生物分离技术

生物分离技术谭春艳；尹吉；何磊；蔡海龙主要内容生物分离技术的发展历史生物分离技术的基本含义生物分离技术的特点生物分离的基本原理生物分离的基本过程常见的生物分离技术重组人胰岛素产品分离工艺简介生物分离技术的发展历史产业部门利用生物分离技术至今已有几百年的历史。从鲜花与香草中提取天然香料从牛奶中提取奶酪发酵制酒精以及有机酸分离提取大规模深层发酵生产抗菌素基因工程菌生产人造胰岛素，人与动物疫苗等定义：是指从动植物与微生物的有机体或器官、生物工程产物（发酵液、培养液）及其生物化学产品中提取、分离、纯化有用物质的技术过程。也称生物工程下游技术。

生物分离技术的基本含义实质：是研究如何从混合物中把一种或几种物质分离出来的科学技术。生物分离技术主要包括：离心分离、过滤分离、泡沫分离、萃取分离、沉淀（析）分离、膜分离、层析（色谱）分离、电泳分离技术以及产品的浓缩、结晶、干燥等技术。生物分离技术的特点需要实现目标产物的快速分离纯化。需要对原料液进行高度浓缩。需要借助新型的分离技术。需要除去有害人类健康的物质。需要采用利于保持目标产物产品质量的操作条件。

生物分离的基本原理

生物分离的原理有很多，主要是依据离心力、分子大小（筛分）、浓度差、压力差、电荷效应、吸附作用、静电作用、亲和作用、疏水作用、溶解度、平衡分离等原理对原料或产物进行分离、纯化。生物分离的基本过程发酵液（培养液）预处理固-液分离细胞破碎固-液分离动植物原料细胞破碎萃取与预处理初步纯化精制成品加工固-液分离固-液分离沉淀分离静态吸附静态离子交换萃取分离膜分离吸附层析离子交换层析凝胶层析亲和层析疏水层析高效液相色谱脱盐、浓缩结晶、干燥常见的生物分离技术过滤是在推动力的作用下，位于一侧的悬浮液（或含尘气）中的流体通过多孔介质的孔道向另一侧流动。颗粒则被截留，从而实现流体与颗粒的分离操作过程。过滤离心分离是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程。离心利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中萃取结晶：指从饱和溶液中凝结，或从气体凝华出具有一定的几何形状的固体（晶体）的过程。蒸发结晶：蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出。降温结晶：先加热溶液，蒸发溶剂成饱和溶液，此时降低热饱和溶液的温度，溶解度随温度变化较大的溶质就会呈晶体析出。色谱分离：是基于不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，在采用流动相洗脱过程中呈现不同保留时间，从而实现分离。沉析：利用沉析剂使所需要提取的生化物质或杂质在溶液中的溶解度降低而形成无定形固体沉淀的过程。其他常见生物分离技术膜分离：膜分离技术是利用一张特殊制造的，有选择透过性的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种新型分离技术，是根据混合物的物理性质的不同用过筛的方法将其分离，或根据混合物的不同化学性质分离开物质。

电泳（electrophoresis，EP）：指带电颗粒在电场作用下，向着与其电性相反的电极移动，利用带电粒子在电场中移动速度不同而达到分离的技术称为电泳技术。

离子交换：是用一种称为离子交换树脂的物质来进行的。离子交换树脂遇水溶液时，能够从水溶液中吸着某种(类)离子，而把本身所具有的另外一种相同电荷符号的离子等摩尔量地交换到溶液中去，这种现象称为离子交换。其他常见生物分离技术其他常见生物分离技术沉降：当静置悬浮液时，密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐下沉，这一过程称为沉降。细胞破碎：细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。吸附与物理吸附：指吸附剂与吸附质之间是通过分子间引力（即范德华力）而产生的吸附，在吸附过程中物质不改变原来的性质，因此吸附能小，被吸附的物质很容易再脱离，如用活性炭吸附气体，只要升高温度，就可以使被吸附化学吸附，是指吸附剂与吸附质之间发生化学作用，生成化学键引起的吸附，在吸附过程中不仅有引力，还运用化学键的力，因此吸附能较大，要逐出被吸附的物质需要较高的温度，而且被吸附的物质即使被逐出，也已经产生了化学变化，不再是原来的物质了，一般催化剂都是以这种吸附方式起作用。重组人胰岛素产品生产（分离）工艺流程

菌种扩培种子罐培养发酵罐培养发酵液固液分离P1纯化P1沉淀、干燥P2纯化P2沉淀、干燥脱帽成品粗纯化成品精纯化过滤冻干菌种扩培种子罐培养发酵罐培养发酵液固液分离P1纯化P1沉淀、干燥P2纯化P2沉淀、干燥脱帽成品粗纯化成品精纯化过滤冻干菌种扩培对从菌种库中取出的菌种进行活化及初步扩大培养基因工程大肠杆菌、基因工程酵母菌种子罐培养在种子罐中对菌种进行进一步的扩大培养，至菌种到对数生长期时转入发酵罐培养发酵罐培养分两阶段进行控制，第一阶段主要通过控制溶氧和补加甘油使菌体达到富集的目的，第二阶段通过补加甲醇使菌体进行高密度表达目的产物，HPLC检测目的产物含量菌种扩培种子罐培养发酵罐培养发酵液固液分离P1纯化P1沉淀、干燥P2纯化P2沉淀、干燥脱帽成品粗纯化成品精纯化过滤冻干发酵液固液分离目的产物存在于发酵液上清中，此步骤主要控制目的产物收率P1纯化通过两步柱层析，分别去除发酵上清液中的色素和杂蛋白，利用紫外检测仪控制目的产物收率，主要试剂为乙醇与异丙醇P1沉淀、干燥调节PH值，使P1沉淀，再经离心干燥，得中间体I固体P2纯化控温进行转肽反应，主要试剂为DMSO与1,4-丁二醇，再通过柱层析进行提纯，主要试剂为异丙醇P2沉淀、干燥调节PH值，使P2沉淀，再经离心干燥，得中间体II固体脱帽通过控制湿度与温度进行脱帽反应，得到终产物胰岛素主要试剂为丙酮，产品为半固体成品粗纯化经过两步柱层析对胰岛素进行提纯，试剂为Tris-HCl和异丙醇通过超滤对提纯后的胰岛素进行浓缩，通过管道传递到下工序成品精纯化通过制备色谱对胰岛素粗品进行精制，主要试剂为色谱乙腈然后经两