生物药物的分离纯化技术

主要内容
LOGO
• 包括离心分离、过滤分离、泡沫分离、萃 取分离、沉淀（析）分离、膜分离、层析 （色谱）分离、电泳分离技术以及产品的 浓缩、结晶、干燥等技术。
基本原理
LOGO
• 主要是依据离心力、分子大小（筛分）、 浓度差、压力差、电荷效应、吸附作用、 静电作用、亲和作用、疏水作用、溶解度、 平衡分离等原理对原料或产物进行分离、 纯化。不同的分离对象需要采用不同的分 离方法才能有效地被分离。
碎； • 非机械法：化学法、酶解法、渗透压冲击
法、冻结融化法、干燥法。
初步纯化 • 沉淀法、吸附法、萃取法、超滤法
LOGO
高度纯化
• 吸附层析、亲和层析、凝胶层析、离子交 换层析、电泳、结晶和重结晶。
LOGO
成品加工 • 无菌过滤、去热原、干燥、冷冻干燥、喷
雾干燥、制剂。
生物分离技术的特点
LOGO
• （一）发酵液过滤特性的改变 • （二）发酵液的相对纯化
LOGO
发酵液过滤特性的改变
LOGO
微生物发酵液的特性为： ➢ 发酵产物浓度较低，大多为1-10%，悬浮液中大
部分是水； ➢ 悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大； ➢ 固体粒子可压缩性大； ➢ 液相粘度大，大多为非牛顿型流体； ➢ 性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微
• 1、需要对目标产物的快速分离纯化 • 2、需要对原料液进行高度浓缩 • 3、需要借助新型的分离技术和材料 • 4、需要除去有害人类健康的物质 • 5、采用利于保持目标产物产品质量的操作条件 • 6、产品要求高质量、高纯度
因此，生物分离过程往往成本很高，在某些产品的生产过程中，分离 成本可能占到总成本的80％以上。
生物药物的分离纯化技术
LOGO
• 研究如何从混合物中把一种或几种物质分 离出来的科学技术，是一门应用性很强、 科技含量较高的学科，涉及到物理、化学、 生物学等方面的知识和操作技术。
第一节 绪 论
基本涵义
LOGO
• 生物分离技术是指从动植物与微生物的有 机体或器官、生物工程产物（发酵液、培 养液）及其生物化学产品中提取、分离、 纯化有用物质的技术过程。
LOGO
2.调节pH • pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度
和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤 特性。
LOGO
3.凝聚与絮凝 • 采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细
胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使 其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。 另外，还能有效地除去杂蛋白和固体杂质， 提高滤液质量。
• 5、进行产物均一性的测定；
• 6、进行中间试验和工业生产应用的放大设计，确定最佳 的分离方法。
第二节 发酵液的预处理
预处理的目的
LOGO
• 1.分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒（细胞 碎片、核酸和蛋白质的沉淀物）。
• 2.除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质， 以利于后继各步操作 。
预处理的方法
吸附层析 离子交换层析
凝胶层析 亲和层析 疏水层析 高效液相色谱
成品加工
脱盐、浓缩 结晶、干燥
图1-1 生物分离的一般工艺过程
LOGO
生物分离的各阶段的常用方法
发酵液的预处理 • 加热 、调pH、絮凝和凝聚。
LOGO
固液分离 • 沉降、离心分离、过滤、错流过滤。
LOGO
细胞破碎 • 机械法：高压匀浆、高速珠磨、超声波破
• （1）凝聚
LOGO
指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层 电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体 系不稳定的现象。
• 发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒 子双电层的结构使胶粒之间不易聚集而保 持稳定的分散状态。
LOGO
主要是无机类电解质，大多为阳离子。 常用的凝聚剂电解质： • 硫酸铝 Al2(SO4)3•18H2O； • 氯化铝 AlCl3•6H2O; • 三氯化铁 FeCl3; • 硫酸亚铁 FeSO4·7H2O ； • 石灰；ZnSO4；MgCO3
生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。
改善发酵液过滤特性的物理化学方法
LOGO
• 调酸（等电点）、热处理、电解质处理、 添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反 应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等。
LOGO
1.降低液体粘度 • 根据流体力学原理，滤液通过滤饼的速率
与液体的粘度成反比，降低液体粘度（加 水稀释法和加热法等）可有效提高过滤速 率。注意加热温度与时间，不影响产物活 性和细胞的完整性。
（如-NH2）基团以及不带电荷的非离子型 基团。
LOGO
• 它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用， 强烈地吸附在胶粒的表面。
• 当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同 的胶粒表面上，产生桥架联结时，就形成了较大 的絮团，这就是絮凝作用。
生物分离方法的选择
LOGO
• 对于一个未知化学结构和性质的组分的分离制备设计，
大致可按以下六个基本步骤进行：
• 1、查找与待分离组分相关的基础性研究资料，建立相应 的分析鉴定方法；
• 2、开展制备物的理化性质稳定性的预备试验；
• 3、开展材料处理及抽提方法的选择试验；
• 4、进行分离纯化方法、程序的摸索及其分离效果的评价；
LOGO
• （2）絮凝 • 指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架
作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。 • 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵
液较易分离。
LOGO
絮凝剂
LOGO
• 是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对 分子质量可高达数万至一千万以上，长链
状结构，其链节上含有许多活性官能团，
包括带电荷的阴离子（如-COOH）或阳离子
发展历史
LOGO
生物分离技术至今已有几百年的历史。
① 16世纪人们发明了用水蒸气蒸馏从鲜花与香草 中提取天然香料的方法；
② 近代生物分离技术是在欧洲工业革命以后逐渐 发展形成的；到20世纪40年代初，大规模深层 发酵生产抗菌素；
③ 近年来发展的新生物技术包括利用基因工程菌 生产人造胰岛素，人与动物疫苗等产品，某粗 产物的含量极低，而对分离所得最终产物的要 求却更高了。
生物分离的基本过程
LOGO
• 生物分离工艺流程：
• 一般包括原料的选取、预处理、细胞破碎、 固-液分离、初步纯化（分离）、精制（高 度纯化）和成品加工等过程。
发酵液 （培养液）
胞外产物
预处理 胞内产物
动植物 原料
细胞破碎
固-液分离
细胞破碎
Hale Waihona Puke Baidu萃取与预处理
初步纯化 精制
固-液分离
沉淀分离 静态吸附 静态离子交换 萃取分离 膜分离