生化分離技術(shù)

上游

中游下游工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程靈魂

核心關(guān)鍵第2頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

工程放大小試工業(yè)化生產(chǎn)中試第3頁,共35頁，2024年2月25日，星期天學(xué)習(xí)的目的

生化分離技術(shù)是實現(xiàn)生物工程產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。通過本課程的學(xué)習(xí)，對當(dāng)前生化分離技術(shù)領(lǐng)域的大分子物質(zhì)提取、分離及純化技術(shù)、沉淀技術(shù)、濃縮技術(shù)、膜分離技術(shù)、生物反應(yīng)器技術(shù)、各種色譜技術(shù)、各種電泳技術(shù)等有較全面、較詳細的了解，并掌握一些主要技術(shù)的方案設(shè)計和實際操作。

第4頁,共35頁，2024年2月25日，星期天參考書第5頁,共35頁，2024年2月25日，星期天參考書第6頁,共35頁，2024年2月25日，星期天參考書第7頁,共35頁，2024年2月25日，星期天參考書第8頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1生物分離技術(shù)、特點、重要性2生化分離技術(shù)發(fā)展的歷史3生物分離技術(shù)研究對象及基本步驟4生化分離技術(shù)方案設(shè)計與選擇主要內(nèi)容生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢5第9頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

生化分離技術(shù)：

是指對由生物界自然產(chǎn)生的或由微生物菌體發(fā)酵的、動植物細胞組織培養(yǎng)的、酶反應(yīng)等各種生物工業(yè)過程產(chǎn)生的生物原料，經(jīng)提取分離、加工并精制，最終使其成為產(chǎn)品這個過程中所采用的方法和手段的總稱。第10頁,共35頁，2024年2月25日，星期天生化分離技術(shù)的特點：①產(chǎn)物濃度低的水溶液（慶大霉素（0.2%））②組分復(fù)雜（a大分子；b小分子；c可溶物；d不可溶物；e化學(xué)添加物）③產(chǎn)物穩(wěn)定性差(a化學(xué)降解(pH,溫度)；b微生物降解（酶作用，染菌）④制得產(chǎn)品價格和產(chǎn)物濃度成反比（原料中目標(biāo)產(chǎn)物越低，所需能耗越高，分離過程成本越高）⑤

終產(chǎn)品的質(zhì)量要求高。尤其是藥品等（蛋白類藥物雜質(zhì)小于2%、重組胰島素中雜蛋白小于0.01%）第11頁,共35頁，2024年2月25日，星期天生化分離技術(shù)的重要性：是生物技術(shù)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路，決定了生物技術(shù)的發(fā)展。決定了產(chǎn)品的質(zhì)量的優(yōu)劣，成本的高低，競爭力的大小。總之，生物技術(shù)產(chǎn)品的特點給下游加工過程提出了特殊的要求，沒有下游加工過程，就不可能有工業(yè)化結(jié)果、工業(yè)化效益。第12頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1生物分離技術(shù)、特點、重要性2生化分離技術(shù)發(fā)展的歷史3生物分離技術(shù)研究對象及基本步驟4生化分離技術(shù)方案設(shè)計與選擇主要內(nèi)容生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢5第13頁,共35頁，2024年2月25日，星期天生化分離技術(shù)發(fā)展的歷史：古代釀造業(yè)第一階段生化分離技術(shù)第二階段生化分離技術(shù)第三階段生化分離技術(shù)天然發(fā)酵[白酒、啤酒、葡萄酒、醬油…]↓純種發(fā)酵技術(shù),采用壓濾、蒸餾等手段[酒精、丙酮、丁醇…]↓通風(fēng)發(fā)酵技術(shù)、代謝調(diào)控發(fā)酵技術(shù),采用離子交換、電泳技術(shù)等手段[抗生素(青霉素)、有機酸、酶制劑、氨基酸、核苷酸…]↓細胞融合技術(shù)和基因重組菌種發(fā)酵技術(shù)[胰島素、干擾素…]第14頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1生物分離技術(shù)、特點、重要性2生化分離技術(shù)發(fā)展的歷史3生物分離技術(shù)研究對象及基本步驟4生化分離技術(shù)方案設(shè)計與選擇主要內(nèi)容生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢5第15頁,共35頁，2024年2月25日，星期天１．單體或小分子類（1）氨基酸（2）核苷酸（3）脂質(zhì)及植物次生物質(zhì)生化分離技術(shù)主要研究對象有:有重要的營養(yǎng)和醫(yī)用價值，可以作為食品添加劑和臨床輸液，也可作為日用化工的新材料－皮膚營養(yǎng)劑、抗氧化劑，還可以作為畜牧業(yè)方面的增效劑－高效飼料添加劑，還可以作為輕工業(yè)領(lǐng)域的新生力量－新型表面活性劑、新型纖維，生物工程不可缺的基本材料－細胞工程、發(fā)酵工程所需培養(yǎng)基的添加劑等。核苷酸類物質(zhì)包括UMP、GMP、CMP、AMP及其衍生物，是重要的醫(yī)藥中間體和核酸類藥物。脂質(zhì)在食品添加劑和醫(yī)藥等方面用途廣泛。第16頁,共35頁，2024年2月25日，星期天2.生物大分子（1）蛋白質(zhì)（2）多糖（3）核酸3.復(fù)合分子復(fù)合分子是指由大分子與大分子構(gòu)成的復(fù)合物如多糖與蛋白質(zhì)構(gòu)成的糖蛋白、色素與蛋白質(zhì)構(gòu)成的色蛋白,也包括大分子與小分子構(gòu)成的復(fù)合物如脂蛋白、磷蛋白等。第17頁,共35頁，2024年2月25日，星期天(一)建立分析方法建立分析方法的目的是要衡量效果(收率、純度),以保證分離工作順利進行.1.生物測定方法:生物測定又稱生物檢(鑒)定。利用某些生物對某些物質(zhì)的特殊需要，或?qū)δ承┪镔|(zhì)（如抗生素、藥物等）的特殊反應(yīng)來定性,定量測定這些物質(zhì)的方法。如用小鼠的驚厥反應(yīng)測定，用微生物測定維生素B等。2.理化測定方法3.理化方法和生物方法相結(jié)合一個好的分析方法必須滿足:特異性或?qū)Ｒ恍詮?；重現(xiàn)性好；準(zhǔn)確度高；靈敏度高；時間短，操作簡便。

生化分離技術(shù)基本步驟:第18頁,共35頁，2024年2月25日，星期天(二)選擇提取材料選材的主要原則:來源豐富,含量相對較高,雜質(zhì)盡可能少。選擇材料范圍包括動物、植物、微生物.第19頁,共35頁，2024年2月25日，星期天主要生物材料來源動物臟器血液及分泌物海洋生物植物與微生物廉價與方便第20頁,共35頁，2024年2月25日，星期天(三)選擇提取方法實驗材料選定后，常常需要進行預(yù)處理，然后選擇適當(dāng)?shù)姆椒▽⒛康奈镞M行抽提和提取。(四)分離純化方法的探索分離純化步驟為核心操作，須根據(jù)目的物的理化性質(zhì)，生物學(xué)性質(zhì)及具體條件定。第21頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

下游加工過程的一般流程（沉淀、吸附、萃取、超濾、結(jié)晶）發(fā)酵液初步純化細胞碎片分離細胞破碎細胞分離高度純化成品加工預(yù)處理胞外產(chǎn)物（加熱、調(diào)pH、絮凝）（過濾、離心分離、膜分離)（勻漿、研磨、酶解）（離心分離、雙水相萃取、膜分離）（重結(jié)晶、離子交換、色譜分離、膜分離）（濃縮、無菌過濾、干燥、成型）胞內(nèi)產(chǎn)物提取精制產(chǎn)品的收得率和質(zhì)量控制應(yīng)是貫穿生化分離技術(shù)工藝過程的主線。第22頁,共35頁，2024年2月25日，星期天沉淀分離鹽析、有機溶劑沉淀、選擇性變性沉淀、非離子聚合物沉淀等層析分離吸附層析、凝膠層析、離子交換層析、疏水層析、反相層析、親和層析及層析聚焦等電泳分離SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳、等電聚焦、雙向電泳、毛細管電泳等離心分離低速、高速、超速（差速離心、密度梯度）離心分離技術(shù)等膜分離技術(shù)透析、微濾、超濾、納濾、反滲透等第23頁,共35頁，2024年2月25日，星期天生化分離方法分類分離主要依據(jù)分離技術(shù)種類分離主要依據(jù)

