生物物质的分离与纯化精选课件.ppt

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1、关于生物物质的分离与纯化第一页，本课件共有28页第十三章生物物质的分离与纯化第十三章生物物质的分离与纯化 1 1、培养液的预处理、培养液的预处理 2 2、培养液的固液分离、培养液的固液分离 3 3、细胞的破碎、细胞的破碎 4 4、生物物质的分离纯化方法、生物物质的分离纯化方法 5 5、生物分离工艺介绍、生物分离工艺介绍教教 学学 内内 容容第二页，本课件共有28页补充内容（一）补充内容（一）发酵醪发酵醪(发酵液发酵液)的的一般特征一般特征 利利用用微微生生物物发发酵酵生生产产各各种种发发酵酵产产品品，由由于于菌菌种种不不同同和和发发酵酵醪醪特特性性不不同同，其其预预处处理理方方法法和和提提取取

2、、精精制制方方法法的的选选择择也也有有差差异异。应应针针对对发发酵酵醪醪的的特特性性来来合合理理选选择择处处理理方方法法，大大多多数数发发酵酵产产物物存存在在发发酵酵醪醪中中，也也有有少少数数发发酵酵产产物物存存在在菌菌体体中中，或或发发酵酵醪醪和和菌菌体体都都 含含有有，例例如如四四环环类类抗抗生生素素。各各种种发发酵酵产产物物无无论论在在发发酵酵醪醪或或是是在在菌菌中中体体现现往往往往浓浓度度较较低低，并并与与种种种种的的溶溶解解和和悬悬浮浮的的杂杂质质混混在在一一起起，要要分分离离提提纯纯发发酵酵产产物物，首先要针对发酵醪的特性进行预处理。首先要针对发酵醪的特性进行预处理。第三页，本课件

3、共有28页发酵醪的特性一般可归纳为：发酵醪的特性一般可归纳为：1、发酵醪大部分是水发酵醪大部分是水，一般含量达，一般含量达90%-99%.2、发发酵酵醪醪中中发发酵酵产产物物浓浓度度较较低低，尽尽管管由由于于菌菌种种、原原料料、工工艺艺条条件件不不同同，发发酵酵产产物物于于发发酵酵醪醪中中浓浓度度的的高高低低也也有有差差异异，但但总总的的来来说说发发酵酵醪醪中中发发酵酵产产物物浓浓度度都都是是比比较较低低的的，除除了了酒酒精精、柠柠檬檬酸酸、葡葡萄萄糖糖酸酸等等发发酵酵产产物物浓浓度度在在10%以以上上外外，其其余余的的都都在在10%以以下下，而而抗抗生素的浓度更低，一般在生素的浓度更低，一般

4、在1%以下以下。3、发发酵酵醪醪中中的的悬悬浮浮固固体体物物主主要要含含有有菌菌体体和和蛋蛋白白质质胶胶状状物物。由由于于发发酵酵醪醪中中存存在在一一定定数数量量的的菌菌体体和和蛋蛋白白质质胶胶体体物物质质，不不仅仅使使发发酵酵醪醪粘粘度度增增加加，不不利利于于过过滤滤，而而且且增增加加提提取取和和精精制制后后工工序序的的操操作作困困难难，在在浓浓缩缩过过程程中中变变得得更更粘粘稠稠，同同时时容容易易产产生生泡泡沫沫。采采用用溶溶媒媒萃萃取取法法提提炼炼时时，蛋蛋白白质质的的存存在在夺夺产产生生乳乳化化，使使溶溶媒媒相相和和水水相相分分层层困困难难；采采用用离离子子交交换换法法提提炼炼时时，蛋

5、蛋白白质质的的存存在在也也会增加树脂的吸附量，加重树脂的负担。会增加树脂的吸附量，加重树脂的负担。第四页，本课件共有28页4、发发酵酵醪醪的的培培养养基基残残留留成成分分中中还还含含有有无无机机盐盐类类，非非蛋蛋白白质大分子其降解产物对提取和精制均有一定的影响。质大分子其降解产物对提取和精制均有一定的影响。5、发发酵酵醪醪中中除除了了发发酵酵产产物物外外，常常有有其其他他少少量量的的代代谢谢产产物物。发发酵酵过过程程中中除除了了主主代代谢谢产产物物外外，尚尚伴伴有有一一些些其其他他的的副副代代谢谢产产物物。这这些些少少量量的的副副产产物物，有有时时其其结结构构特特性性与与发发酵酵主主产产物物极

