精彩]生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品課件

1、2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品12022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品2基本定義生化分離工程的定義： 為提取生物產(chǎn)品時(shí)所需的原理、方法、技術(shù)及相關(guān)硬件設(shè)備的總稱(chēng)，指從發(fā)酵液、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)液、酶反應(yīng)液和動(dòng)植物組織細(xì)胞與體液等中提取、分離純化、富集生物產(chǎn)品的過(guò)程 (Downstream Processing)。 單元操作： 完成一道工序所需的一種方法和手段。 2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品3生化產(chǎn)品的類(lèi)型按用途分類(lèi) 食品類(lèi)。 保健品類(lèi)。 醫(yī)用類(lèi)產(chǎn)品（1998年，719種）?？股?12種 農(nóng)業(yè)用產(chǎn)品（1998年，36種）。 生物試劑類(lèi)（1998年，9

2、75種）。按分子量大小分類(lèi) Mass 1000D：酶、抗原、抗體、多肽、蛋白質(zhì)類(lèi)按發(fā)酵時(shí)目的產(chǎn)物所在的位置分類(lèi) cell內(nèi)：胰島素、白細(xì)胞介素、干擾素、重組蛋白質(zhì) cell外：抗生素（青霉素、紅霉素）、胞外酶（-淀粉酶）等 2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品41)、應(yīng)用面廣。、應(yīng)用面廣。 醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保、動(dòng)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、食品和試劑等醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)保、動(dòng)植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)、食品和試劑等2)、種類(lèi)繁多。分子量、種類(lèi)繁多。分子量X0X000000，結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，生物活性各異。，結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，生物活性各異。3)、目的產(chǎn)物在初始物料中的含量低。、目的產(chǎn)物在初始物料中的含量低。 青霉素（青霉素（4.

3、2%）、慶大霉素）、慶大霉素 （0.2%）、干擾素（）、干擾素（50ug/ml）。）。4)、產(chǎn)品價(jià)格與產(chǎn)物濃度呈反比、產(chǎn)品價(jià)格與產(chǎn)物濃度呈反比:5)、初始物料成分復(fù)雜。除少量產(chǎn)物外，還有大量的細(xì)胞及碎片、其他代、初始物料成分復(fù)雜。除少量產(chǎn)物外，還有大量的細(xì)胞及碎片、其他代謝物（幾百上千種）、培養(yǎng)基成分、無(wú)機(jī)鹽等。謝物（幾百上千種）、培養(yǎng)基成分、無(wú)機(jī)鹽等。6)、生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性低。易變質(zhì)、易失活、易變性，對(duì)溫度、生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性低。易變質(zhì)、易失活、易變性，對(duì)溫度、pH值、值、重金屬離子、有機(jī)溶劑、剪切力、表面張力等非常敏感。重金屬離子、有機(jī)溶劑、剪切力、表面張力等非常敏感。7)、產(chǎn)品的質(zhì)

4、量要求高，尤其是藥品等。成品青霉素對(duì)其強(qiáng)致敏原、產(chǎn)品的質(zhì)量要求高，尤其是藥品等。成品青霉素對(duì)其強(qiáng)致敏原 青霉噻青霉噻唑蛋白必須控制唑蛋白必須控制RIA值（放射免疫測(cè)定）小于值（放射免疫測(cè)定）小于100（1.510-6），蛋），蛋白類(lèi)藥物（雜質(zhì)白類(lèi)藥物（雜質(zhì) 2%）、重組胰島素（）、重組胰島素（Humulin）中雜蛋白小于）中雜蛋白小于0.01%。2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品51)、生化產(chǎn)品的必經(jīng)的過(guò)程。、生化產(chǎn)品的必經(jīng)的過(guò)程。2)、回收率不高?？股亍⒒厥章什桓?。抗生素(80%左右左右)，蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)(60-90%)。3)、分離純化昂貴。下游研究費(fèi)用占整個(gè)、分離純化昂貴。

