生化分离技术

上游

中游下游工业生物技术产品的生产过程灵魂

核心关键第2页,共35页，2024年2月25日，星期天

工程放大小试工业化生产中试第3页,共35页，2024年2月25日，星期天学习的目的

生化分离技术是实现生物工程产业化的关键。通过本课程的学习，对当前生化分离技术领域的大分子物质提取、分离及纯化技术、沉淀技术、浓缩技术、膜分离技术、生物反应器技术、各种色谱技术、各种电泳技术等有较全面、较详细的了解，并掌握一些主要技术的方案设计和实际操作。

第4页,共35页，2024年2月25日，星期天参考书第5页,共35页，2024年2月25日，星期天参考书第6页,共35页，2024年2月25日，星期天参考书第7页,共35页，2024年2月25日，星期天参考书第8页,共35页，2024年2月25日，星期天1生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择主要内容生化分离技术的发展趋势5第9页,共35页，2024年2月25日，星期天

生化分离技术：

是指对由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业过程产生的生物原料，经提取分离、加工并精制，最终使其成为产品这个过程中所采用的方法和手段的总称。第10页,共35页，2024年2月25日，星期天生化分离技术的特点：①产物浓度低的水溶液（庆大霉素（0.2%））②组分复杂（a大分子；b小分子；c可溶物；d不可溶物；e化学添加物）③产物稳定性差(a化学降解(pH,温度)；b微生物降解（酶作用，染菌）④制得产品价格和产物浓度成反比（原料中目标产物越低，所需能耗越高，分离过程成本越高）⑤

终产品的质量要求高。尤其是药品等（蛋白类药物杂质小于2%、重组胰岛素中杂蛋白小于0.01%）第11页,共35页，2024年2月25日，星期天生化分离技术的重要性：是生物技术产品产业化的必经之路，决定了生物技术的发展。决定了产品的质量的优劣，成本的高低，竞争力的大小。总之，生物技术产品的特点给下游加工过程提出了特殊的要求，没有下游加工过程，就不可能有工业化结果、工业化效益。第12页,共35页，2024年2月25日，星期天1生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择主要内容生化分离技术的发展趋势5第13页,共35页，2024年2月25日，星期天生化分离技术发展的历史：古代酿造业第一阶段生化分离技术第二阶段生化分离技术第三阶段生化分离技术天然发酵[白酒、啤酒、葡萄酒、酱油…]↓纯种发酵技术,采用压滤、蒸馏等手段[酒精、丙酮、丁醇…]↓通风发酵技术、代谢调控发酵技术,采用离子交换、电泳技术等手段[抗生素(青霉素)、有机酸、酶制剂、氨基酸、核苷酸…]↓细胞融合技术和基因重组菌种发酵技术[胰岛素、干扰素…]第14页,共35页，2024年2月25日，星期天1生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择主要内容生化分离技术的发展趋势5第15页,共35页，2024年2月25日，星期天１．单体或小分子类（1）氨基酸（2）核苷酸（3）脂质及植物次生物质生化分离技术主要研究对象有:有重要的营养和医用价值，可以作为食品添加剂和临床输液，也可作为日用化工的新材料－皮肤营养剂、抗氧化剂，还可以作为畜牧业方面的增效剂－高效饲料添加剂，还可以作为轻工业领域的新生力量－新型表面活性剂、新型纤维，生物工程不可缺的基本材料－细胞工程、发酵工程所需培养基的添加剂等。核苷酸类物质包括UMP、GMP、CMP、AMP及其衍生物，是重要的医药中间体和核酸类药物。脂质在食品添加剂和医药等方面用途广泛。第16页,共35页，2024年2月25日，星期天2.生物大分子（1）蛋白质（2）多糖（3）核酸3.复合分子复合分子是指由大分子与大分子构成的复合物如多糖与蛋白质构成的糖蛋白、色素与蛋白质构成的色蛋白,也包括大分子与小分子构成的复合物如脂蛋白、磷蛋白等。第17页,共35页，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、纯度),以保证分离工作顺利进行.1.生物测定方法:生物测定又称生物检(鉴)定。利用某些生物对某些物质的特殊需要，或对某些物质（如抗生素、药物等）的特殊反应来定性,定量测定这些物质的方法。如用小鼠的惊厥反应测定，用微生物测定维生素B等。2.理化测定方法3.理化方法和生物方法相结合一个好的分析方法必须满足:特异性或专一性强；重现性好；准确度高；灵敏度高；时间短，操作简便。