6、极为为近近似似，这这就就会会给给分分离离提提纯纯操操作作带带来来困难。困难。6、发发酵酵醪醪中中还还含含有有色色素素、热热原原质质、毒毒性性物物质质等等有有机机杂杂质质。尽尽管管它它们们的的确确切切组组成成还还不不十十分分明明了了，但但它它们们对对提提炼炼影影响响相相当当大大。为为了了保保证证发发酵酵产产品品的的质质量量和和卫卫生生标标准准，应应通通过过预预处处理理将将色色素素、热热原原质质、毒毒性性物物质质等等有有机机杂杂质质先除去。先除去。第五页，本课件共有28页 发发酵酵成成熟熟醪醪中中常常含含有有各各种种样样的的杂杂质质，而而所所需需要要的的发发酵酵产产物物则则含含量量很很少少。因因此

7、此，要要获获得得纯纯净净的的发发酵酵产产物物，它它的的提提取取与与精精制制过过程程便便成成为为一一个个复复杂杂而而必必不不可可少少的的工工艺艺过过程程。提提取取和和精精制制的的目目的的在在于于从从发发酵酵液液中制取高纯度的、合符质量标准要求的发酵成品。中制取高纯度的、合符质量标准要求的发酵成品。尽尽管管由由于于菌菌种种、发发酵酵醪醪的的特特征征及及发发酵酵工工艺艺的的不不同同，发发酵酵产产物物可可以以多多种种多多样样，但但从从工工业业发发酵酵范范畴畴来来看看，从从发发酵酵醪醪中中获获得得产产物物大大致致可可分分为三类：为三类：发酵产物的分类发酵产物的分类 补充内容（二）补充内容（二）第六页，本

8、课件共有28页菌体菌体 主要主要以菌体细胞作为发酵产品以菌体细胞作为发酵产品，如单细胞蛋白、面包酵母、饲料酶母等如单细胞蛋白、面包酵母、饲料酶母等。此外就是从。此外就是从菌体细菌体细胞中提取有用的发酵产物胞中提取有用的发酵产物，如由，如由酵母细胞提取辅酶酵母细胞提取辅酶A、核糖核酸等产品、核糖核酸等产品。有的抗生素主要存在。有的抗生素主要存在于菌丝体中，如灰黄霉素产生菌在发酵过程中所产生的灰黄霉素主要在菌丝中，因此，也要从于菌丝体中，如灰黄霉素产生菌在发酵过程中所产生的灰黄霉素主要在菌丝中，因此，也要从菌丝体中进行提取。菌丝体中进行提取。酶酶 发酵产物为发酵产物为酶制剂，包括胞外酶和胞内酶酶制

9、剂，包括胞外酶和胞内酶。如。如-淀粉酶、淀粉酶、-淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖异构酶、葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖酶、柚苷酶、花青素酶、脂肪葡萄糖氧化酶、右旋糖酐酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、转化酶、蜜二糖酶、柚苷酶、花青素酶、脂肪酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉素酰胺酶、磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等，均在工业上和医药酶、凝乳酶、氨基酰化酶、天冬氨酸酶、青霉素酰胺酶、磷酸二酰酶、天冬酰胺酶等，均在工业上和医药上发挥作用。上发挥作用。代谢产物代谢产物 中间代谢产物中间代谢产物包括包括醋酸、乳、柠檬酸、葡萄糖酸醋酸、乳、柠檬酸、葡

10、萄糖酸、衣康酸及延胡索酸等。、衣康酸及延胡索酸等。氨基酸氨基酸发酵产发酵产物包括谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等。由于对菌种的变异和氨基酸代谢机理的研究日益深入，所以其他物包括谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等。由于对菌种的变异和氨基酸代谢机理的研究日益深入，所以其他氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，氨基酸，除蛋氨酸、胱氨酸、半胱氨酸外，18种氨基酸均可用直接发酵法制造。种氨基酸均可用直接发酵法制造。第七页，本课件共有28页 有机溶剂有机溶剂发酵产物包括发酵产物包括酒精、丙酮、丁醇酒精、丙酮、丁醇等。等。核核苷苷酸酸类类物物质质发发酵酵产产物物包包括括肌肌苷苷、肌肌苷苷酸酸以以及及鸟鸟苷苷酸酸等等。5-肌肌