5、下游研究費(fèi)用占整個(gè)R&D費(fèi)用的費(fèi)用的50%以以上；產(chǎn)品的成本構(gòu)成中分離純化的成本站全部成本的上；產(chǎn)品的成本構(gòu)成中分離純化的成本站全部成本的40-80%; 精細(xì)和藥用產(chǎn)品的成本比率更高精細(xì)和藥用產(chǎn)品的成本比率更高; 大多數(shù)酶大多數(shù)酶70%。4)、基因工程的、基因工程的R&D費(fèi)用，下游占費(fèi)用，下游占50-80%?；蚬こ瘫磉_(dá)產(chǎn)?；蚬こ瘫磉_(dá)產(chǎn)品成本品成本85-90%；勞動(dòng)力和物力成本占整個(gè)勞動(dòng)力的；勞動(dòng)力和物力成本占整個(gè)勞動(dòng)力的70-90%。5)、中藥現(xiàn)代化的重要技術(shù)平臺(tái)。農(nóng)學(xué)、分離科學(xué)、生化分析、中藥現(xiàn)代化的重要技術(shù)平臺(tái)。農(nóng)學(xué)、分離科學(xué)、生化分析、藥學(xué)等藥學(xué)等6)、提供產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力

6、的關(guān)鍵技術(shù)之一。、提供產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)之一。WTO，降低生產(chǎn)成本、，降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。提高產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。7)、環(huán)境污染的治理、環(huán)境污染的治理 。2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品6 動(dòng)、植物組織、體液等動(dòng)、植物組織、體液等 胞外產(chǎn)物胞外產(chǎn)物 提取提取發(fā)酵液發(fā)酵液 預(yù)處理預(yù)處理 c分離分離 c破碎破碎 碎片分離碎片分離 初步純化初步純化 精制精制 制成品制成品培養(yǎng)液培養(yǎng)液 加加 熱熱 沉沉 淀淀 勻勻 化化 離離 心心 沉沉 淀淀 分子篩分子篩 無(wú)菌過(guò)濾無(wú)菌過(guò)濾酶反應(yīng)酶反應(yīng) 調(diào)調(diào) pH pH 離離 心心 超超 聲聲 萃萃 取取 吸吸 附附 離離 子子 超超 濾濾 絮絮 凝

7、凝 過(guò)過(guò) 濾濾 胞胞 溶溶 過(guò)過(guò) 濾濾 萃萃 取取 親親 和和 凍凍 干干 錯(cuò)流過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾 研研 磨磨 錯(cuò)流過(guò)濾錯(cuò)流過(guò)濾 超超 濾濾 吸吸 附附 噴噴 干干 憎憎 水水 結(jié)結(jié) 晶晶 電電 泳泳2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品7Absorbance 1）、）、非特異性吸附非特異性吸附 抗生素抗生素(吸附吸附) 2）、）、特異性吸附特異性吸附 抗體抗體2h 3）、）、親和吸附親和吸附 抗原抗體抗原抗體 4）、）、離子交換離子交換 抗生素抗生素Chromatography 1）、）、凝膠凝膠 抗生素、蛋白質(zhì)抗生素、蛋白質(zhì)(色譜或?qū)游錾V或?qū)游? 2）、）、親和色譜親和色譜 抗體抗體

8、6h 3）、）、離子交換離子交換 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)Electric Field 1）、磁性免疫微球）、磁性免疫微球 抗原抗體抗原抗體(場(chǎng)致分離場(chǎng)致分離) 2）、）、區(qū)帶電泳區(qū)帶電泳 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)6h 3）、）、等速電泳等速電泳 蛋白類(lèi)蛋白類(lèi) 4）、）、等點(diǎn)聚焦電泳等點(diǎn)聚焦電泳 蛋白類(lèi)蛋白類(lèi)2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品8 預(yù)處理的目的:改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)(黏度、顆粒、顆粒穩(wěn)定性等)，固液分離速度，分離器分離效率；目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移其中一相(多數(shù)為液相)；去雜質(zhì) 預(yù)處理方法加熱：最簡(jiǎn)單和最廉價(jià)的處理方法。黏度、促凝聚、固體成分體積、破壞凝膠結(jié)構(gòu)、增加空隙率、去蛋白調(diào)pH值：方法簡(jiǎn)單有效

9、、成本低廉；凝聚：在凝聚劑(如鋁鹽、鐵鹽、石灰和NaCl)作用下, 細(xì)胞蛋白質(zhì)等(準(zhǔn))膠體去穩(wěn)定，并聚集成1mm大小的凝聚塊的過(guò)程。懸浮液的預(yù)處理2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品92022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品102022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品11方法選擇的基本原則1)、盡可能簡(jiǎn)單、低耗、高效、快速。2)、分離步驟盡可能少。Why? A)、 n -總回收率，n -各單元回收率。分離步驟越多，回收率越低；如10 = 0.9510 = 0.63，5 = 0.955 =0.77B)、分離步驟多，設(shè)備投入大，人員物資消耗大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。3)、避免相同

