生物物质的分离与纯化省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第1页第十三章生物物质分离与纯化第十三章生物物质分离与纯化 1 1、培养液预处理、培养液预处理 2 2、培养液固液分离、培养液固液分离 3 3、细胞破碎、细胞破碎 4 4、生物物质分离纯化方法、生物物质分离纯化方法 5 5、生物分离工艺介绍、生物分离工艺介绍教教 学学 内内 容容第2页补充内容（一）补充内容（一）发酵醪发酵醪(发酵液发酵液)普通特征普通特征 利利用用微微生生物物发发酵酵生生产产各各种种发发酵酵产产品品，因因为为菌菌种种不不一一样样和和发发酵酵醪醪特特征征不不一一样样，其其预预处处理理方方法法和和提提取取、精精制制方方法法选选择择也也有有差差异异。应应针针对对发发酵酵醪醪特特征征来来合合理理选选择择处处理理方方法法，大大多多数数发发酵酵产产物物存存在在发发酵酵醪醪中中，也也有有少少数数发发酵酵产产物物存存在在菌菌体体中中，或或发发酵酵醪醪和和菌菌体体都都 含含有有，比比如如四四环环类类抗抗生生素素。各各种种发发酵酵产产物物不不论论在在发发酵酵醪醪或或是是在在菌菌中中表表达达往往往往浓浓度度较较低低，并并与与种种种种溶溶解解和和悬悬浮浮杂杂质质混混在在一一起起，要要分分离离提提纯纯发发酵酵产产物物，首首先要针对发酵醪特征进行预处理。先要针对发酵醪特征进行预处理。第3页发酵醪特征普通可归纳为：发酵醪特征普通可归纳为：1、发酵醪大部分是水发酵醪大部分是水，普通含量达，普通含量达90%-99%.2、发发酵酵醪醪中中发发酵酵产产物物浓浓度度较较低低，尽尽管管因因为为菌菌种种、原原料料、工工艺艺条条件件不不一一样样，发发酵酵产产物物于于发发酵酵醪醪中中浓浓度度高高低低也也有有差差异异，但但总总来来说说发发酵酵醪醪中中发发酵酵产产物物浓浓度度都都是是比比较较低低，除除了了酒酒精精、柠柠檬檬酸酸、葡葡萄萄糖糖酸酸等等发发酵酵产产物物浓浓度度在在10%以以上上外外，其其余余都都在在10%以以下下，而而抗抗生素浓度更低，普通在生素浓度更低，普通在1%以下以下。3、发发酵酵醪醪中中悬悬浮浮固固体体物物主主要要含含有有菌菌体体和和蛋蛋白白质质胶胶状状物物。因因为为发发酵酵醪醪中中存存在在一一定定数数量量菌菌体体和和蛋蛋白白质质胶胶体体物物质质，不不但但使使发发酵酵醪醪粘粘度度增增加加，不不利利于于过过滤滤，而而且且增增加加提提取取和和精精制制后后工工序序操操作作困困难难，在在浓浓缩缩过过程程中中变变得得更更粘粘稠稠，同同时时轻轻易易产产生生泡泡沫沫。采采取取溶溶媒媒萃萃取取法法提提炼炼时时，蛋蛋白白质质存存在在夺夺产产生生乳乳化化，使使溶溶媒媒相相和和水水相相分分层层困困难难；采采取取离离子子交交换换法法提提炼时，蛋白质存在也会增加树脂吸附量，加重树脂负担。炼时，蛋白质存在也会增加树脂吸附量，加重树脂负担。第4页4、发发酵酵醪醪培培养养基基残残留留成成份份中中还还含含有有没没有有机机盐盐类类，非非蛋蛋白白质质大大分分子子其其降降解解产产物物对对提提取取和和精精制制都都有有一一定定影影响。响。5、发发酵酵醪醪中中除除了了发发酵酵产产物物外外，常常有有其其它它少少许许代代谢谢产产物物。发发酵酵过过程程中中除除了了主主代代谢谢产产物物外外，尚尚伴伴有有一一些些其其它它副副代代谢谢产产物物。这这些些少少许许副副产产物物，有有时时其其结结构构特特征征与与发发酵酵主主产产物物极极为为近近似似，这这就就会会给给分分离离提提纯纯操操作作带带来困难。来困难。