化学工艺学：生物物质分离纯化.pptx

第六节生物物质分离纯化生物物质一些天然存在以及通过各种生物反应过程产生的物质，涉及从低分子化合物到具有复杂结构和功能的生物组织，包括氨基酸、糖类、脂质、抗生素、多肽和蛋白质等。生物产品分离的流程可概括为：产品捕获粗分离纯化及精制返回生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化生物产品尤其是蛋白质类生物大分子具有如下特点：①目的产物在原料液中的含量很低，有时甚至是极微量的；②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、残留培养基等；③生物活性物质的稳定性差，易失活、变性；④生化产品种类繁多，包括了大、中、小相对分子质量的结构和性质复杂又各异的生物活性物质；⑤生物产品一般用于食品、化妆品和医药，与人生命息息相关，对含量和纯度要求高等特点。生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化生物产品的分离纯化技术须满足的要求：①分离条件温和，特别对具有生物活性的物质，在分离纯化过程中必须保持其生物活性，避免其失活；②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标产物分离出来，以达到较高的分离纯化倍数；③在提高单个分离技术的效率的同时，注意各操作间的有效组合和整体协调，尽可能地减少工艺过程的步骤，增加每一步的收率。生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化生物产品分离纯化的一般步骤及主要分离纯化技术的基本原理生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化1生物物质分离的纯化方法萃取法有机溶剂萃取法原理：依靠在水和有机溶剂中的分配系数的差异进行分离。特点：适用于有机化合物及结合有脂质或非极性侧链的蛋白质等的分离。其中反胶团系统较适合于生物活性物质的萃取。缺点：萃取条件严格，安全性低，活性收率低。生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化双水相萃取法原理：依据目的物在不相溶的聚合物或无机盐溶液形成的两相中的分配系数不同而进行分离特点：可连续或批式操作，设备要求简单，萃取容易，操作稳定，极易放大。适合于大规模应用。将离子交换基团、亲和配基、疏水配基等结合在聚合物分子上可改进分配系数及萃取专一性缺点：成本较高，纯化倍数较低，适合于粗分离生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化反胶团萃取法原理：利用表面活性剂形成的“油包水”微滴，对蛋白质等进行分离特点：有一定的选择性，操作简单，萃取能力大缺点：表面活性剂筛选工作量大，目前还缺乏应用实例生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化凝胶萃取法原理：利用凝胶可发生可逆、非连续的溶胀和皱缩以及对所吸收的液体具有选择性的性质进行物质分离特点：设备简单、能耗低、再生容易，有良好的应用前景缺点：目前还处于实验室研究阶段生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化超临界流体萃取原理：利用某些流体在高于其临界压力和临界温度时形成的超临界流体作为溶剂进行萃取特点：萃取能力大、速度快，可通过控制温度和压力改变对某些物质的选择性缺点：操作压力大，目前大规模应用的例子不多，但研究十分活跃生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化沉淀法有机溶剂沉淀法原理：利用有机溶剂破坏蛋白质分子的水化层，使之聚集成更大的分子而沉淀特点：可用于沉淀各种蛋白质，可实现分级沉淀，达到粗分离和浓缩的目的，应用较广、简便缺点：需低温下进行，沉淀时会发生蛋白质变形失活生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化盐析法原理：利用无机盐破坏蛋白质分子的水化层，中和表面电荷，使之聚集成更大的分子团而沉淀特点：可用于蛋白质分级沉淀或沉淀、粗分离及浓缩作用，对生物活性有一定的保护作用，方法简便，可大规模应用缺点：蛋白质的回收率一般，产生的废水含盐高，对环境有较大影响生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化等电点沉淀法原理：利用带电物质在等电点时溶解度最小的原理，在低的离子强度下，调节pH至等电点，使蛋白质等所带电荷为零，使蛋白质等物质沉淀出来，从而实现分离特点：方法简单、有效，成本较低，是常用的粗分离方法缺点：酸化时，目标产物比较容易失活生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化化学沉淀法原理：通过化学试剂与目的产物形成新的化合物，改变溶解度而沉淀特点：可针对性沉淀目的产物缺点：通用性差，需分解沉淀，回收目的产物生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化膜分离超滤和微滤原理：利用膜的筛分性质，以压差为传质推动力，膜具有明显的孔道结构特点：超滤适用于分离或浓缩直径1~50nm的生物大分子，微滤适用于细胞、细菌和微粒子的分离，目标物质的大小范围0.01~10?m缺点：膜易堵塞，膜需经常清洗、再生生物化工反应单元操作——生物物质分离纯化透析原理：利用膜的筛分性质，以浓差为传质推动力特点：用于生物大分子的脱盐和复性缺点：样品处理量小电渗析原理：利用分子的荷电性质和分子大小的差别进行分离特点：用于氨基酸和有机酸等生物小分子的分离纯化缺点：设备成