第九章 生化分离技术和生物化工产品.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,*,*,第九章 生化分离技术和生物化工产品,3/2/2026,1,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。,3/2/2026,2,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,3/2/2026,3,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（,50,ug/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%。,3/2/2026,4,1),、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&D,费用的,50%,以上；产品的成本构成中分离纯化的成本站全部成本的,40-80%;,精细和药用产品的成本比率更高,;,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,3/2/2026,5,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,3/2/2026,6,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,2,h 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,6,h,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,6,h,3）、,等速电泳,蛋白类,4）、,等点聚焦电泳,蛋白类,3/2/2026,7,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1,mm,大小的凝聚块的过程。,悬浮液的预处理,3/2/2026,8,3/2/2026,9,3/2/2026,10,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,=0.95,10,=0.63，,5,=0.95,5,=0.77,B)、,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。,3/2/2026,11,4)、,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。,3/2/2026,12,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；,3/2/2026,13,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（,C,37,H,49,N,7,O,9,S）97.0,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。,3/2/2026,14,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,CCl,4,、,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,3/2/2026,15,