6、发发酵酵醪醪中中还还含含有有色色素素、热热原原质质、毒毒性性物物质质等等有有机机杂杂质质。尽尽管管它它们们确确实实切切组组成成还还不不十十分分明明了了，但但它它们们对对提提炼炼影影响响相相当当大大。为为了了确确保保发发酵酵产产品品质质量量和和卫卫生生标标准准，应应经经过过预预处处理理将将色色素素、热热原原质质、毒毒性性物物质质等等有机杂质先除去。有机杂质先除去。第5页 发发酵酵成成熟熟醪醪中中常常含含有有各各种种样样杂杂质质，而而所所需需要要发发酵酵产产物物则则含含量量极极少少。所所以以，要要取取得得纯纯净净发发酵酵产产物物，它它提提取取与与精精制制过过程程便便成成为为一一个个复复杂杂而而必必不不可可少少工工艺艺过过程程。提提取取和和精精制制目目标标在在于于从从发发酵酵液液中中制制取高纯度、合符质量标准要求发酵成品。取高纯度、合符质量标准要求发酵成品。尽尽管管因因为为菌菌种种、发发酵酵醪醪特特征征及及发发酵酵工工艺艺不不一一样样，发发酵酵产产物物能能够够各各种种多多样样，但但从从工工业业发发酵酵范范围围来来看看，从从发发酵酵醪醪中中取取得得产产物物大大致致可分为三类：可分为三类：发酵产物分类发酵产物分类 补充内容（二）补充内容（二）第6页菌体菌体 主要主要以菌体细胞作为发酵产品以菌体细胞作为发酵产品，如单细胞蛋白、面包酵母、饲料酶母等如单细胞蛋白、面包酵母、饲料酶母等。另外就是。另外就是从从菌体细胞中提取有用发酵产物菌体细胞中提取有用发酵产物，如由，如由酵母细胞提取辅酶酵母细胞提取辅酶A、核糖核酸等产品、核糖核酸等产品。有抗生素。有抗生素主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生菌在发酵过程中所产生灰黄霉素主要在菌丝中，所主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生菌在发酵过程中所产生灰黄霉素主要在菌丝中，所以，也要从菌丝体中进行提取。以，也要从菌丝体中进行提取。酶酶 发酵产物为发酵产物为酶制剂，包含胞外酶和胞内酶酶制剂，包含胞外酶和胞内酶。如。如-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、异淀粉酶、葡萄淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶糖异构酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖酶、柚苷酶、花青素酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉素酰胺酶、磷酸二柚苷酶、花青素酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉素酰胺酶、磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等，均在工业上和医药上发挥作用。酰酶、天冬酰胺酶等，均在工业上和医药上发挥作用。代谢产物代谢产物 中间代谢产物中间代谢产物包含包含醋酸、乳、柠檬酸、葡萄糖酸醋酸、乳、柠檬酸、葡萄糖酸、衣康酸及延胡索酸等。、衣康酸及延胡索酸等。氨基氨基酸酸发酵产物包含谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等。因为对菌种变异和氨基酸代谢机理研究发酵产物包含谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等。