2022年生物分离过程整理 .pdf

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1、生物分离过程.-生物分离工程的一般工艺及每个步骤的常用方法-：1) 发酵液的预处理：（也称不溶物的去除）作用：将固相分离。特点：采用凝聚和絮凝等技术来加速固相，液相分离，提高过滤速度。方法：最基本的单元操作：过滤，离心。2）产物的提取 ; 作用：将目标物和与其性质差别较大的杂质分开，使产物的浓度有较大幅度的提高。特点：多单元协同操作。方法：沉淀，吸附，萃取，超滤等单元操作。3）产物的精制：作用：高度纯化，除去与目标物性质相近的杂质。特点：采用对目标物具有高选择性的分离方法。方法：首选色谱分离技术：层析（柱层析，薄层层析），离子交换，亲和色谱，吸附色谱，电色谱。4）成品的加工处理：作用：将上述分

2、离纯化过程得到的产物进行最后加工使其成为商用成品。特点：将产品根据用途，质量要求进行加工。方法：浓缩，结晶和干燥。-预处理及固液分离- 1 预处理的目的：改善发酵液的物理性质：流变性质、颗粒粒度去除部分杂质：杂蛋白、多糖、高价无机离子等。预处理的方法：物理性质的改善：加热（降低黏度、去除杂蛋白），凝聚与絮凝（增大粒度），加助滤剂（改善过滤） ；杂质的去除：去杂蛋白（等电点、变性剂、吸附），去多糖（酶解） ，去离子（沉淀） 。2 常用过滤设备的特点（转鼓真空，板框，）真空过滤机与板框过滤机的使用特点真空转鼓过滤机特别适合于固体含量较大（10% ）的悬浮液的分离。由于受推动力( 真空度 ) 的限制

3、，真空转鼓过滤机一般不适合于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，而且采用真空转鼓过滤机过滤所得固相的干度不如加压过滤。应用：大规模生物分离的主要过滤设备，用于较难分离的低黏度发酵液板框过滤机比较适合固体含量1% 10% 的悬浮液的分离。板框过滤机过滤面积大，过滤推动力能大幅度调整，能耐受较高的压力差，固相含水分低，能适应不同过滤特性的发酵液的过滤。应用：用于很难处理的、高黏度、高细颗粒含量的发酵液的固液分离3 凝聚与理絮凝原理凝聚是在高价无机盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理

4、的集合为主的过程。）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - -细胞破碎（常见的细胞破碎的方法，机理，影响因素，特点）- 常见的细胞破碎的方法与特点：机械法四种方法较重要，适应性也是其特点-沉淀- 1 盐析操作过程 2盐析的影响因素1）蛋白质浓度：硫酸铵最常用。盐析作用要强；盐析用盐需有较大的溶解度；盐析用盐必须是惰性的；来源丰富、经济。 （半径小的高价离子的盐析作用较强，半径大的低价离子作用较弱）组成相近的蛋白质，分子量

5、越大，沉淀所需盐的量越少；蛋白质分子不对称性越大，也越易沉淀。饱和度确定盐析用盐量的目标蛋白质的盐析沉淀操作之前，所需的硫酸铵浓度或饱和浓度可通过实验确定。( 不同种类的盐主要影响Ks; 离子半径小，带电多，电荷密度高，盐析效果好) 3）pH值对盐析的影响：为提高盐析效率，多将溶液PH值调到待沉淀蛋白的等电点处。(pH 影响 Cohnx方程中的值) 4）温度对盐析的影响：在一般情况下，蛋白质对盐析温度无特殊要求，可在室温下进行，只有某些对温度比较敏感的酶要求在0-4 进行 (T 亦影响值,T,T) 3. 有机溶剂沉淀法的影响因素：1）温度：使用有机溶剂沉淀时，操作必须在低温下进行。2）pH值：

6、 pH 多控制在待沉蛋白质的等电点附近。3）样品浓度：样品较稀时，将增加有机溶剂投入量和损耗；样品太浓会增加共沉作用。一般认为蛋白质的初浓度以 0.5 2为好，粘多糖则以1 2较合适。4）中性盐浓度：较低浓度的中性盐存在有利于沉淀作用，减少蛋白质变性。一般中性盐浓度以0.01 0.05mol/L为好，常用的中性盐为醋酸钠、醋酸铵、氯化钠等。5）某些金属离子：一些金属离子如Ca2+、Zn2+等可与某些成阴离子状态的蛋白质形成复合物，这种复合物溶解度大大降低而不影响生物活性，有利于沉淀形成，并降低溶剂用量。-萃取 - 1 分配系数（ K） ：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，

