生物分离技术

1.生物分离技术:指从动物与微生物的有机体或器官`生物工程产物

(发酵液`培养液)及生物化学产品中提取`分离`纯化目标物质的技术过程.

2.生物分离的一般工艺[理想化过程]:⑴动植物原料→细胞破碎→萃

取与预处理→$$. ⑵发酵液→预处理→分支为①②{①胞外产物→固-液分离.&②胞内产物→细胞破碎→固-液分离.$$}→初步纯化[沉淀分离`静态吸附`静态离子交换`膜分离]→精制[吸附层析`离子交换层析`凝胶层析`亲和层析`疏水层析`高效 ?? 色谱]→成品加工[脱盐`浓缩`结晶`干燥].

不溶物的去除[过滤`离心`细胞破碎]→产物分离[吸附`萃取`泡沫`膜分离]→产物纯化[色谱`电泳`层析]→产品精致[结晶`脱盐].

3.过滤:传统的化工单元操作,原理是使料液通过固态过滤介质时,固

态悬浮物与ag分离.

4.过滤前预处理:⑴加热:最简单经济的预处理,使液体粘度降低,加快

过滤速率,同时可灭菌,前提是目标物为热稳定性产物.⑵加入电解质:①凝聚:原理:某些与胶粒带电性相反地电解质加入时,扩散双电层的排斥电位降低,电解质离子在水中的水化作用也会破坏胶粒周围的水化层,两者共同作用结果是,破坏胶体的分散状态,使胶体粒子聚集.②絮凝:原理:指在某些高分子絮凝剂存在下,在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程,作为絮凝剂的高分子聚合物必须有长链线状结构,易溶于水,长链节上含较多官能团,[根据带电不同,絮凝剂分为:阴离子型`阳离子型`非离子型].⑶加入助滤剂:助滤剂均为细粉或纤维,使难以过滤的物料变得易于过滤. 硅藻土:几百年前水生植物沉淀的遗骸;;珍珠岩:处理过的膨胀火山岩.

5.硅藻土使用方法:⑴作为深层过滤介质过滤悬浮液:硅藻土不规则的

粉粒形状之间形成曲折的毛细孔道,借助筛分作用去除固体粒子;同时由于吸附,除去胶体粒子.⑵作为预涂层使用:以保护支撑介质的细孔不被堵塞.⑶预投后,预料液共同过滤,形成多孔性滤饼,降低滤饼可压缩性,以提高过滤效率. 6.影响絮凝效果因素:⑴絮凝剂的分子量和种类:①分子量大`链长`

吸附架桥效果好;②分子过小`絮凝剂在水中溶解度小.⑵絮凝剂用量:①浓度较低时增加用量有助于架桥充当,絮凝效果提高;②絮凝剂浓度过多时,引起吸附饱和,胶粒上形成覆盖层,失去与其他胶粒架桥作用.⑶pH值:影响离子型絮凝剂官能团电离度,提高电离度`使分子链上同电荷间斥力增大,链伸展,提高架桥能力.⑷搅拌速率和时间:剪切力会打散絮凝团,要注意搅拌.

7.过滤设备及其结构:按推动力的不同可分为以下四类:⑴重力过滤:

应用较少.⑵加压过滤:操作繁杂,拆装不便.⑶真空过滤:可实现连续化生产.⑷离心过滤:略

8.重力沉降:当静置悬浮液时,密度较大的固体颗粒在重力作用下逐渐

下沉. 离心沉降见10

9.重力沉降受重力:F g=πd3ρs g/6 d—微粒半径[m]. ρs—

固体颗粒介质密度[kg/m3].g—微粒加速度[m/s2].

10.离心沉降:基于固体颗粒和周围液体密度存在差异,在离心场中使不

同密度的固体颗粒加速沉降的分离过程.

11.分离因数:Z=F C/g=4π2N2r/g .

12.超离心技术分类:⑴制备型超离心.⑵分析型超离心.

13.制备型离心:⑴离子差速离心法[分布离心法]:①逐渐增加离心速度.

②高速与低速交替进行,使沉降粒子在不同离心速度及不同离心时

间内分批分离出来.⑵一般密度梯度离心法[区带离心]:先将样品ag 置于一个由梯度材料形成的密度梯度液体柱中,离心后被分离组分以区带层分布于梯度柱中,是粒子在完全沉降之前,液体梯度中形成不连续的分离区带,前提是要控制好粒子分离的时间.⑶等密度离心法:当不同离子存在密度差时,在离子力场作用下,粒子向上浮起,或向下沉降,一直移动到与它们密度正好相等的位置上,并形成区带.

①预形成梯度等密度离心.②自形成梯度等密度离心.