因为对菌种变异和氨基酸代谢机理研究日益深入，所以其它氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，日益深入，所以其它氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，18种氨基酸均可用直种氨基酸均可用直接发酵法制造。接发酵法制造。第7页 有机溶剂有机溶剂发酵产物包含发酵产物包含酒精、丙酮、丁醇酒精、丙酮、丁醇等。等。核核苷苷酸酸类类物物质质发发酵酵产产物物包包含含肌肌苷苷、肌肌苷苷酸酸以以及及鸟鸟苷苷酸酸等等。5-肌肌苷苷酸酸和和5-鸟鸟苷苷酸均为呈味核苷酸，核酸微生物包含辅酶酸均为呈味核苷酸，核酸微生物包含辅酶A、ATP、辅酶、辅酶I等均为主要医药品。等均为主要医药品。抗抗生生素素发发酵酵产产物物包包含含青青霉霉素素、链链霉霉素素、四四环环素素、土土霉霉素素、金金霉霉素素、庆庆大大霉霉素素、新霉素、红霉素及利福霉素等。新霉素、红霉素及利福霉素等。多多糖糖发发酵酵产产物物包包含含右右旋旋糖糖酐酐及及多多糖糖B-1459等等。多多糖糖是是医医药药和和工工业业上上主主要要粘粘性性物物质质起起源源之之一一，右右旋旋糖糖酐酐经经过过部部分分水水解解后后供供代代血血浆浆用用。多多糖糖B-1459是是水水溶溶性性、高高分分子量胞外异多糖。子量胞外异多糖。维生素发酵产物维生素发酵产物有有核黄素、维生素核黄素、维生素C和维生素和维生素B12.甾甾体体氧氧化化产产物物为为甾甾体体激激素素，是是主主要要品品。如如醋醋酸酸可可松松、氢氢化化可可松松、醋醋酸酸泼泼尼尼松松、氢氢化化泼泼尼尼松松等等促促皮皮质质激激素素及及肾肾上上腺腺皮皮质质激激素素制制剂剂、黄黄体体酮酮、甲甲孕孕酮酮（安安宫宫黄黄体体酮酮）等性激素、炔诺酮等避孕药。等性激素、炔诺酮等避孕药。第8页问题问题1、发酵醪有哪些特征？2、发酵醪中取得产物大致可分为 、三类？3、发酵液中细胞代谢产物有哪些？分别举出2个详细代表产物。第9页 生生化化生生产产过过程程最最终终一一个个步步骤骤是是把把目目标标产产物物从从培培养养液液或或反反应应液液中中分分离离提提取取出出来来。多多数数生生化化产产品品在在生生产产过过程程中中需需经经微微生生物物发发酵酵、酶酶反反应应过过程程或或动动植植物物细细胞胞大大量量培培养养，并并经经过过包包含含产产物物回回收收、粗粗分分离离、纯纯化化及及精精制制等等处处理理后后，才才能能符符合合一一定定质质量量标标准准。在在生生物物产产品品生生产产过过程程中中普普通通将将微微生生物物发发酵酵、酶酶反反应应过过程程或或动动植植物物细细胞胞大大量量培培养养称称为为“上上游游过过程程”，而而与与之之对对应应产产物物回回收收、粗粗分分离离、纯纯化化及及加加工工等等后后续续过过程程就就称称之之为为“下下游游过过程程”，或或称称之之为为生生化化分分离离和和纯纯化化过过程程。众众所所周周知知，要要使使生生物物技技术术走走向向产产业业化化，必必须须要要上上下下游游过程兼容、协调、以使全过程能优化进行。过程兼容、协调、以使全过程能优化进行。鉴鉴于于生生化化产产品品含含有有以以下下特特点点：目目标标产产物物在在初初始始物物料料中中含含量量低低；含含目目标标产产物物初初始始物物料料组组成成复复杂杂，除除了了产产物物外外，还还含含有有大大量量细细胞胞、代代谢谢物物、残残留留培培养养基基、无无机机盐盐等等；生生物物活活性性物物质质稳稳定定性性差差，对对PH、温温度度、金金属属离离子子、有有机机溶溶剂剂、剪剪切切力力、表表面面张张力力等等十十分分敏敏感感，易易失失活活、变变性性；生生化化产产品品种种类类繁繁多多，包包含含了了大大、中中、小小分分子子量量结结构构和和性性质质复复杂杂又又各各异异生生物物活活性性物物质质；生生化化产产品品应应用用面面广广，许许多多产产品品用用作作医医药药、食食品品、试试剂剂等等，对对含含量量和和纯纯度度要要求求高高等等。