分離技術(shù)種類形狀和大小電離性質(zhì)極性（疏水性）生物功能或特殊化學(xué)基團凝膠過濾、超濾、透析離子交換層析、電泳（除SDS）分配、吸附、疏水層析親和層析等電點（pI）溶解性密度、大小層析聚焦、等電聚焦鹽析、有機溶劑抽提高速離心、超離心第24頁,共35頁，2024年2月25日，星期天(五)均一性的鑒定當(dāng)分離工作完成后，所得目的物達什么樣的純度,常常要進行均一性的鑒定。

比如：對蛋白質(zhì)、核酸、多糖類物質(zhì)常用純度鑒定方法有層析法、電泳法、超離心法。第25頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1生物分離技術(shù)、特點、重要性2生化分離技術(shù)發(fā)展的歷史3生物分離技術(shù)研究對象及基本步驟4生化分離技術(shù)方案設(shè)計與選擇主要內(nèi)容生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢5第26頁,共35頁，2024年2月25日，星期天生化分離過程是若干純化技術(shù)聯(lián)合,同時如何將這些技術(shù)合理的組合和按順序使用也是成功分離必須考慮的。分離純化一般分為三個階段:初始階段,中間階段,精致階段。第27頁,共35頁，2024年2月25日，星期天主要任務(wù)在于從相對較大體積的抽提液中除去大量雜質(zhì),同時能濃縮樣品和保障樣品處于穩(wěn)定的環(huán)境中。側(cè)重點放在速度和處理量上。采用的技術(shù)有沉淀技術(shù)、膜過濾技術(shù)、離子交換層析、親和層析等。初始階段:第28頁,共35頁，2024年2月25日，星期天主要任務(wù)是進一步除去大量雜質(zhì),但這些雜質(zhì)與目的物的性質(zhì)差異相對較小,所以選擇分離方法要有較高的分辨率。側(cè)重點放在分辨率和處理量上。采用的技術(shù)有離子交換層析、親和層析、制備級等電聚焦技術(shù)等。中間階段:第29頁,共35頁，2024年2月25日，星期天主要任務(wù)是除去微量雜質(zhì),使最后的產(chǎn)品獲得高純度.側(cè)重點放在分辨率上.采用的技術(shù)有離子交換層析、凝膠層析等.精制階段:第30頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1生物分離技術(shù)、特點、重要性2生化分離技術(shù)發(fā)展的歷史3生物分離技術(shù)研究對象及基本步驟4生化分離技術(shù)方案設(shè)計與選擇主要內(nèi)容生化分離技術(shù)的發(fā)展趨勢5第31頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1.多種分離、純化技術(shù)相結(jié)合膜分離與親和配基、離子交換基團相結(jié)合,形成了親和膜過濾技術(shù)。離心分離與膜分離過程結(jié)合,形成了膜離心分離過程。這類將兩種及以上的技術(shù)的優(yōu)勢結(jié)合,往往具有選擇性好、分離效率高、步驟簡化、能耗低等優(yōu)點。第32頁,共35頁，2024年2月25日，星期天2.生化分離技術(shù)(下游技術(shù))與發(fā)酵工藝(上游技術(shù))相結(jié)合它是指上游技術(shù)和下游技術(shù)的改良要緊密聯(lián)系,通過改進上游因素,簡化下游分離提取過程;把發(fā)酵-分離作為一個耦合的過程來進行。第33頁,共