7、在两相中的平衡浓度之比为常数萃取利用溶质在互不相溶的两相中溶解度( 或分配系数）的不同而使溶质得到纯化或浓缩的技术。分配平衡分配系数超临界流体：温度和压力均超过临界点时，物质介于气体和液体之间的一种特殊的非凝缩性的高密度流体。反胶团 : 是指当油相中表面活性剂的浓度超过临界胶束浓度后, 其分子在非极性溶剂中自发形成的亲水基向内、疏水名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页 - - - - - - - - - 基向外的具有极性内核的多分子聚集体多逆流萃取，料液

8、和萃取剂分别从两端加入，萃取相与萃余相逆向流动多级错流萃取， : 原料由第 1 级混合器进，由第n 级分离器出；萃取剂由每级的混合器加入，由每级的分离器流出，最后合并所有萃取相进行产物分离及溶剂回收乳化：一种液体分散在另一种不相混合的液体中的现象。反萃取：将目标产物从有机相转入水相的萃取操作。2. 弱电介质的分配平衡与pH的关系 : 弱酸性电解质的分配系数随pH降低而增加， 而弱碱性电解质的分配系数随pH的降低而升高。 （离子不能溶解在有机溶剂中）原理：1）弱酸时， H+，平衡，中性离子，萃取率，分配系数2）弱碱时， H+，平衡，中性离子，萃取率，分配系数。如果在有机相中溶质不发生缔和，仅以单

9、分子形式存在，则游离的单分子溶质符合分配定律，分配系数为: 解离常数分别为：表观分配系数为: .3 乳化对萃取影响：乳化是有两种乳浊液：一种是（有机相）以油滴分散在水中的水包油型O/W ；一种是水以水滴分散在油中的油包水型 W/O.在萃取过程中， 蛋白质的亲水基和疏水基使其在溶剂相与水相间形成稳定的乳化层，造成相分离困难。增加动力消耗，降低了离心机的理论级数，还造成产品收率和质量下降及溶剂消耗增加。去乳化的方法：加热，稀释，离心，过滤，电解质，转型（1）使乳浊液黏度降低，易破坏乳浊液（2）当乳化不严重时，可用过滤或离心分离的方法，使分散的细微颗粒互相碰撞而聚沉。（离心）（3）加入适量的电解质（

10、如NaCl，NaOH ，KCl 及铝离子等） ，使其电荷中和而聚沉（电解质）（4）在 O/W型乳浊液中，加入亲油性表面活性剂，同样在W/O型乳浊液中，加入亲水性表面活性剂，会使乳浊液破坏。 （转型）4 双水萃取原理及操作过程原理双水相萃取是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法操作过程、选择双水相系统的溶质：根据欲分离物质和杂质的溶解特性，选择双水相系统的溶质。常用水溶性高分子聚合物和各种盐类，且通常采用两种高分子化合物系统。、制备双水相系统：此为关键步骤。双水相系统的制备，一般是将两种分别配制成一定浓度的水溶液，然后将两种溶液按照不同的比例混合，静止一段时间，当两种溶质的

11、浓度超过某一浓度范围时，就会产生两相。两相种两种溶质的浓度各不相同，如用等量的1.1%的右旋糖酐溶液和0.36%甲基纤维束溶液混合，静止后产生两相，上相中含右旋糖酐0.39%，含甲基纤维素0.65%；而下相中含右旋糖酐1.58%，含甲基纤维素0.15%。 4、萃取分离：双水相系统+欲分离混合物充分搅拌，混合均匀静止混合物中不同组分按其分配系数不同分配在两相中， 并达平衡通过离心机或其他方法将两相分开收集达到分离目的（结合其他生化分离方法，进一步分离纯化得目的产物）。5 反胶团萃取原理及操作过程原理：由于反胶团内存在微水池，故可溶解氨基酸、肽和蛋白质等生物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境

12、。因此反胶团萃取特别蛋适合白质类生物大分子。表面性质不同的蛋白质可能以不同的形式溶解于反胶团相，但对于亲水性蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型。蛋白质的萃取，与蛋白质的表面电荷和反胶束内表面电荷间的静电作用，以及反胶束的大小有关，所以，任何可以增强这种静电作用或导致形成较大的反胶束的因素，都有助于蛋白质的萃取。AHHAKa水相有机相0AHAHKBHHBKb水相水相有机相AAHAHK名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 操