所所以以，应应用用于于生生化化产产品品后后处处理理过过程程中中分分离离纯纯化化技技术术必必须须满满足足以以下下一一些要求：些要求：第10页条条件件温温和和，尤尤其其对对含含有有生生物物活活性性物物质质，在在后后处处理理过过程程中中必必须须保持其生物活性；保持其生物活性；分分离离纯纯化化技技术术选选择择性性好好、专专一一性性强强，能能从从复复杂杂混混合合物物中中有有效效地将目标产物分离出来，以到达较高分离纯化倍数；地将目标产物分离出来，以到达较高分离纯化倍数；目标产物量和活性含有较高收率目标产物量和活性含有较高收率；应用于生化产品后处理过程中应用于生化产品后处理过程中分离纯化技术分离纯化技术必必须满足以下一些要求：须满足以下一些要求：第11页在提升单个分离技术收效率同时，注意各单元操作间有在提升单个分离技术收效率同时，注意各单元操作间有效组合和整体协调，以降低工艺过程步骤；效组合和整体协调，以降低工艺过程步骤；快速，以提升生产能力快速，以提升生产能力。就当前发展和应用情况来看，在大多数生物产品开就当前发展和应用情况来看，在大多数生物产品开发研究中，后处理过程等研究费用约占发研究中，后处理过程等研究费用约占全部费用全部费用50%以以上，在产品成本组成中，后处理成本上，在产品成本组成中，后处理成本占总成本占总成本40%-80%,对于精细胞和药用产品，此百分比就更高。生产过对于精细胞和药用产品，此百分比就更高。生产过程中后处理投入人力和物力占全部程中后处理投入人力和物力占全部70%-90%.生物产品后处理分离纯化技术和工艺不但影响产品生物产品后处理分离纯化技术和工艺不但影响产品质量和成本，也决定着产品产量。生化产品因为没有适质量和成本，也决定着产品产量。生化产品因为没有适当提取、分离和纯当提取、分离和纯 化方法或因回收率太低致使化方法或因回收率太低致使第12页生产成本过高而不能投产例子是屡见不鲜。生产成本过高而不能投产例子是屡见不鲜。不不一一样样生生化化产产品品，因因为为本本身身特特征征及及其其对对纯纯度度要要求求不不一一样样，所所采采取取分分离离纯纯化化路路线线经经常常也也是是不不一一样样。比比如如从从发发酵酵液液中中提提取取和和精精制制菌菌体体和和胞胞内内酶酶，就就与与分分离离与与纯纯化化细细胞胞代代谢谢产产物物有有显显著著不不一一样样；一一样样即即使使产产物物都都属属于于代代谢谢产产物物，因因为为产产物物化化学学结结构构不不一一样样，其其提提取取和和精精制制方方法法也也就就不不一一样样。但但普普通通来来说说，分分离离纯纯化化路路线线都都包包含含了了两两个个基基本本阶阶段段：产产物物初初级级分分离离阶阶段段；产产物物纯纯化化精精制制阶阶段段。第13页初级分离阶段初级分离阶段在细胞培养结束之后，其任务是在细胞培养结束之后，其任务是分离培养液、破碎细胞释放产物（假如产物在分离培养液、破碎细胞释放产物（假如产物在胞内）、溶解包涵体、复原蛋白质、浓缩产物胞内）、溶解包涵体、复原蛋白质、浓缩产物和去除大部分杂质等。和去除大部分杂质等。纯化精制阶段纯化精制阶段是在初级分离基础上，用各是在初级分离基础上，用各种高选择伎俩和方法，将目标产物和干扰杂质种高选择伎俩和方法，将目标产物和干扰杂质尽可能地分开，使产物纯度到达相关要求，成尽可能地分开，使产物纯度到达相关要求，成为级别产品。为级别产品。生物产品后处理过程普通包含：生物产品后处理过程普通包含：发酵液发酵液预预处理；提取；精制处理；提取；精制三个步骤三个步骤。第14页图图13-1生物产品分离纯化普通步骤生物产品分离纯化普通步骤发酵液或培养液发酵液或培养液细胞产物细胞产物胞外产物胞外产物胞内产物胞内产物离心或过滤细胞离心或过滤细胞（洗涤）（洗涤）离心或过滤离心或过滤（洗涤（洗涤)离心或过滤离心或过滤（洗涤）（洗涤）细胞破碎细胞破碎（化学法机（化学法机械法等）械法等）整体细整体细胞萃取胞萃取离心、过滤离心、过滤干燥干燥分离剂回收、再生分离剂回收、再生提取、分离提取、分离沉淀、吸附、萃取、过滤等沉淀、吸附、萃取、过滤等分离剂回收、再生分离剂回收、再生纯化、精制纯化、精制层析、结晶、电泳等层析、结晶、电泳等干燥干燥废物废物产物产物产物产物滤液滤液循环循环副产物副产物废物废物滤渣滤渣副产物副产物循环循环废物废物细胞细胞滤渣滤渣副产物副产物废物废物细胞细胞含产物清液含产物清液预处理阶段第15页一、培养液预处理一、培养液预处理 问题问题1、培养液预处理目标是什么？2、培养液预处理包含哪些步骤？菌体细胞分离菌体细胞分离固体悬浮物去除固体悬浮物去除蛋白质去除蛋白质去除重金属离子去除重金属离子去除色素、热原质、毒性物质等有机物质去除色素、热原质、毒性物质等有机物质去除改进培养液处理性能改进培养液处理性能调整适宜调整适宜PH和温度和温度 第16页二、培养液固液分离方法二、培养液固液分离方法 1、分离前处理、分离前处理 加热加热 因因为为加加热热可可能能使使一一些些热热敏敏感感性性蛋蛋白白发发生生不不可可逆逆变变性性，所所以以这这种种预预处处理理方方法法仅仅适适合合用用于于对对非非热热敏敏感感性性产产品品发发酵酵液液预预处处理理。适适当当加加热热之之后后，发发酵酵液液中中蛋蛋白因为变性而凝聚，形成较大颗粒，发酵液粘度就会降低，普通加热用白因为变性而凝聚，形成较大颗粒，发酵液粘度就会降低，普通加热用65-80 调整调整PH值值 适适当当PH值值能能够够提提升升产产物物稳稳定定性性，降降低低其其在在随随即即分分离离纯纯化化过过程程中中损损失失。另另外外，发发酵酵液液PH值值改改变变会会影影响响发发酵酵液液中中一一些些成成份份电电离离程程度度，从从而而降降低低发发酵酵液液粘粘度度。在在调调整整PH值值时时要要注注意意选选择择比比较较温温和和酸酸和和碱碱，以以预预防防局局部部过过酸酸或或过过碱碱。草草酸是一个较惯用酸是一个较惯用PH值调整剂。值调整剂。加入絮凝剂加入絮凝剂 通常情况下，细菌表面都带有负电荷，能够在发酵液中加入带正电荷通常情况下，细菌表面都带有负电荷，能够在发酵液中加入带正电荷 絮絮凝剂，从而使菌体细胞与絮凝剂结合形成絮状沉淀，降低发酵液上粘度，利凝剂，从而使菌体细胞与絮凝剂结合形成絮状沉淀，降低发酵液上粘度，利于菌体收获。于菌体收获。第17页序号序号序号序号方法方法方法方法原原原原 理理理理设设设设 备备备备1 1絮凝絮凝利用电荷中和利用电荷中和及大分子桥联及大分子桥联作用形成更大作用形成更大粒子粒子2 2离心离心离心离心在离心产生策在离心产生策略场作用下，略场作用下，加紧颗粒沉降加紧颗粒沉降速度速度高速冷冻离心机高速冷冻离心机蝶片式离心机蝶片式离心机管式离心机管式离心机倾析式离心机倾析式离心机筐式离心机筐式离心机3 3过滤过滤过滤过滤依据过滤介质依据过滤介质空隙大小进行空隙大小进行分离分离板框过滤机板框过滤机平板过滤器平板过滤器真空旋转过滤机真空旋转过滤机管式过滤器管式过滤器蜂窝式过滤器蜂窝式过滤器深层过滤器深层过滤器4 