第六章生物制药下游技术.pptVIP

第六章生物制药下游技术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，是一门应用性很强、科技含量较高的学科，涉及到物理、化学、生物学等方面的知识和操作技术。一、简介

二、发酵液的预处理

三、细胞破碎

四、提取：过滤、离心、沉析、萃取

五、分离纯化：膜分离技术、层析、结晶、电泳

六、成品灭菌、干燥基本涵义生物分离技术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。主要内容包括离心分离、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。基本原理主要是依据离心力、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。不同的分离对象需要采用不同的分离方法才能有效地被分离。发展历史生物分离技术至今已有几百年的历史。16世纪人们发明了用水蒸气蒸馏从鲜花与香草中提取天然香料的方法；近代生物分离技术是在欧洲工业革命以后逐渐发展形成的；到20世纪40年代初，大规模深层发酵生产抗菌素；近年来发展的新生物技术包括利用基因工程菌生产人造胰岛素，人与动物疫苗等产品，某粗产物的含量极低，而对分离所得最终产物的要求却更高了。生物分离的基本过程生物分离工艺流程：一般包括原料的选取、预处理、细胞破碎、固-液分离、初步纯化（分离）、精制（高度纯化）和成品加工等过程。生物分离技术的特点1、需要对目标产物的快速分离纯化2、需要对原料液进行高度浓缩3、需要借助新型的分离技术和材料4、需要除去有害人类健康的物质5、采用利于保持目标产物产品质量的操作条件6、产品要求高质量、高纯度生物分离方法的选择对于一个未知化学结构和性质的组分的分离制备设计，大致可按以下六个基本步骤进行：1、查找与待分离组分相关的基础性研究资料，建立相应的分析鉴定方法；2、开展制备物的理化性质稳定性的预备试验；3、开展材料处理及抽提方法的选择试验；4、进行分离纯化方法、程序的摸索及其分离效果的评价；5、进行产物均一性的测定；6、进行中间试验和工业生产应用的放大设计，确定最佳的分离方法。预处理的目的1.分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒（细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物）。2.除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于后继各步操作。预处理的方法（一）发酵液过滤特性的改变（二）发酵液的相对纯化发酵液过滤特性的改变微生物发酵液的特性为：发酵产物浓度较低，大多为1-10%，悬浮液中大部分是水；悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；固体粒子可压缩性大；液相粘度大，大多为非牛顿型流体；性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。改善发酵液过滤特性的物理化学方法调酸（等电点）、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等。1.降低液体粘度根据流体力学原理，滤液通过滤饼的速率与液体的粘度成反比，降低液体粘度（加水稀释法和加热法等）可有效提高过滤速率。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。2.调节pHpH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。3.凝聚与絮凝采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。另外，还能有效地除去杂蛋白和固体杂质，提高滤液质量。（1）凝聚指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子双电层的结构使胶粒之间不易聚集而保持稳定的分散状态。主要是无机类电解质，大多为阳离子。常用的凝聚剂电解质：硫酸铝Al2(SO4)3?18H2O；氯化铝AlCl3?6H2O;三氯化铁FeCl3;硫酸亚铁FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3（2）絮凝指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵液较易分离。絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万至一千万以上，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括带电荷的阴离子（如-COOH）或阳离子（如-NH2）基团以及不带电荷的非离子型基团。它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联结时，就形成了较大的絮团，这就是絮凝作用。工业上使用的絮凝剂可分为三类