(22)-3.3.2吸附分離法的應(yīng)用生物制藥工藝學

吸附分離法的應(yīng)用通過對吸附分離技術(shù)原理內(nèi)容的分享，我們初步理解了吸附分離過程中存在的物理、化學現(xiàn)象并掌握了影響吸附效果的主要因素。接下來我們將結(jié)合幾種常見的吸附劑，來看一下實際操作過程中吸附分離技術(shù)的應(yīng)用。常見的吸附劑根據(jù)其化學結(jié)構(gòu)特點，可以分為有機吸附劑和無機吸附劑兩大類。首先，我們來了解一下活性炭，活性炭是一種吸附能力很強的非極性吸附劑，一般為有機廢料高溫碳化而成，價格低廉，但吸附選擇性差，對環(huán)境不友好。根據(jù)其粗細程度，活性炭可分為粉末活性炭和顆?；钚蕴?。其中粉末活性炭比表面積大，吸附能力強而顆?；钚蕴勘缺砻娣e小，吸附能力差，但便于填裝，容易與溶液分離。活性炭的吸附作用在水溶液中最強在有機溶液中較弱，而且在酸性條件下吸附能力較強，而在PH6.8以上時吸附能力較弱。一般的說，活性炭對具有極性基團的化合物吸附能力較大，對芳香族化合物的吸附能力大于脂肪族化合物，對分子量大的化合物的吸附力較大。由于活性炭是一種強吸附劑，對氣體的吸附力和吸附量都很大，所以，在20世紀20年代，活性炭被視為萬能吸附劑，在第1次世界大戰(zhàn)中，活性炭顆粒，被大量應(yīng)用于防毒面具。目前活性炭多被用于防塵口罩，空氣凈化，家具去異味，汽車除味等用途除了用于除雜外，活性炭還可用于生化藥物的分離，例如，766型顆?；钚蕴课搅o酶a：首先，將酵母破壁后的提取液，流經(jīng)766型顆?；钚蕴?，支付完畢后，用自來水沖洗至出液澄清，再用40%乙醇洗滌，然后改用3.23%乙醇洗脫，當出現(xiàn)微黃開始收集，最后進行濃縮得到輔酶a。人造沸石是人工合成的一種無機陽離子交換劑，其分子式如圖所示，由偏鋁酸鈉與二氧化硅形成水合物的模式存在。在溶液中，偏鋁酸根與二氧化硅和水形成不溶于水的骨架，以Na2M代表沸石，M+代表溶液中陽離子，則會出現(xiàn)以下反應(yīng)，保持骨架不變，利用沸石中的鈉離子置換溶液中的陽離子，從而達到吸附的目的。人造沸石的這種吸附特點被利用在吸附細胞色素c的過程當中。首先將心絞碎用稀硫酸提取，清液用氨水中和至PH6.0，等電點沉淀法除雜蛋白，上清液中加入人造沸石攪拌吸附，靜止后取出人造沸石，分別用蒸餾水，0.2%氯化鈉溶液，蒸餾水洗滌直至洗液澄清，過濾抽干。將人造沸石裝柱，用25%硫酸氨溶液洗脫，洗出液變紅時開始收集，至紅色流盡洗脫完畢，合并洗脫液，鹽析，精致，得到細胞素c磷酸鈣凝膠是指一系列含有磷酸根和鈣離子的凝膠化合物，根據(jù)制備方法不同，磷酸鈣凝膠，可制成多種形式，如磷酸鈣，磷酸氫鈣，羥基磷灰石，在蛋白質(zhì)的分離精制中，常被作為吸附劑使用，一般認為磷酸鈣對蛋白質(zhì)的吸附作用主要是其中鈣離子與蛋白質(zhì)負電基團結(jié)合引起的。實際應(yīng)用中通常采用濃磷酸直接加入氫氧化鈣溶液中，或者用磷酸鹽溶液，加入氯化鈣溶液，生成磷酸鈣凝膠，吸附沉淀蛋白質(zhì)。這種方法被使用在胰島素純化過程中：首先將胰臟攪碎，立即用含磷酸醇液提取，過濾，將提取液中加入氯化鈣溶液，利用生成的磷酸鈣凝膠，將胰島素吸附，然后用酸水解吸，進一步鹽析精致。