13、作过程 1首先是目标pro 从水相选择性的进入有机相的反胶团中2 用适当水溶液在将有机相的反胶团中pro 反萃取到水相6. 超临界流体性质：超临界流体（SCF ） ：温度和压力均超过临界点时，物质介于气体和液体之间的一种特殊的非凝缩性的高密度流体。密度类似液体（密度，溶解能力，则接近液体）压力和温度的变化均可改变相变粘度 , 扩散系数接近于气体（扩散系数，黏度小，接近气体）2 选 1 SCF的介电常数，极化率和分子行为与气液两相均有着明显的差别性质介于气体和液体之间。超临界流体萃取特点：1. 由于可被溶解物质分别释放，分离能力强 2. 易于控制3. 能耗低 4. 产物、溶剂容易回收 5.无溶剂

14、残留6. 设备昂贵 7 具良好的选择性7 多级逆流萃取的优点-回收率较高、但溶剂用量大、产物浓度低、能耗较大-吸附与离子交换- 1 影响吸附的因素（1）吸附剂的性质， （吸附剂的性质如孔隙率，孔径，粒径等影响比表面积，从而影响吸附效果。）（2）吸附质的性质， 1 温度 2PH 3 盐的浓度 4 吸附物质浓度与吸附剂量 5 溶剂2 采用弱极性吸附剂分离时，PH对弱电解质的吸附有何影响= 3 固定床吸附的优缺点：a）优点：结构简单、造价低，吸附剂磨损少。b）缺点 : 1）操作麻烦，因是间歇操作，操作过程中两个吸附器需不断地周期性切换；2) 单位吸附剂生产能力低，因备用设备虽然装有吸附剂，但处于非生

15、产状态；3) 固定床吸附剂床层尚存在传热性能较差，床层传热不均匀等缺点。 4）膨胀床吸附的优缺点5 分离蛋白质的离子交换剂应具有哪些特点1 具有较高的交换容量 2具有较好的交换选择性3 交换速度快 4具有在水，酸，碱，盐，有机溶剂中的不可溶性6 影响离子交换吸附的因素1 影响交换速度的因素（1）颗粒大小：愈小越快（2）交联度：交联度小，交换速度快（3）温度：越高越快（4）离子化合价：化合价与高，交换越快（5）离子大小：越小越快（6）搅拌速度：在一定程度上越大越快（7）溶液浓度：当交换速度为外扩散控制时，浓度越大，交换速度越快（8）被分离组分料液的性质 9 ）树脂被污染情况2 影响离子交换选择性

16、的因素（1）水合离子半径：半径越小，亲和力越大；（2）离子化合价和离子浓度：高价离子易于被吸附； （3）溶液 pH：影响交换基团和交换离子的解离程度，但不影响交换容量；（4）离子强度：越低越好；（5）有机溶剂：不利于吸附；（6）交联度、膨胀度、 ：交联度大，膨胀度小，；交联度小，膨胀度大，交换速度快；（ 7 ） 其 他 作 用 力 ： 除 静 电 力 以 外 ， 还 有 氢 键 和 范 德 华 力 等 辅 助 力 ； -色 谱 分 离- 1 基线：在操作条件下，色谱出口处没有组分流出，仅有纯流动相流检测器，此时的流出曲线称为基线。2 凝胶色谱原理：凝胶色谱所用的层析剂是一类无吸附能力的多孔凝胶

17、颗粒，多孔颗粒孔隙内的溶液为固定相，颗粒间隙中的溶液为固定相，由于不同分子大小不同而在颗粒内外分布不同，因此洗脱速度不同而实现对分子大小不同的混合物分离。操作： 1溶胀 2 装柱 3 柱均匀性检查 4 上样 5 冲洗 6 再生 7 保存3 离子交换色谱原理：以离子交换树脂作为固定相，选择合适的溶剂作为流动相，使溶质按照其离子交换亲合力的不同而得到分离的方法。操作： 1. 样品处理 2. 离子交换柱的安装 3.装柱 4. 加样 5. 洗涤 6. 洗脱 7. 监测 8.收集 9. 沉淀 / 离心10. 脱水干燥 11. 测定名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -