生化分离技术精选PPT.ppt

第1页，讲稿共35张，创作于星期二上游上游 中游中游下游下游工业工业生物生物技术技术产品产品的生的生产产过程灵魂灵魂 核心核心关键关键第2页，讲稿共35张，创作于星期二 工程放大工程放大小试小试工业化生产工业化生产中试中试第3页，讲稿共35张，创作于星期二学习的目的学习的目的 生化分离技术生化分离技术是实现生物工程产业化的关键。通过本课是实现生物工程产业化的关键。通过本课程的学习，对当前程的学习，对当前生化分离技术生化分离技术领域的大分子物质提取、领域的大分子物质提取、分离及纯化技术、沉淀技术、浓缩技术、膜分离技术、分离及纯化技术、沉淀技术、浓缩技术、膜分离技术、生物反应器技术、各种色谱技术、各种电泳技术等有较生物反应器技术、各种色谱技术、各种电泳技术等有较全面、较详细的了解，并掌握一些主要技术的方案设计全面、较详细的了解，并掌握一些主要技术的方案设计和实际操作。和实际操作。第4页，讲稿共35张，创作于星期二参考书第5页，讲稿共35张，创作于星期二参考书第6页，讲稿共35张，创作于星期二参考书第7页，讲稿共35张，创作于星期二参考书第8页，讲稿共35张，创作于星期二1生物分离技术、特点、重要性生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择生化分离技术方案设计与选择主要内容主要内容生化分离技术的发展趋势生化分离技术的发展趋势5第9页，讲稿共35张，创作于星期二生化分离技术生化分离技术：是指对是指对由生物界自然产生的或由微生物菌体由生物界自然产生的或由微生物菌体发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种发酵的、动植物细胞组织培养的、酶反应等各种生物工业过程产生的生物工业过程产生的生物原料生物原料，经，经提取分离、提取分离、加工并精制加工并精制，最终使其成为产品这个过程中所最终使其成为产品这个过程中所采用的方法和手段的总称采用的方法和手段的总称。第10页，讲稿共35张，创作于星期二生化分离技术的特点：生化分离技术的特点：产物浓度低的水溶液（产物浓度低的水溶液（庆大霉素（庆大霉素（0.2%0.2%）组分复杂组分复杂（a a 大分子；大分子；b b 小分子；小分子；c c 可溶物；可溶物；d d 不可溶物；不可溶物；e e 化学添加物）化学添加物）产物稳定性差产物稳定性差(a(a 化学降解化学降解(pH,(pH,温度温度)；b b 微生物降解（酶作用，染菌）微生物降解（酶作用，染菌）制制得得产产品品价价格格和和产产物物浓浓度度成成反反比比（原原料料中中目目标标产产物物越越低低，所所需需能耗越高，分离过程成本越高）能耗越高，分离过程成本越高）终终产产品品的的质质量量要要求求高高。尤尤其其是是药药品品等等（蛋蛋白白类类药药物物杂杂质质小小于于2%2%、重组胰岛素中杂蛋白小于重组胰岛素中杂蛋白小于0.01%0.01%）第11页，讲稿共35张，创作于星期二生化分离技术的重要性：生化分离技术的重要性：是生物技术产品产业化的必经之路，决定了生物技术的是生物技术产品产业化的必经之路，决定了生物技术的发展。发展。决定了产品的质量的优劣，成本的高低，竞争力的大决定了产品的质量的优劣，成本的高低，竞争力的大小。小。总之，生物技术产品的特点给下游加工过程提出了特殊的要求，没有下游加工过程，就不可能有工业化结果、工业化效益。