11、苷苷酸酸和和5-鸟鸟苷苷酸酸均均为为呈呈味核苷酸，核酸的微生物包括辅酶味核苷酸，核酸的微生物包括辅酶A、ATP、辅酶、辅酶I等均为重要的医药品。等均为重要的医药品。抗抗生生素素发发酵酵产产物物包包括括青青霉霉素素、链链霉霉素素、四四环环素素、土土霉霉素素、金金霉霉素素、庆庆大大霉霉素素、新新霉霉素素、红霉素及利福霉素等。红霉素及利福霉素等。多多糖糖发发酵酵产产物物包包括括右右旋旋糖糖酐酐及及多多糖糖B-1459等等。多多糖糖是是医医药药和和工工业业上上重重要要粘粘性性物物质质来来源源之一，右旋糖酐经过部分水解后供代血浆用。多糖之一，右旋糖酐经过部分水解后供代血浆用。多糖B-1459是水溶性、高

12、分子量的胞外异多糖。是水溶性、高分子量的胞外异多糖。维生素发酵产物维生素发酵产物有有核黄素、维生素核黄素、维生素C和维生素和维生素B12.甾甾体体氧氧化化的的产产物物为为甾甾体体激激素素，是是重重要要的的品品。如如醋醋酸酸可可的的松松、氢氢化化可可的的松松、醋醋酸酸泼泼尼尼松松、氢氢化化泼泼尼尼松松等等促促皮皮质质激激素素及及肾肾上上腺腺皮皮质质激激素素制制剂剂、黄黄体体酮酮、甲甲孕孕酮酮（安安宫宫黄黄体体酮酮）等等性性激激素素、炔诺酮等避孕药。炔诺酮等避孕药。第八页，本课件共有28页问题问题1、发酵醪有哪些特性？2、发酵醪中获得产物大致可分为 、三类？3、发酵液中的细胞代谢产物有哪些？分别举

13、出2个具体代表产物。第九页，本课件共有28页 生生化化生生产产过过程程的的最最后后一一个个环环节节是是把把目目标标产产物物从从培培养养液液或或反反应应液液中中分分离离提提取取出出来来。多多数数生生化化产产品品在在生生产产过过程程中中需需经经微微生生物物发发酵酵、酶酶反反应应过过程程或或动动植植物物细细胞胞大大量量培培养养，并并通通过过包包括括产产物物回回收收、粗粗分分离离、纯纯化化及及精精制制等等处处理理后后，才才能能符符合合一一定定的的质质量量标标准准。在在生生物物产产品品生生产产过过程程中中一一般般将将微微生生物物发发酵酵、酶酶反反应应过过程程或或动动植植物物细细胞胞大大量量培培养养称称为

14、为“上上游游过过程程”，而而与与之之相相应应的的产产物物回回收收、粗粗分分离离、纯纯化化及及加加工工等等后后续续过过程程就就称称之之为为“下下游游过过程程”，或或称称之之为为生生化化分分离离和和纯纯化化过过程程。众众所所周周知知，要要使使生生物物技技术术走走向向产产业业化化，必必须须要要上上下下游游过过程程兼兼容容、协协调调、以以使使全全过过程能优化进行。程能优化进行。鉴鉴于于生生化化产产品品具具有有如如下下特特点点：目目的的产产物物在在初初始始物物料料中中的的含含量量低低；含含目目的的产产物物的的初初始始物物料料组组成成复复杂杂，除除了了产产物物外外，还还含含有有大大量量的的细细胞胞、代代谢

