生物物质分离与纯化（）.ppt

图13-1生物产品分离纯化的一般步骤 表13-2细胞破碎方法的分类 表13-2细胞破碎方法 表13-3主要的生物分离纯化技术一览表 图13-4生物分离工艺的基本流程 生化生产过程的最后一个环节是把目标产物从培养液或反应液中分离提取出来。多数生化产品在生产过程中需经微生物发酵、酶反应过程或动植物细胞大量培养，并通过包括产物回收、粗分离、纯化及精制等处理后，才能符合一定的质量标准。在生物产品生产过程中一般将微生物发酵、酶反应过程或动植物细胞大量培养称为“上游过程”，而与之相应的产物回收、粗分离、纯化及加工等后续过程就称之为“下游过程”，或称之为生化分离和纯化过程。众所周知，要使生物技术走向产业化，必须要上下游过程兼容、协调、以使全过程能优化进行。 鉴于生化产品具有如下特点：目的产物在初始物料中的含量低；含目的产物的初始物料组成复杂，除了产物外，还含有大量的细胞、代谢物、残留培养基、无机盐等；生物活性物质的稳定性差，对PH、温度、金属离子、有机溶剂、剪切力、表面张力等十分敏感，易失活、变性；生化产品种类繁多，包括了大、中、小分子量的结构和性质复杂又各异的生物活性物质；生化产品的应用面广，许多产品用作医药、食品、试剂等，对含量和纯度要求高等。因此，应用于生化产品的后处理过程中的分离纯化技术必须满足以下一些要求： 条件温和，特别对具有生物活性的物质，在后处理过程中必须保持其生物活性； 分离纯化技术的选择性好、专一性强，能从复杂的混合物中有效地将目的产物分离出来，以达到较高的分离纯化倍数； 目的产物的量和活性具有较高的收率； 应用于生化产品的后处理过程中的分离纯化技术必须满足以下一些要求： 在提高单个分离技术的收效率的同时，注意各单元操作间的有效组合和整体协调，以减少工艺过程的步骤； 快速，以提高生产能力。 就目前的发展和应用情况来看，在大多数生物产品的开发研究中，后处理过程等的研究费用约占全部费用的50%以上，在产品的成本构成中，后处理成本占总成本的40%-80%,对于精细胞和药用的产品，此比例就更高。生产过程中后处理投入的人力和物力占全部的70%-90%. 生物产品的后处理分离纯化技术和工艺不仅影响产品的质量和成本，也决定着产品的产量。生化产品由于没有适当的提取、分离和纯 化方法或因回收率太低致使 生产成本过高而不能投产的例子是屡见不鲜的。 不同的生化产品，由于自身的特性及其对纯度要求的不同，所采用的分离纯化路线常常也是不同的。例如从发酵液中提取和精制菌体和胞内酶，就与分离与纯化细胞的代谢产物有明显的不同；同样即使产物都属于代谢产物，由于产物的化学结构不同，其提取和精制的方法也就不同。但一般来说，分离纯化路线都包括了两个基本阶段：产物的初级分离阶段；产物的纯化精制阶段。 初级分离阶段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（如果产物在胞内）、溶解包涵体、复原蛋白质、浓缩产物和去除大部分杂质等。 纯化精制阶段是在初级分离的基础上，用各种高选择的手段和方法，将目标产物和干扰杂质尽可能地分开，使产物的纯度达到相关的要求，成为级别的产品。 生物产品的后处理过程一般包括：发酵液的预处理；提取；精制三个步骤 。 发酵液或培养液 细胞产物 胞外产物 胞内产物 离心或过滤细胞 （洗涤） 离心或过滤 （洗涤) 离心或过滤 （洗涤） 细胞破碎 （化学法机 械法等） 整体细 胞萃取 离心、过滤 干燥 分离剂回收、再生 提取、分离 沉淀、吸附、萃取、过滤等 分离剂回收、再生 纯化、精制 层析、结晶、电泳等 干燥 废物 产物 产物 滤液 循环 副产物 废物 滤渣 副产物 循环 废物 细胞 滤渣 副产物 废物 细胞 含产物的清液 预处理阶段 一、培养液的预处理 问题 1、培养液的预处理的目的是什么？ 2、培养液的预处理包括哪些步骤？ 菌体细胞的分离 固体悬浮物的去除 蛋白质的去除 重金属离子的去除 色素、热原质、毒性物质等有机物质的去除 改善培养液的处理性能 调节适宜的PH和温度 二、培养液的固液分离方法 1、分离前的处理 加热 由于加热可能使某些热敏感性蛋白发生不可逆的变性，因此这种预处理方法仅适用于对非热敏感性产品发酵液的预处理。适当加热之后，发酵液中的蛋白由于变性而凝聚，形成较大的颗粒，发酵液的粘度就会降低，一般加热的用65-80 调节PH值 适当的PH值可以提高产物的稳定性，减少其在随后的分离纯化过程中的损失。此外，发酵液PH值的改变会影响发酵液中某些成分的电离程度，从而降低发酵液的粘度。在调节PH值时要注意选择比较温和的酸