第12页，讲稿共35张，创作于星期二1生物分离技术、特点、重要性生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择生化分离技术方案设计与选择主要内容主要内容生化分离技术的发展趋势生化分离技术的发展趋势5第13页，讲稿共35张，创作于星期二生化分离技术发展的历史：生化分离技术发展的历史：古代酿造业古代酿造业第一阶段生化分离技术第一阶段生化分离技术第二阶段生化分离技术第二阶段生化分离技术第三阶段生化分离技术第三阶段生化分离技术天然发酵 白酒、啤酒、葡萄酒、酱油 纯种发酵技术,采用压滤、蒸馏等手段酒精、丙酮、丁醇 通风发酵技术、代谢调控发酵技术,采用离子交换、电泳技术等手段抗生素(青霉素)、有机酸、酶制剂、氨基酸、核苷酸 细胞融合技术和基因重组菌种发酵技术胰岛素、干扰素 第14页，讲稿共35张，创作于星期二1生物分离技术、特点、重要性生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择生化分离技术方案设计与选择主要内容主要内容生化分离技术的发展趋势生化分离技术的发展趋势5第15页，讲稿共35张，创作于星期二单体或小分子类单体或小分子类（1）氨基酸）氨基酸（2）核苷酸）核苷酸（3）脂质及植物次生物质）脂质及植物次生物质生化分离技术主要研究对象有生化分离技术主要研究对象有:有重要的营养和医用价值，可以作为食品添加剂和临床输液，也可作为日用化工的有重要的营养和医用价值，可以作为食品添加剂和临床输液，也可作为日用化工的新材料皮肤营养剂、抗氧化剂，新材料皮肤营养剂、抗氧化剂，还可以作为畜牧业方面的增效剂高效饲料添加还可以作为畜牧业方面的增效剂高效饲料添加剂，还可以作为轻工业领域的新生力量新型表面活性剂、新型纤维，生物工程不剂，还可以作为轻工业领域的新生力量新型表面活性剂、新型纤维，生物工程不可缺的基本材料细胞工程、发酵工程所需培养基的添加剂等。可缺的基本材料细胞工程、发酵工程所需培养基的添加剂等。核苷酸类物质包括核苷酸类物质包括UMP、GMP、CMP、AMP及其衍生物，是重要的医药中间体和核酸类药及其衍生物，是重要的医药中间体和核酸类药物。物。脂质在食品添加剂和医药等方面用途广泛。脂质在食品添加剂和医药等方面用途广泛。第16页，讲稿共35张，创作于星期二2.生物大分子生物大分子（1）蛋白质）蛋白质（2）多糖多糖（3）核酸）核酸3.复合分子复合分子复合分子是指由大分子与大分子构成的复合物如多复合分子是指由大分子与大分子构成的复合物如多糖与蛋白质构成的糖蛋白、色素与蛋白质构成的色糖与蛋白质构成的糖蛋白、色素与蛋白质构成的色蛋白蛋白,也包括大分子与小分子构成的复合物如脂蛋白、也包括大分子与小分子构成的复合物如脂蛋白、磷蛋白等。磷蛋白等。第17页，讲稿共35张，创作于星期二(一一)建立分析方法建立分析方法建立分析方法的目的是要衡量效果建立分析方法的目的是要衡量效果(收率收率、纯度、纯度),),以保证分离工作顺利进行以保证分离工作顺利进行.1.1.生物测定方法生物测定方法:生物测定又称生物检(鉴)定。利用某些生物对某些物质的特殊需要，或对某些物质（如抗生素、药物等）的特殊反应来定性,定量测定这些物质的方法。如用小鼠的惊厥反应测定，用微生物测定维生素B等。2.2.理化测定方法理化测定方法3.3.理化方法和生物方法相结合理化方法和生物方法相结合 一个好的分析方法必须满足一个好的分析方法必须满足:特异性或专一性强；重现性好；准确度高；特异性或专一性强；重现性好；准确度高；灵敏度高；时间短，操作简便。灵敏度高；时间短，操作简便。生化分离技术基本步骤生化分离技术基本步骤:第18页，讲稿共35张，创作于星期二(二二)选择提取材料选择提取材料选材的选材的主要原则主要原则:来源丰富来源丰富,含量相对较高含量相对较高,杂质尽杂质尽可能少。可能少。选择材料范围包括动物选择材料范围包括动物、植物、微生物、植物、微生物.第19页，讲稿共35张，创作于星期二主要生物材料来源主要生物材料来源动物脏器动物脏器动物脏器动物脏器血液及分泌物血液及分泌物血液及分泌物血液及分泌物海洋生物海洋生物海洋生物海洋生物植物与微生物植物与微生物植物与微生物植物与微生物廉价与方便廉价与方便廉价与方便廉价与方便第20页，讲稿共35张，创作于星期二 (三三)选择提取方法选择提取方法 实验材料选定后，常常需要进行预处理，然后选择适实验材料选定后，常常需要进行预处理，然后选择适当的方法将目的物进行抽提和提取。当的方法将目的物进行抽提和提取。(四四)分离纯化方法的探索分离纯化方法的探索 分离纯化步骤为核心操作，须根据目的物的理化分离纯化步骤为核心操作，须根据目的物的理化 性质，生物学性质及具体条件定。性质，生物学性质及具体条件定。第21页，讲稿共35张，创作于星期二 下下游游加加工工过过程程的的一一般般流流程程（沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶）（沉淀、吸附、萃取、超滤、结晶）发酵液发酵液初步纯化初步纯化细胞碎片分离细胞碎片分离细胞破碎细胞破碎细胞分离细胞分离高度纯化高度纯化成品加工成品加工预处理预处理胞胞外外产产物物（加热、调（加热、调pH、絮凝）、絮凝）（过滤、离心分离、膜分离（过滤、离心分离、膜分离)（匀浆、研磨、酶解）（匀浆、研磨、酶解）（离心分离、双水相萃取、膜分离）（离心分离、双水相萃取、膜分离）（重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）（重结晶、离子交换、色谱分离、膜分离）（浓缩、无菌过滤、干燥、成型）（浓缩、无菌过滤、干燥、成型）胞胞内内产产物物提取提取精制精制产品的收得率和质量控制应是贯穿生化分离技术工艺过程的主产品的收得率和质量控制应是贯穿生化分离技术工艺过程的主线。线。第22页，讲稿共35张，创作于星期二沉淀分离沉淀分离 盐析盐析、有机溶剂沉淀、选择性变性沉淀、非离子聚合物沉淀、有机溶剂沉淀、选择性变性沉淀、非离子聚合物沉淀等等层析分离层析分离吸附层析、凝胶层析、离子交换层析、疏水层析、反相层析、吸附层析、凝胶层析、离子交换层析、疏水层析、反相层析、亲和层析及层析聚焦等亲和层析及层析聚焦等电泳分离电泳分离SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦、双向电泳、毛细管聚丙烯酰胺凝胶电泳、等电聚焦、双向电泳、毛细管电泳等电泳等离心分离离心分离低速、高速、超速（差速离心、密度梯度）离心分离技术等低速、高速、超速（差速离心、密度梯度）离心分离技术等膜分离技术膜分离技术透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透等透析、微滤、超滤、纳滤、反渗透等第23页，讲稿共35张，创作于星期二生化分离方法分类生化分离方法分类分离主要依据分离主要依据分离技分离技术术种种类类分离主要依据分离主要依据 分离技分离技术术种种类类形状和大小形状和大小电电离性离性质质极性（疏水性）极性（疏水性）生物功能或特殊生物功能或特殊化学基化学基团团凝胶凝胶过滤过滤、超、超滤滤、透析、透析离子交离子交换层换层析、析、电电泳（除泳（除SDS）分配、吸附、疏水分配、吸附、疏水层层析析亲亲和和层层析析等等电电点（点（pI）溶解性溶解性密度、大小密度、大小层层析聚焦、等析聚焦、等电电聚焦聚焦盐盐析、有机溶析、有机溶剂剂抽提抽提高速离心、超离心高速离心、超离心第24页，讲稿共35张，创作于星期二(五五)均一性的鉴定均一性的鉴定 当分离工作完成后，所得目的物达什么样的纯当分离工作完成后，所得目的物达什么样的纯度度,常常要进行均一性的鉴定。常常要进行均一性的鉴定。比如：对蛋白质、核酸、多糖类物质常用纯度鉴定对蛋白质、核酸、多糖类物质常用纯度鉴定方法有层析法、电泳法、超离心法。方法有层析法、电泳法、超离心法。