15、谢物物、残残留留培培养养基基、无无机机盐盐等等；生生物物活活性性物物质质的的稳稳定定性性差差，对对PH、温温度度、金金属属离离子子、有有机机溶溶剂剂、剪剪切切力力、表表面面张张力力等等十十分分敏敏感感，易易失失活活、变变性性；生生化化产产品品种种类类繁繁多多，包包括括了了大大、中中、小小分分子子量量的的结结构构和和性性质质复复杂杂又又各各异异的的生生物物活活性性物物质质；生生化化产产品品的的应应用用面面广广，许许多多产产品品用用作作医医药药、食食品品、试试剂剂等等，对对含含量量和和纯纯度度要要求求高高等等。因因此此，应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：用于生化产品

16、的后处理过程中的分离纯化技术必须满足以下一些要求：第十页，本课件共有28页条条件件温温和和，特特别别对对具具有有生生物物活活性性的的物物质质，在在后后处处理理过过程程中中必必须须保持其生物活性；保持其生物活性；分分离离纯纯化化技技术术的的选选择择性性好好、专专一一性性强强，能能从从复复杂杂的的混混合合物物中中有有效效地将目的产物分离出来，以达到较高的分离纯化倍数；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应用于生化产品的后处理过程中的分离纯化技术分离纯化技术必须满足以下一些要求：必须满足以下一

17、些要求：第十一页，本课件共有28页在提高单个分离技术的收效率的同时，注意各单元操作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；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的开发研究中，后处理过程等的研究费用约占全部费用的全部费用的50%以上，在产品的成本构成中，后处理成本以上，在产品的成本构成中，后处理成本占总成本占总成本的的40%-80%,对于精细胞和药用的产品，此比例就更

18、高。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、分离和纯没有适当的提取、分离和纯 化方法或因回收率太低致使化方法或因回收率太低致使第十二页，本课件共有28页生产成本过高而不能投产的例子是屡见不鲜的。生产成本过高而不能投产的例子是屡见不鲜的。不不同同的的生生化化产产品品，由由于于自自身身的的特特性性及及其其对对

19、纯纯度度要要求求的的不不同同，所所采采用用的的分分离离纯纯化化路路线线常常常常也也是是不不同同的的。例例如如从从发发酵酵液液中中提提取取和和精精制制菌菌体体和和胞胞内内酶酶，就就与与分分离离与与纯纯化化细细胞胞的的代代谢谢产产物物有有明明显显的的不不同同；同同样样即即使使产产物物都都属属于于代代谢谢产产物物，由由于于产产物物的的化化学学结结构构不不同同，其其提提取取和和精精制制的的方方法法也也就就不不同同。但但一一般般来来说说，分分离离纯纯化化路路线线都都包括了两个基本阶段：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产物的初级分离阶段；产物的纯化精制阶段。第十三页，本课件共有2

20、8页初级分离阶段初级分离阶段在细胞培养结束之后，其任务是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。和去除大部分杂质等。纯化精制阶段纯化精制阶段是在初级分离的基础上，用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。要求，成为级别的产品。生物产品的后处理过程一般包括：生物产品的

21、后处理过程一般包括：发酵液的发酵液的预预处理；提取；精制处理；提取；精制三个步骤三个步骤。第十四页，本课件共有28页图图13-1生生物物产产品品分分离离纯纯化化的的一一般般步步骤骤发酵液或培养液发酵液或培养液细胞产物细胞产物胞外产物胞外产物胞内产物胞内产物离心或过滤细胞离心或过滤细胞（洗涤）（洗涤）离心或过滤离心或过滤（洗涤（洗涤)离心或过滤离心或过滤（洗涤）（洗涤）细胞破碎细胞破碎（化学法机（化学法机械法等）械法等）整体细整体细胞萃取胞萃取离心、过滤离心、过滤干燥干燥分离剂回收、再生分离剂回收、再生提取、分离提取、分离沉淀、吸附、萃取、过滤等沉淀、吸附、萃取、过滤等分离剂回收、再生分离剂回收

22、、再生纯化、精制纯化、精制层析、结晶、电泳等层析、结晶、电泳等干燥干燥废物废物产物产物产物产物滤液滤液循环循环副产物副产物废物废物滤渣滤渣副产物副产物循环循环废物废物细胞细胞滤渣滤渣副产物副产物废物废物细胞细胞含产物的清液含产物的清液预处理阶段第十五页，本课件共有28页一、培养液的预处理一、培养液的预处理 问题问题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？菌体细胞的分离菌体细胞的分离固体悬浮物的去除固体悬浮物的去除蛋白质的去除蛋白质的去除重金属离子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改善培养

23、液的处理性能调节适宜的调节适宜的PH和温度和温度 第十六页，本课件共有28页二、培养液的固液分离方法二、培养液的固液分离方法 1、分离前的处理、分离前的处理 加热加热 由由于于加加热热可可能能使使某某些些热热敏敏感感性性蛋蛋白白发发生生不不可可逆逆的的变变性性，因因此此这这种种预预处处理理方方法法仅仅适适用用于于对对非非热热敏敏感感性性产产品品发发酵酵液液的的预预处处理理。适适当当加加热热之之后后，发发酵酵液液中中的的蛋蛋白白由由于于变变性性而而凝聚，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 调节调节PH值值 适适当当

24、的的PH值值可可以以提提高高产产物物的的稳稳定定性性，减减少少其其在在随随后后的的分分离离纯纯化化过过程程中中的的损损失失。此此外外，发发酵酵液液PH值值的的改改变变会会影影响响发发酵酵液液中中某某些些成成分分的的电电离离程程度度，从从而而降降低低发发酵酵液液的的粘粘度度。在在调调节节PH值值时时要要注注意意选选择择比比较较温温和和的的酸酸和和碱碱，以以防防止止局局部部过过酸酸或或过过碱碱。草草酸酸是是一一种种较较常常用的用的PH值调节剂。值调节剂。加入絮凝剂加入絮凝剂 通常情况下，细菌的表面都带有负电荷，可以在发酵液中加入带正电荷通常情况下，细菌的表面都带有负电荷，可以在发酵液中加入带正电荷

25、 的絮凝剂，从的絮凝剂，从而使菌体细胞与絮凝剂结合形成絮状沉淀，降低发酵液的上粘度，利于菌体的收获。而使菌体细胞与絮凝剂结合形成絮状沉淀，降低发酵液的上粘度，利于菌体的收获。第十七页，本课件共有28页序号序号序号序号方法方法方法方法原原原原 理理理理设设设设 备备备备1 1絮凝絮凝利用电荷中和及大分子桥联作利用电荷中和及大分子桥联作用形成更大的粒子用形成更大的粒子2 2离心离心离心离心在离心产生的策略场作用下，在离心产生的策略场作用下，加快颗粒的沉降速度加快颗粒的沉降速度高速冷冻离心机高速冷冻离心机蝶片式离心机蝶片式离心机管式离心机管式离心机倾析式离心机倾析式离心机筐式离心机筐式离心机3 3过

26、滤过滤过滤过滤依据过滤介质的空隙大小进行依据过滤介质的空隙大小进行分离分离板框过滤机板框过滤机平板过滤器平板过滤器真空旋转过滤机真空旋转过滤机管式过滤器管式过滤器蜂窝式过滤器蜂窝式过滤器深层过滤器深层过滤器4 4膜分膜分离离依据被分离的分子大小和膜孔依据被分离的分子大小和膜孔大小进行分离大小进行分离平板、卷曲、中空纤维、管式微孔过滤器平板、卷曲、中空纤维、管式微孔过滤器平板、卷曲、中空纤维，管式超滤器平板、卷曲、中空纤维，管式超滤器平板渗透器平板渗透器半透膜型、离子半透膜型电渗析器半透膜型、离子半透膜型电渗析器2、固液分离方法、固液分离方法第十八页，本课件共有28页3、碟式离心机结构及工作原理

27、、碟式离心机结构及工作原理进料进料轻液出口轻液出口菌体及固体杂质菌体及固体杂质 当发酵醪由转鼓中心进料入高速旋当发酵醪由转鼓中心进料入高速旋转的转鼓内，由于固、液比重不同，在转的转鼓内，由于固、液比重不同，在碟片空间内由于离心力的作用下，把发碟片空间内由于离心力的作用下，把发酵醪分成固相和液相两部分。比重较轻酵醪分成固相和液相两部分。比重较轻的清液有规则地沿着碟片的上表面向碟的清液有规则地沿着碟片的上表面向碟片轴心方向移动，由环形轻液出口处排片轴心方向移动，由环形轻液出口处排出，而比重较大的菌体及浓缩物，则有出，而比重较大的菌体及浓缩物，则有规则地沿着上一个碟片的底表面滑移到规则地沿着上一个碟