4膜分膜分离离依据被分离分依据被分离分子大小和膜孔子大小和膜孔大小进行分离大小进行分离平板、卷曲、中空纤维、管式微孔过滤器平板、卷曲、中空纤维、管式微孔过滤器平板、卷曲、中空纤维，管式超滤器平板、卷曲、中空纤维，管式超滤器平板渗透器平板渗透器半透膜型、离子半透膜型电渗析器半透膜型、离子半透膜型电渗析器2、固液分离方法、固液分离方法第18页3、碟式离心机结构及工作原理、碟式离心机结构及工作原理进料进料轻液出口轻液出口菌体及固体杂质菌体及固体杂质 当发酵醪由转鼓中心进料入高速当发酵醪由转鼓中心进料入高速旋转转鼓内，因为固、液比重不一样，旋转转鼓内，因为固、液比重不一样，在碟片空间内因为离心力作用下，把在碟片空间内因为离心力作用下，把发酵醪分成固相和液相两部分。比重发酵醪分成固相和液相两部分。比重较轻清液有规则地沿着碟片上表面向较轻清液有规则地沿着碟片上表面向碟片轴心方向移动，由环形轻液出口碟片轴心方向移动，由环形轻液出口处排出，而比重较大菌体及浓缩物，处排出，而比重较大菌体及浓缩物，则有规则地沿着上一个碟片底表面滑则有规则地沿着上一个碟片底表面滑移到碟片边缘，经转鼓壁上喷嘴喷出移到碟片边缘，经转鼓壁上喷嘴喷出搜集于菌体搜集器内，从而到达分离搜集于菌体搜集器内，从而到达分离菌体目标。菌体目标。此机转速可高达此机转速可高达6000-10000r/min左右。我国广州重型机械厂生产左右。我国广州重型机械厂生产DP-400型酵母高速离心分离机转速为型酵母高速离心分离机转速为6500r/min，可适合用于发酵工业菌体，可适合用于发酵工业菌体分离。分离。第19页表表表表13-213-2细胞破碎方法分类细胞破碎方法分类细胞破碎方法分类细胞破碎方法分类干燥处理干燥处理机械法机械法非机械法非机械法固体剪切作用固体剪切作用流体剪切作用流体剪切作用破碎方法破碎方法溶胞处理溶胞处理珠磨法珠磨法压榨法压榨法超声法超声法化学法化学法物理法物理法高压匀浆高压匀浆酶溶法酶溶法三、细胞破碎三、细胞破碎 细胞破碎细胞破碎就是经过采取不一样伎俩破坏细胞外围使细胞内含物释放出来，转入液相中，方便于进行产物分离纯化。细胞破碎方法有很多，按照是否存在在外加作用力可分为机械法和非机械法两大类。如图13-2为细胞破碎方法分类。表表13-2列出了主要细胞破碎方法原理，使用设备、特点和存在缺点。列出了主要细胞破碎方法原理，使用设备、特点和存在缺点。第20页表13-2细胞破碎方法序序号号方方 法法原原 理理设备设备特特 点点缺缺 点点1压力破碎法利用压力释放时液固剪切进行破碎压力破碎机操作简便，可连续操作，适适用于不一样细胞加压放热，需要冷却，不然生物活性物质会失活；破碎率较低，压力不稳定，需要进行重复破碎2珠磨破碎法利用固体剪切进行破碎细胞珠磨破碎机操作简便、稳定，可连续批式操作，破碎率能够控制，轻易放大，适适用于工业放大珠磨时会放热，需要高效冷却，不一样细胞破碎条件差异大3超声波破碎法利用超声波形成空穴产生压力冲击使进行破碎超声破碎机操作简便，可连续或批式操作超声波处理会产热，需要冷却，破碎率较低，需重复进行破碎，应用面较窄4渗透压法利用渗透压突变，造成细胞内压力差而引发细胞破碎适适用于位于胞内质产物释放，细胞破碎率低，但产物释放很好，纯度较高 操作比较复杂，条件要求严格，只适适用于少许榈处理，费用高5有机溶剂或表面活性剂法利用有机溶剂或表面活性剂改变细胞壁或膜通透性，使胞内产物得以释放方法简单，细胞内含物释放少，产物较纯，可大规模应用 适用性有限，只适合于对有机溶剂或表面活性剂稳定产物6碱或酶处理法经碱或酶处理使细胞壁或膜破坏，使产物释放出来方法简单，可大规模应用适用性有限，只适合于对碱或酶稳定产物第21页问题问题细胞破碎方法详细有哪些？