10、原理的分離技術(shù)多次重復(fù)出現(xiàn)。比如，分子篩和超濾技術(shù)按分子量大小分離，重復(fù)應(yīng)用兩次以上，意義就不大了。2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品124)、盡量減少新化合物進(jìn)入待分離的溶液。盡量減少新化合物進(jìn)入待分離的溶液。 A)、引起新的化學(xué)污染；、引起新的化學(xué)污染； B)、蛋白質(zhì)的變性失活、蛋白質(zhì)的變性失活 5)、合理的分離步驟次序。合理的分離步驟次序。 原則是：先低選擇性，后高選擇性；先高通原則是：先低選擇性，后高選擇性；先高通量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，量，后低通量；先粗分，后精分；先低成本，后高成本。后高成本。2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品13在設(shè)計(jì)前

11、，首先要掌握的產(chǎn)物物化性質(zhì)，在設(shè)計(jì)前，首先要掌握的產(chǎn)物物化性質(zhì)，主要包括：主要包括：(1)、溶解度及影響因素，包括溫度、溶解度及影響因素，包括溫度、pH值、有機(jī)溶劑和鹽等；值、有機(jī)溶劑和鹽等；(2)、分子量和分子形狀。對(duì)于高分子物質(zhì)非常有意義；、分子量和分子形狀。對(duì)于高分子物質(zhì)非常有意義；(3)、沸點(diǎn)和蒸汽壓。對(duì)于熱穩(wěn)定的小分子物質(zhì)非常有意義；、沸點(diǎn)和蒸汽壓。對(duì)于熱穩(wěn)定的小分子物質(zhì)非常有意義；(4)、極性大??；、極性大小；(5)、分子電荷及影響因素，包括、分子電荷及影響因素，包括pH值和鹽等；值和鹽等；(6)、功能團(tuán)。功能團(tuán)為萃取劑和特異性吸附的選擇提供依據(jù)；、功能團(tuán)。功能團(tuán)為萃取劑和特異性吸

12、附的選擇提供依據(jù)；(7)、免疫原性。設(shè)計(jì)親和色譜；、免疫原性。設(shè)計(jì)親和色譜；(8)、穩(wěn)定性及其影響因素，包括溫度、穩(wěn)定性及其影響因素，包括溫度、pH值、毒性試劑等值、毒性試劑等(如青霉如青霉素低素低pH不穩(wěn)定不穩(wěn)定)；(9)、等電點(diǎn)、等電點(diǎn)pI； 2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品14成品規(guī)格（或產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)）成品規(guī)格（或產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)） 表表1.3 五肽胃泌素的上海市藥品標(biāo)準(zhǔn)（五肽胃泌素的上海市藥品標(biāo)準(zhǔn)（1993年版年版32頁(yè)）頁(yè)） 指標(biāo)名稱(chēng)指標(biāo)名稱(chēng) 指標(biāo)指標(biāo) 含量（含量（C37H49N7O9S） 97.0 比旋光度比旋光度 -25 -29 吸收值比吸收值比 A(280nm):A

13、(288nm) = 1.12-1.22 氨基酸氨基酸 各氨基酸之比為各氨基酸之比為1 干燥失重，干燥失重，% 0.5 進(jìn)料的組成和物性進(jìn)料的組成和物性 (1)、目的產(chǎn)物的濃度。高？低？、目的產(chǎn)物的濃度。高？低？ (2)、物料中的與目的產(chǎn)物相近物質(zhì)組成的物理化學(xué)性質(zhì)。、物料中的與目的產(chǎn)物相近物質(zhì)組成的物理化學(xué)性質(zhì)。 (3)、目的產(chǎn)物的定位。是胞內(nèi)還是胞外？、目的產(chǎn)物的定位。是胞內(nèi)還是胞外？ (4)、菌種的種類(lèi)和形態(tài)。、菌種的種類(lèi)和形態(tài)。 (5)、微生物的含量和發(fā)酵液的黏度。、微生物的含量和發(fā)酵液的黏度。2022-1-31精彩生化分離技巧和生物化工產(chǎn)品15生產(chǎn)規(guī)模生產(chǎn)規(guī)模危害性危害性(1)、離心產(chǎn)生的氣溶膠、發(fā)酵產(chǎn)生的廢氣、干燥產(chǎn)生的粉塵、離心產(chǎn)生的氣溶膠、發(fā)酵產(chǎn)生的廢氣、干燥產(chǎn)生的粉塵等。等。(2)、目的產(chǎn)物本身的危害性；抗腫瘤代謝類(lèi)藥物，類(lèi)固醇類(lèi)、目的產(chǎn)