28、片的底表面滑移到碟片边缘，经转鼓壁上的喷嘴喷出收集碟片边缘，经转鼓壁上的喷嘴喷出收集于菌体收集器内，从而达到分离菌体的于菌体收集器内，从而达到分离菌体的目的。目的。此机的转速可高达此机的转速可高达6000-10000r/min左右。我国广州重型机械厂生产的左右。我国广州重型机械厂生产的DP-400型酵母高速离心分离机转速为型酵母高速离心分离机转速为6500r/min，可适用于发酵工业的菌体分离。，可适用于发酵工业的菌体分离。第十九页，本课件共有28页表表表表1 13 3-2 2细细细细胞胞胞胞破破破破碎碎碎碎方方方方法法法法的的的的分分分分类类类类干燥处理干燥处理机械法机械法非机械法非机械法固

29、体剪切作用固体剪切作用流体剪切作用流体剪切作用破碎方法破碎方法溶胞处理溶胞处理珠磨法珠磨法压榨法压榨法超声法超声法化学法化学法物理法物理法高压匀浆高压匀浆酶溶法酶溶法三、细胞的破碎三、细胞的破碎 细胞破碎细胞破碎就是通过采用不同手段破坏细胞外围使细胞内含物释放出来，转入液相中，以便于进行产物的分离纯化。细胞破碎的方法有很多，按照是否存在在外加作用力可分为机械法和非机械法两大类。如图13-2为细胞破碎方法的分类。表表13-2列出了主要的细胞破碎方法的原理，使用的设备、特点和存在的缺点。列出了主要的细胞破碎方法的原理，使用的设备、特点和存在的缺点。第二十页，本课件共有28页表13-2细胞破碎方法序

30、序号号方方 法法原原 理理设备设备特特 点点缺缺 点点1压力破碎法利用压力释放时的液固剪切进行破碎压力破碎机操作简便，可连续操作，适用于不同的细胞加压放热，需要冷却，否则生物活性物质会失活；破碎率较低，压力不稳定，需要进行反复破碎2珠磨破碎法利用固体的剪切进行破碎细胞珠磨破碎机操作简便、稳定，可连续批式操作，破碎率可以控制，容易放大，适用于工业放大珠磨时会放热，需要高效冷却，不同细胞的破碎条件差异大3超声波破碎法利用超声波形成空穴产生压力冲击使进行破碎超声破碎机操作简便，可连续或批式操作超声波处理会产热，需要冷却，破碎率较低，需反复进行破碎，应用面较窄4渗透压法利用渗透压的突变，造成细胞内压力

31、差而引起细胞的破碎适用于位于胞内质的产物释放，细胞的破碎率低，但产物的释放较好，纯度较高 操作比较复杂，条件要求严格，只适用于少量榈的处理，费用高5有机溶剂或表面活性剂法利用有机溶剂或表面活性剂改变细胞壁或膜的通透性，使胞内产物得以释放方法简单，细胞内含物释放少，产物较纯，可大规模应用 适用性有限，只适合于对有机溶剂或表面活性剂稳定的产物6碱或酶处理法经碱或酶的处理使细胞壁或膜破坏，使产物释放出来方法简单，可大规模应用适用性有限，只适合于对碱或酶稳定的产物第二十一页，本课件共有28页问题问题细胞破碎的方法的具体有哪些？四、生物物质的分离纯化方法四、生物物质的分离纯化方法 发酵产物的提取和精制过

32、程发酵产物的提取和精制过程也就是也就是浓缩浓缩和和纯化纯化过程，一般包括：过程，一般包括：发酵液的预处理发酵液的预处理；提提取取；精制精制三个步骤。在提取前还必须使菌体、悬浮固形物、固体发酵液开，即进行过三个步骤。在提取前还必须使菌体、悬浮固形物、固体发酵液开，即进行过滤或离心分离，并加入一些物质或采取一些措施，以改变发酵液的性质，便于以后的滤或离心分离，并加入一些物质或采取一些措施，以改变发酵液的性质，便于以后的提取，这过程称为提取，这过程称为发酵液的预处理发酵液的预处理。由于发酵液体积大，发酵液中的发酵产物浓度低，。由于发酵液体积大，发酵液中的发酵产物浓度低，一步操作远不能满足要求，而常要