四、生物物质分离纯化方法四、生物物质分离纯化方法 发酵产物提取和精制过程发酵产物提取和精制过程也就是也就是浓缩浓缩和和纯化纯化过程，普通包含：过程，普通包含：发酵液预处理发酵液预处理；提取提取；精制精制三个步骤。在提取前还必须使菌体、悬浮固形物、固体发酵液开，即进行三个步骤。在提取前还必须使菌体、悬浮固形物、固体发酵液开，即进行过滤或离心分离，并加入一些物质或采取一些办法，以改变发酵液性质，便于以后提过滤或离心分离，并加入一些物质或采取一些办法，以改变发酵液性质，便于以后提取，这过程称为取，这过程称为发酵液预处理发酵液预处理。因为发酵液体积大，发酵液中发酵产物浓度低，一步。因为发酵液体积大，发酵液中发酵产物浓度低，一步操作远不能满足要求，而常要好几步操作。其中第一步操作从发酵液中分离提取发酵操作远不能满足要求，而常要好几步操作。其中第一步操作从发酵液中分离提取发酵产物最为主要，称为产物最为主要，称为提取提取。而以后几步操作所处理体积小了，操作要轻易些，主要将。而以后几步操作所处理体积小了，操作要轻易些，主要将发酵产物部分除去杂质、浓缩、提纯及精炼，这过程统称发酵产物部分除去杂质、浓缩、提纯及精炼，这过程统称精制精制。用于生物物质分离、纯化方法除了用于生物物质分离、纯化方法除了传统传统沉淀法、吸附法、离子交换、萃取法等沉淀法、吸附法、离子交换、萃取法等之外，还有之外，还有超滤、反渗透、电渗析、凝胶电泳、离子交换层析、新和层析、疏水层超滤、反渗透、电渗析、凝胶电泳、离子交换层析、新和层析、疏水层析、等电聚焦、双水相萃取、超临界萃取、反胶团萃取、凝胶层析析、等电聚焦、双水相萃取、超临界萃取、反胶团萃取、凝胶层析等。表等。表13-3、表、表13-4、表、表13-5分别列出了一些生物分离纯化技术及其它们特点、经济性。分别列出了一些生物分离纯化技术及其它们特点、经济性。第22页表13-3主要生物分离纯化技术一览表分离纯化技分离纯化技术术开发觉实状况经典产物产物回收率产物回收率选择性选择性产物产出形式产物产出形式蒸馏蒸馏工业化挥发性物质高回收全部挥发性物质，选择性低产物浓溶液浓缩浓缩 加热法加热法 超滤法超滤法工业化非挥发性物质分子量大于50000物质取决于产物稳定性高无选择性去除全部低分子量化合物去除挥发性组分浓缩发酵液浓缩且部分纯化发酵液萃取萃取 溶剂溶剂 （传统）（传统）溶剂溶剂（离子对）（离子对）双水相分配双水相分配双水相双水相+液液膜膜工业化半工业化小规模工厂生产溶剂可溶性物质溶剂可溶，且必须有适当抗衡离子物质大分子量物质潜力大，产物范围广中高中潜力 大去除全部不能溶于溶剂化事物很好选择性中等选择性潜力很大产物与溶剂混合溶液产物与平衡离子溶剂混合溶液溶解在聚乙二醇中产物溶液溶剂和产物溶液乳人液沉淀、过滤沉淀、过滤或离心或离心工业化产物不溶性衍生物高选择性较高产物不溶衍生物浓浆吸附吸附工业化大分子量及不稳定物质中选择性高，甚至是专一性以溶液存在于洗脱液中第23页问题问题请列举出生物物质分离纯化方法（最少5个）？五、生物分离工艺介绍五、生物分离工艺介绍 生生物物产产品品商商品品化化，除除了了必必须须有有良良好好、高高效效生生物物分分离离纯纯化化方方法法外外，还还必必须须对对这这些些方方法法进进行行合合理理安安排排，以以得得到到可可用用于于大大规规模模生生产产、含含有有良良好好经经济济性性生生物物分分离离工工艺艺。为为了了取取得得优优化化生生物物分分离离工工艺艺，确确保保生生产产目目标标实实现现，设设计计详详细细工工艺艺前前普普通通需需要要考考虑虑以以睛睛总总体体概概念念：P246 纯度和质量纯度和质量 成本成本 利利用用微微生生物物、工工程程菌菌进进行行发发酵酵或或动动植植物物细细胞胞培培养养、酶酶反反应应等等进进行行生生物物产产品品上上游游过过程程中中各各种种原原因因均均对对分分离离纯纯化化方方法法和和分分离离工工艺艺有直接影响。有直接影响。P246共共7点点 第24页生化产品大规模生产对分离纯化技术和生物分离工艺有以下生化产品大规模生产对分离纯化技术和生物分离工艺有以下一些要求：一些要求：P247生物分离工艺设计方法主要有：生物分离工艺设计方法主要有：P247248方法启发式方法启发式设计启发式设计启发式教授启发式教授启发式数学模型式数学模型式合成式合成式 生化产物在物料中存在形式基本上有两种情况：生化产物在物料中存在形式基本上有两种情况：细胞内或细细胞内或细胞外胞外。在工艺设计时为从原始物料中回收产品，。在工艺设计时为从原始物料中回收产品，首先需要首先需要进行液进行液-固分离，若产物是在溶液中，固固分离，若产物是在溶液中，固-液分离后所得含产物和大量杂质液分离后所得含产物和大量杂质稀溶液，稀溶液，经浓缩后经浓缩后，再进行分离纯化。而，再进行分离纯化。而对于产物处于细胞内时对于产物处于细胞内时，固固-液分离后，得到细胞需要进行液分离后，得到细胞需要进行破碎破碎，使产物释放到溶液中，再，使产物释放到溶液中，再经过液经过液-固分离后，得到含产物和大量稀溶液，再经浓缩固分离后，得到含产物和大量稀溶液，再经浓缩第25页后，再进行分离纯化。若产物是在细胞内以后，再进行分离纯化。若产物是在细胞内以包涵体形式存在包涵体形式存在，须将包涵体与细胞碎片分离，经过变性、复性后进行分离纯化。须将包涵体与细胞碎片分离，经过变性、复性后进行分离纯化。生物分离工艺基本流程如图生物分离工艺基本流程如图13-4所表示。所表示。因为产物及种类不一样，生化产品分离纯化工艺也是不一样。因为产物及种类不一样，生化产品分离纯化工艺也是不一样。但工业生产工艺中分离纯化步骤安排次序还是有一些共同点，但工业生产工艺中分离纯化步骤安排次序还是有一些共同点，总是将最轻易分离物质放在前面总是将最轻易分离物质放在前面，而将难以分离物质，而将难以分离物质留在后面留在后面进行分离进行分离。普通第一步应该是非特异性。普通第一步应该是非特异性低分辨率低分辨率分离技术，如分离技术，如沉淀、粗吸附；第二步采取沉淀、粗吸附；第二步采取高分辨、较高选择性高分辨、较高选择性分离技术；最分离技术；最终选择兼有终选择兼有高选择性分离纯化、又有澄清、脱盐等作用凝胶层高选择性分离纯化、又有澄清、脱盐等作用凝胶层析析等。这种工艺安排是基于在粗分离时，物料体积较大，使用等。这种工艺安排是基于在粗分离时，物料体积较大，使用廉价、低选择性技术来降低成本。而后面步骤因为物料体积减廉价、低选择性技术来降低成本。而后面步骤因为物料体积减小和降低，就能够比较经济地使用更昂贵高选择性分离步骤。小和降低，就能够比较经济地使用更昂贵高选择性分离步骤。表表13-6为一些与产物相关分离纯化工艺过程。为一些与产物相关分离纯化工艺过程。第26页图图图图13-413-4生物分离工艺基本流程生物分离工艺基本流程生物分离工艺基本流程生物分离工艺基本流程初始物料初始物料细胞细胞固固-液分离液分离溶液溶液细胞破碎细胞破碎固固-液分离液分离包涵体包涵体固体固体溶液溶液提取提取变性变性复性复性浓缩浓缩粗分离粗分离纯化纯化精制精制产品产品第27页Thank youThank you！本课程全部结束本课程全部结束第28页