生化分离技术和生物化工产品

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1、第九章生化分离技术和生物化工产品9/30/20211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(DownstreamProcessing)。单元操作：完成一道工序所需的一种方法和手段。9/30/20212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

2、大小分类Mass<1000D：抗生素、有机酸、aa、多肽类等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（α-淀粉酶）等9/30/20213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X0–X000000，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（<50ug/m

3、l）。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（1.5×10-6），蛋白类药物（杂质<2%）、重组胰岛素（Humulin）中杂蛋白小于0.01%。9/30/202141)、生化产品的

4、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

5、治理。生化分离工作的重要性9/30/20215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9/30/20216生化分离工程的分类Absorbance1）、非特异性吸附抗生素(吸附)2）、特异性吸附抗体2h3）、亲和吸附抗原抗体4）、离子交换抗生素Chromatography1）、凝胶抗生素、蛋白

6、质(色谱或层析)2）、亲和色谱抗体6h3）、离子交换蛋白质ElectricField1）、磁性免疫微球抗原抗体(场致分离)2）、区带电泳蛋白质6h3）、等速电泳蛋白类4）、等点聚焦电泳蛋白类9/30/20217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

7、盐、石灰和NaCl)作用下,细胞蛋白质等(准)胶体去稳定，并聚集成1mm大小的凝聚块的过程。悬浮液的预处理9/30/202189/30/202199/30/202110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)、φn-----------总回收率，λn------------各单元回收率。分离步骤越多，回收率越低；如φ10=0.9510=0.63，φ5=0.955=0.77B)、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

8、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。9/30/2021114)、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。9/30/202112设计前应了解的信息㈠在设计前，首先要掌握的产物物化性