33、好几步操作。其中第一步操作从发酵液中分离提取一步操作远不能满足要求，而常要好几步操作。其中第一步操作从发酵液中分离提取发酵产物最为重要，称为发酵产物最为重要，称为提取提取。而以后几步操作所处理的体积小了，操作要容易些，主。而以后几步操作所处理的体积小了，操作要容易些，主要将发酵产物部分除去杂质、浓缩、提纯及精炼，这过程统称要将发酵产物部分除去杂质、浓缩、提纯及精炼，这过程统称精制精制。用于生物物质分离、纯化的方法除了用于生物物质分离、纯化的方法除了传统的传统的沉淀法、吸附法、离子交换、萃取法等之外，沉淀法、吸附法、离子交换、萃取法等之外，还有还有超滤、反渗透、电渗析、凝胶电泳、离子交换层析、新

34、和层析、疏水层析、等电聚焦、双水超滤、反渗透、电渗析、凝胶电泳、离子交换层析、新和层析、疏水层析、等电聚焦、双水相萃取、超临界萃取、反胶团萃取、凝胶层析相萃取、超临界萃取、反胶团萃取、凝胶层析等。表等。表13-3、表、表13-4、表、表13-5分别列出了一些生分别列出了一些生物分离纯化技术及其它们的特点、经济性。物分离纯化技术及其它们的特点、经济性。第二十二页，本课件共有28页表13-3主要的生物分离纯化技术一览表分离纯化技分离纯化技术术开发现状开发现状典型产物典型产物产物回收率产物回收率选择性选择性产物产出形式产物产出形式蒸馏蒸馏工业化挥发性物质高回收所有的挥发性物质，选择性低产物浓溶液浓缩

35、浓缩 加热法加热法 超滤法超滤法工业化非挥发性物质分子量大于50000的物质取决于产物的稳定性高无选择性去除所有低分子量化合物去除挥发性组分的浓缩发酵液浓缩且部分纯化的发酵液萃取萃取 溶剂溶剂 （传统）（传统）溶剂溶剂（离子对）（离子对）双水相分配双水相分配双水相双水相+液膜液膜工业化半工业化小规模工厂生产溶剂可溶性物质溶剂可溶的，且必须有适当的抗衡离子的物质大分子量物质潜力大，产物范围广中高中潜力 大去除所有不能溶于溶剂的化事物较好选择性中等选择性潜力很大产物与溶剂的混合溶液产物与平衡离子溶剂的混合溶液溶解在聚乙二醇中的产物溶液溶剂和产物溶液的乳人液沉淀、过滤沉淀、过滤或离心或离心工业化产物

36、的不溶性衍生物高选择性较高产物不溶衍生物的浓浆吸附吸附工业化大分子量及不稳定物质中选择性高，甚至是专一性以溶液存在于洗脱液中第二十三页，本课件共有28页问题问题请列举出生物物质分离纯化的方法（至少5个）？五、生物分离工艺介绍五、生物分离工艺介绍 生生物物产产品品的的商商品品化化，除除了了必必须须有有良良好好、高高效效的的生生物物分分离离纯纯化化的的方方法法外外，还还必必须须对对这这些些方方法法进进行行合合理理的的安安排排，以以得得到到可可用用于于大大规规模模生生产产的的、具具有有良良好好的的经经济济的的性性的的生生物物分分离离工工艺艺。为为了了获获得得优优化化的的生生物物分分离离工工艺艺，保保