14.细胞破碎原理:动`植物及微生物长生的天然产物,有胞外型和胞内

型两种.为回收胞内产物,需用利用外力破坏细胞膜和细胞壁,使细胞内含物释放出来,然后再进行分离纯化.

15.选择细胞破碎方法所考虑因素:⑴细胞壁的坚韧长度.⑵产物的性质

[承受剪切力`耐酸`耐热].

16.化学破碎法: 渗透冲击法`增溶法`碱溶法`酶溶法`脂溶法.

17.[化学破碎]渗透冲击法:适用范围:⑴细胞破碎难易程度决定于其类

型,红血球细胞非常适合采用渗透冲击法溶破,快速改变介质中盐浓度,将十分有效地破碎红血球细胞.⑵①动物细胞只有当其组织被机械切碎或匀浆后才易溶破;②植物细胞很难溶破,因其细胞中含有大量木质成分,通过渗透流很难渗透.

18.[化学破碎]增溶法:⑴方法:将2倍细胞体积的某浓度表面活性剂加

入到细胞中,表面活性剂溶解细胞壁中的脂类成分,从而破碎细胞,胞内物释放.⑵表面活性剂通常是两性的,结构中含有亲水基团[离子及疏水基团[烃基],既能和水作用也能和脂作用.

19.[化学破碎]碱溶法:⑴原理:细胞壁外层和浆膜上有Pro成分,利用

Pro在碱性条件下溶解的特性,调节溶液pH值,实现Pro溶解,细胞壁破碎.⑵①优点:成本低廉,反应速度快;②缺点:反应剧烈,不具选择性,碱的加入,与细胞壁产生多种反应,包括磷脂皂化等.

20.[化学破碎]酶溶法:⑴加酶法:将溶解细胞壁的酶加入体系中,细胞

壁受到部分或完全破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞壁,进一步增大胞内产物通透性.⑵自溶法:通过调节温度`pH值或添加有机溶剂,诱使细胞产生溶解自身的酶的方法.⑶①优点:条件温和`具有选择性,可催化细胞壁反应,而不破坏细胞内的其他物质;②缺点:价格昂贵,限制大规模生产中的使用.

21.[化学破碎]脂溶法:⑴原理:选择适当溶剂,加入细胞悬浮液中,细胞

壁脂质吸收后导致细胞壁膨胀`裂开,细胞质释放.⑵选择理想的溶剂应选和细胞壁脂溶解度相配,而与细胞质相差较大的. 22.物理破碎法:匀浆法`超声法`研磨法`珠磨法.

23.[物理破碎]匀浆法:影响高压破碎的主要因素:操作压力`破碎次数`

阀型设计`操作温度`细胞浓度.

24.[物理破碎]超声:影响因素:⑴振幅:振幅直接声能有关,影响目标产

物的释放量.⑵细胞悬浮液的黏度:黏度过大会抑制空穴现象.⑶被处理悬浮液的体积:体积越大需要的能量也越大.⑷珠粒的体积和直径:添加细小的珠粒有助于形成空穴,同时可以辅助研磨效应.随着珠粒直径的变化,目标K有最大值出现.⑸超声条件:破碎时间`温度`细胞种类`pH值`料液比.

25.[物理破碎]高速搅拌珠研磨法:过程:⑴研磨仓为一个密封系统,有

垂直和水平两种设计:①垂直仓的研磨介质载量为50-60%,可减少珠的磨损,但效率低.②水平仓的研磨介质装载量80-85%,研磨效率高,但磨损大.⑵搅拌设计:主要是给研磨珠的推动力,搅拌盘与驱动轴有同心的,也有偏心的,有垂直的,也有倾斜的.⑶研磨珠:有无铅玻璃`钢珠`陶瓷珠等,直径在0.1-1.5mm范围内. ①使用研磨珠的大小主要由细胞的大小决定:细菌菌体--用小的研磨珠,直径0.1mm;;

酵母菌菌体--用大的研磨珠,直径0.5mm. ②另外目标产物在细胞内的位置也影响研磨珠的选择:用大直径可以有效释放游离在细胞之中的目标产物,在细胞质中的产物,不必把细胞完全破碎;;在细胞核中的目标产物须完全破碎,用小直径的珠.⑷研磨珠的装载量:一般在80-90%之间.①太低,提供的碰撞率和剪切力不够,增加装载量提高细胞破碎率.②过大,研磨珠之间产生相互干扰,研磨珠会过度磨损,同时产生的温度会很高,能量消耗大,对目标产物也有影响.

细胞破碎率与流速成反比关系.

26.吸附:利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力,

使其富集在吸附剂表面的过程.

27.吸附过程[四过程]:料液与吸附剂混合→吸附质被吸附→料液流出

→吸附质解吸附吸附剂再生.