發(fā)酵產(chǎn)生的廢氣、干燥產(chǎn)生的粉塵等。(2)、目的產(chǎn)物本身的危害性；抗腫瘤代謝類藥物，類固醇類抗生素，激素類藥物等。(3)、試劑危害。萃取試劑CCl4、甲苯、苯、二甲苯、CNBr。(4)、微生物的危害。重組DNA工程菌不能任意排放。這一菌種為新的物種，不能排除對生態(tài)系統(tǒng)和人的危害。6）、分批分離還是連續(xù)純化1.7 設計前應了解的信息4）、生產(chǎn)規(guī)模1.1.8 對環(huán)境的考慮1）、廢水

A、除菌過濾和滅菌處理；

B、符合BOD的要求；2）、廢料

A、滅菌處理；

B、綜合利用：動物飼料、飼料添加劑，有機肥料3）、廢氣

A、除菌過濾和滅菌處理；

B、廢氣（有機溶劑）回收4）、溶劑的回收

A、減少環(huán)境排放，減少污染；

B、循環(huán)利用，減低成本

1.8 對環(huán)境的考慮1）、廢水1.9 分離效率的評價1）、濃縮率（富積率，concentrationfactor）

原料(Rawmaterial)

分離器

產(chǎn)品(Product)

FW,VW,cT,W,cX,W

廢液(Wastefluid)意義：1）、如mT

>1，則目標產(chǎn)物得到富積；2）、如mT

=mX，則目標產(chǎn)物未得到分離純化。

1.9 分離效率的評價1.9 分離效率的評價2)分離因子(separativefactor)，或分離系數(shù)(separativecoefficient)

1.

意義：A、目標產(chǎn)物濃度，雜質(zhì)濃度，則分離因子大，分離效率；B、=1時，則未分離。故在分離為主要目的時,3)回收率(recovery)：4)純化因子(purificationfactor)

對于具有生物活性的蛋白質(zhì)或酶，常常用分離前后目標產(chǎn)物的比活

2.

A[inU/mg]之比表示目標產(chǎn)物的分離純化程度，1.9 分離效率的評價2)分離因子(separative1.10生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢存在的問題：研發(fā)費用高、成本高、周期長——生物工程發(fā)展的瓶頸如何解決？1)、加強基礎理論研究

A、研究非理想溶液中溶質(zhì)與添加物料之間的選擇性機制、影響因素1.B、研究界面的結(jié)構(gòu)、動力學和傳質(zhì)機制，以及影響因素2.C、下游加工過程的數(shù)學模型的建立和計算機模擬。難

2)、完善老技術(shù)：正確對待“新”、“老”分離技術(shù)1.10生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢存在的問題：研發(fā)費用高、成本1.10生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢3)、發(fā)明新技術(shù)研發(fā)新型高效經(jīng)濟的分離技術(shù)推進各分離技術(shù)的雜交分離技術(shù)與發(fā)酵技術(shù)結(jié)合強化化學對分離技術(shù)的影響1.4)、高效分離技術(shù)的工程化5)、分離技