37、证证生生产产目目的的的的实实现现，设设计计具具体体工工艺艺前前一一般般需需要要考考虑虑以以睛睛的的总总体概念：体概念：P246 纯度和质量纯度和质量 成本成本 利利用用微微生生物物、工工程程菌菌进进行行发发酵酵或或动动植植物物细细胞胞培培养养、酶酶反反应应等等进进行行生生物物产产品品的的上上游游过过程程中中的的各各种种因因素素均均对对分分离离纯纯化化的的方方法法和和分分离离工工艺艺有有直直接接的的影影响。响。P246共共7点点 第二十四页，本课件共有28页生化产品的大规模生产对分离纯化技术和生物分离工艺有以下生化产品的大规模生产对分离纯化技术和生物分离工艺有以下一些要求：一些要求：P247生物

38、分离工艺设计的方法主要有：生物分离工艺设计的方法主要有：P247248方法启发式方法启发式设计启发式设计启发式专家启发式专家启发式数学模型式数学模型式合成式合成式 生化产物在物料中的存在形式基本上有两种情况：生化产物在物料中的存在形式基本上有两种情况：细胞内或细胞细胞内或细胞外外。在工艺设计时为从原始物料中回收产品，。在工艺设计时为从原始物料中回收产品，首先需要首先需要进行液进行液-固分离，固分离，若产物是在溶液中，固若产物是在溶液中，固-液分离后所得的含产物和大量杂质的稀溶液，液分离后所得的含产物和大量杂质的稀溶液，经浓经浓缩后缩后，再进行分离纯化。而，再进行分离纯化。而对于产物处于细胞内时

39、对于产物处于细胞内时，固，固-液分离后，得到液分离后，得到的细胞需要进行的细胞需要进行破碎破碎，使产物释放到溶液中，再经过液，使产物释放到溶液中，再经过液-固分离后，得到固分离后，得到含产物和大量稀溶液，再经浓缩含产物和大量稀溶液，再经浓缩第二十五页，本课件共有28页后，再进行分离纯化。若产物是在细胞内以后，再进行分离纯化。若产物是在细胞内以包涵体形式存在包涵体形式存在，须将包，须将包涵体与细胞碎片分离，经过变性、复性后进行分离纯化。生物涵体与细胞碎片分离，经过变性、复性后进行分离纯化。生物分离工艺的基本流程如图分离工艺的基本流程如图13-4所示。所示。由于产物及种类不同，生化产品的分离纯化工

40、艺也是不同的。由于产物及种类不同，生化产品的分离纯化工艺也是不同的。但工业生产工艺中的分离纯化步骤的安排顺序还是有一些共同但工业生产工艺中的分离纯化步骤的安排顺序还是有一些共同点，点，总是将最容易分离的物质放在前面总是将最容易分离的物质放在前面，而将难以分离的物质，而将难以分离的物质留在后留在后面进行分离面进行分离。一般第一步应当是非特异性的。一般第一步应当是非特异性的低分辨率低分辨率的分离技术，如的分离技术，如沉淀、粗的吸附；第二步采用沉淀、粗的吸附；第二步采用高分辨、较高选择性高分辨、较高选择性的分离技术；最的分离技术；最后选择兼有后选择兼有高选择性分离纯化、又有澄清、脱盐等作用的凝胶层析

41、高选择性分离纯化、又有澄清、脱盐等作用的凝胶层析等。等。这种工艺安排是基于在粗分离时，物料体积较大，使用便宜、低选择性的这种工艺安排是基于在粗分离时，物料体积较大，使用便宜、低选择性的技术来减少成本。而后面的步骤由于物料体积的减小和减少，就可以比较技术来减少成本。而后面的步骤由于物料体积的减小和减少，就可以比较经济地使用更昂贵的高选择性分离步骤。经济地使用更昂贵的高选择性分离步骤。表表13-6为一些与产物相关的分离纯化工艺过程。为一些与产物相关的分离纯化工艺过程。第二十六页，本课件共有28页图图图图1 13 3-4 4生生生生物物物物分分分分离离离离工工工工艺艺艺艺的的的的基基基基本本本本流流流流程程程程初始物料初始物料细胞细胞固固-液分离液分离溶液溶液细胞破碎细胞破碎固固-液分离液分离包涵体包涵体固体固体溶液溶液提取提取变性变性复性复性浓缩浓缩粗分离粗分离纯化纯化精制精制产品产品第二十七页，本课件共有28页感感谢谢大大家家观观看看第二十八页，本课件共有28页