第25页，讲稿共35张，创作于星期二1生物分离技术、特点、重要性生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择生化分离技术方案设计与选择主要内容主要内容生化分离技术的发展趋势生化分离技术的发展趋势5第26页，讲稿共35张，创作于星期二生化分离过程是若干纯化技术联合生化分离过程是若干纯化技术联合,同时如何将这些同时如何将这些技术合理的组合和按顺序使用也是成功分离必须考技术合理的组合和按顺序使用也是成功分离必须考虑的。虑的。分离纯化一般分为三个阶段分离纯化一般分为三个阶段:初始阶段初始阶段,中间阶段中间阶段,精精致阶段。致阶段。第27页，讲稿共35张，创作于星期二主要任务主要任务在于从相对较大体积的抽提液中除去大量在于从相对较大体积的抽提液中除去大量杂质杂质,同时能浓缩样品和保障样品处于稳定的环境中。同时能浓缩样品和保障样品处于稳定的环境中。侧重点侧重点放在速度和处理量上。放在速度和处理量上。采用的技术采用的技术有沉淀技术、膜过滤技术、离子交换层有沉淀技术、膜过滤技术、离子交换层析、亲和层析等。析、亲和层析等。初始阶段初始阶段:第28页，讲稿共35张，创作于星期二主要任务主要任务是进一步除去大量杂质是进一步除去大量杂质,但这些杂质与目的但这些杂质与目的物的性质差异相对较小物的性质差异相对较小,所以选择分离方法要有较高所以选择分离方法要有较高的分辨率。的分辨率。侧重点侧重点放在分辨率和处理量上。放在分辨率和处理量上。采用的技术采用的技术有离子交换层析、亲和层析、制备级等有离子交换层析、亲和层析、制备级等电聚焦技术等。电聚焦技术等。中间阶段中间阶段:第29页，讲稿共35张，创作于星期二主要任务主要任务是除去微量杂质是除去微量杂质,使最后的产品获得高纯度使最后的产品获得高纯度.侧重点侧重点放在分辨率上放在分辨率上.采用的技术采用的技术有离子交换层析、凝胶层析等有离子交换层析、凝胶层析等.精制阶段精制阶段:第30页，讲稿共35张，创作于星期二1生物分离技术、特点、重要性生物分离技术、特点、重要性2生化分离技术发展的历史生化分离技术发展的历史3生物分离技术研究对象及基本步骤生物分离技术研究对象及基本步骤4生化分离技术方案设计与选择生化分离技术方案设计与选择主要内容主要内容生化分离技术的发展趋势生化分离技术的发展趋势5第31页，讲稿共35张，创作于星期二1.1.多种分离、纯化技术相结合多种分离、纯化技术相结合膜分离与亲和配基、离子交换基团相结合膜分离与亲和配基、离子交换基团相结合,形成了亲形成了亲和膜过滤技术。和膜过滤技术。离心分离与膜分离过程结合离心分离与膜分离过程结合,形成了膜离心分离过程。形成了膜离心分离过程。这类将两种及以上的技术的优势结合这类将两种及以上的技术的优势结合,往往具有选择往往具有选择性好、分离效率高、步骤简化性好、分离效率高、步骤简化、能耗低等优点。、能耗低等优点。第32页，讲稿共35张，创作于星期二2.2.生化分离技术生化分离技术(下游技术下游技术)与发酵工艺与发酵工艺(上游技术上游技术)相结合相结合 它是指上游技术和下游技术的改良要紧密联系它是指上游技术和下游技术的改良要紧密联系,通过改进上游因素通过改进上游因素,简化下游分离提取过程简化下游分离提取过程;把把发酵发酵-分离作为一个耦合的过程来进行。分离作为一个耦合的过程来进行。第33页，讲稿共35张，创作于星期二3.3.生化分离技术规模化工程问题的研究生化分离技术规模化工程问题的研究它是指生物技术产品的工业化往往需要将实验室技它是指生物技术产品的工业化往往需要将实验室技术进行放大术进行放大,借助化学工程中基本理论借助化学工程中基本理论,结合生化分结合生化分离过程特点离过程特点,研究大型生化分离装置中的流变学特性、研究大型生化分离装置中的流变学特性、热量和质量传递规律热量和质量传递规律,改善设备结构改善设备结构,掌握放大方法掌握放大方法,最终提高分离的目的。最终提高分离的目的。第34页，讲稿共35张，创作于星期二感谢大家观看第35页，讲稿共35张，创作于星期二