活性氧化鋁是最常用的一種吸附劑，存在堿性，中性和酸性之分，堿性氧化鋁由氫氧化鋁經(jīng)高溫脫水制得，中性氧化鋁由層析用堿性氧化鋁加水不斷攪拌，煮沸，活化后得到，酸性氧化鋁工業(yè)氧化鋁用水調(diào)制后加入鹽酸，經(jīng)過剛果紅酸性反應(yīng)后，加熱活化得到。氧化鋁的活性與含水量關(guān)系很大，在一定溫度下除去水分后可以使氧化鋁活化，活化后的氧化鋁，再加入一定量的水，既可降低活性。此類吸附劑特別適用于親脂性成分的吸附分離，廣泛的應(yīng)用在醇，酚，生物堿染料，甾體化合物，苷類，氨基酸，蛋白質(zhì)以及維生素，抗生素等物質(zhì)的分離過程中。在維生素b12的純化過程中，就使用到了活性氧化鋁作為吸附劑：將濃縮的維生素b12溶液，加入到氧化鋁吸附柱中進行吸附，然后用80%的丙酮水溶液進行洗脫，洗脫液冷卻結(jié)晶后得到維生素b12?；钚匝趸X價格低廉，再生容易，活性易控制，但操作不便，處理量有限，因此限制了在工業(yè)生產(chǎn)上大規(guī)模應(yīng)用。硅膠是一類具有多孔性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的二氧化硅水合物，如圖所示，硅膠骨架表面有很多硅羥基，能吸附水分子，這些水分子以游離態(tài)存在，稱為自由水。硅膠的活性隨著自由水含量的增加而降低，常被用于芳香類，固醇類，磷脂類，脂肪類，氨基酸等物質(zhì)的吸附分離。在輔酶q10的純化過程中也使用了硅膠作為吸附劑：豬心殘渣經(jīng)過皂化，提取，濃縮等步驟得到濃縮液，經(jīng)過硅膠柱吸附，乙醚-石油醚洗脫，得到的洗脫液在乙醇中結(jié)晶即可得到輔酶q10。大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑也稱為大網(wǎng)格吸附劑、大孔網(wǎng)狀樹脂，是在樹脂聚合時加入惰性的致孔劑，待網(wǎng)格骨架固化和鏈結(jié)構(gòu)單元形成后，用溶劑萃取或蒸餾水洗將致孔劑去掉，形成不受外界環(huán)境條件影響的孔隙，其孔徑遠大于2～4nm，可達100nm，故稱“大孔”，其性質(zhì)與活性炭、硅膠等吸附劑相似。相比于活性炭、硅膠等傳統(tǒng)吸附劑，大孔網(wǎng)狀聚合物吸附劑的優(yōu)勢在于選擇性好，易解吸、理化性質(zhì)穩(wěn)定、機械強度好、重復利用率高。特別是可以根據(jù)純化需求，通過特定的合成方法改變孔隙大小、改變骨架結(jié)構(gòu)和極性，適用于各種有機化合物的吸附分離。目前已應(yīng)用于維生素、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素、多肽類抗生素、頭孢菌素等的提取。譬如用SIP-1300大孔吸附劑分離純化超氧化物歧化酶：將豬血紅細胞加水溶脹后，加入一定量sip-1300大孔吸附劑，樹脂吸附率可達85.1%，吸附的樹脂用乙酸-乙酸鈉緩沖液洗滌，然后用甘氨酸-氫氧化鈉緩沖液和丙酮混合溶液進行洗脫，洗脫液精致可得超氧化物歧化酶。該工藝得到的酶純度得到了大幅提高。再比如用CAd-40國產(chǎn)大孔吸附劑提純紅霉素的工藝：首先將發(fā)酵液稀釋調(diào)節(jié)PH，使用CAd-40大孔吸附劑以適當速度進行吸附，蒸餾水