生化分离技术基本步骤:第18页,共35页，2024年2月25日，星期天(二)选择提取材料选材的主要原则:来源丰富,含量相对较高,杂质尽可能少。选择材料范围包括动物、植物、微生物.第19页,共35页，2024年2月25日，星期天主要生物材料来源动物脏器血液及分泌物海洋生物植物与微生物廉价与方便第20页,共35页，2024年2月25日，星期天(三)选择提取方法实验材料选定后，常常需要进行预处理，然后选择适当的方法将目的物进行抽提和提取。(四)分离纯化方法的探索分离纯化步骤为核心操作，须根据目的物的理化性质，生物学性质及具体条件定。第21页,共35页，2024年2月25日，星期天

下游加工过程的一般流程（沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶）发酵液初步纯化细胞碎片分离细胞破碎细胞分离高度纯化成品加工预处理胞外产物（加热、调pH、絮凝）（过滤、离心分离、膜分离)（匀浆、研磨、酶解）（离心分离、双水相萃取、膜分离）（重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）（浓缩、无菌过滤、干燥、成型）胞内产物提取精制产品的收得率和质量控制应是贯穿生化分离技术工艺过程的主线。第22页,共35页，2024年2月25日，星期天沉淀分离盐析、有机溶剂沉淀、选择性变性沉淀、非离子聚合物沉淀等层析分离吸附层析、凝胶层析、离子交换层析、疏水层析、反相层析、亲和层析及层析聚焦等电泳分离SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦、双向电泳、毛细管电泳等离心分离低速、高速、超速（差速离心、密度梯度）离心分离技术等膜分离技术透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透等第23页,共35页，2024年2月25日，星期天生化分离方法分类分离主要依据分离技术种类分离主要依据

分离技术种类形状和大小电离性质极性（疏水性）生物功能或特殊化学基团凝胶过滤、超滤、透析离子交换层析、电泳（除SDS）分配、吸附、疏水层析亲和层析等电点（pI）溶解性密度、大小层析聚焦、等电聚焦盐析、有机溶剂抽提高速离心、超离心第24页,共35页，2024年2月25日，星期天(五)均一性的鉴定当分离工作完成后，所得目的物达什么样的纯度,常常要进行均一性的鉴定。

比如：对蛋白质、核酸、多糖类物质常用纯度鉴定方法有层析法、电泳法、超离心法。第25页,共35页，2024年2月25日，星期天1生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择主要内容生化分离技术的发展趋势5第26页,共35页，2024年2月25日，星期天生化分离过程是若干纯化技术联合,同时如何将这些技术合理的组合和按顺序使用也是成功分离必须考虑的。分离纯化一般分为三个阶段:初始阶段,中间阶段,精致阶段。第27页,共35页，2024年2月25日，星期天主要任务在于从相对较大体积的抽提液中除去大量杂质,同时能浓缩样品和保障样品处于稳定的环境中。侧重点放在速度和处理量上。采用的技术有沉淀技术、膜过滤技术、离子交换层析、亲和层析等。初始阶段:第28页,共35页，2024年2月25日，星期天主要任务是进一步除去大量杂质,但这些杂质与目的物的性质差异相对较小,所以选择分离方法要有较高的分辨率。侧重点放在分辨率和处理量上。采用的技术有离子交换层析、亲和层析、制备级等电聚焦技术等。中间阶段:第29页,共35页，2024年2月25日，星期天主要任务是除去微量杂质,使最后的产品获得高纯度.侧重点放在分辨率上.采用的技术有离子交换层析、凝胶层析等.精制阶段:第30页,共35页，2024年2月25日，星期天1生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择主要内容生化分离技术的发展趋势5第31页,共35页，2024年2月25日，星期天1.多种分离、纯化技术相结合膜分离与亲和配基、离子交换基团相结合,形成了亲和膜过滤技术。离心分离与膜分离过程结合,形成了膜离心分离过程。这类将两种及以上的技术的优势结合,往往具有选择性好、分离效率高、步骤简化、能耗低等优点。第32页,共35页，2024年2月25日，星期天2.生化分离技术(下游技术)与发酵工艺(上游技术)相结合它是指上游技术和下游技术的改良要紧密联系,通过改进上游因素,简化下游分离提取过程;把发酵-分离作为一个耦合的过程来进行。第33页,共