1、生物生物分離分離與純化與純化技術(shù)技術(shù)主講教師：田忠景分離分離o 分離（分離（separation）是利用混合物中各組分在）是利用混合物中各組分在物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異，通過(guò)適當(dāng)?shù)难b置物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異，通過(guò)適當(dāng)?shù)难b置或方法，使各組分分配至不同的空間區(qū)域或在不或方法，使各組分分配至不同的空間區(qū)域或在不同的時(shí)間依次分配至同一空間區(qū)域的過(guò)程。實(shí)際同的時(shí)間依次分配至同一空間區(qū)域的過(guò)程。實(shí)際上，分離是一個(gè)相對(duì)的概念，人們不可能將一種上，分離是一個(gè)相對(duì)的概念，人們不可能將一種物質(zhì)從混合物中物質(zhì)從混合物中100%地分離出來(lái)。地分離出來(lái)。o 分離是認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的必經(jīng)之路；是各種分析技分離是認(rèn)識(shí)物質(zhì)

2、世界的必經(jīng)之路；是各種分析技術(shù)的前提。術(shù)的前提。富集（富集（enrichment）o 富集是指在分離過(guò)程中使目標(biāo)化合物在某空富集是指在分離過(guò)程中使目標(biāo)化合物在某空間區(qū)域的濃度增加。間區(qū)域的濃度增加。o 富集是分離的目的之一。富集需要借助分離富集是分離的目的之一。富集需要借助分離的手段，富集與分離往往是同時(shí)實(shí)現(xiàn)。的手段，富集與分離往往是同時(shí)實(shí)現(xiàn)。 o 富集涉及目標(biāo)溶質(zhì)與其他溶質(zhì)的分離。富集涉及目標(biāo)溶質(zhì)與其他溶質(zhì)的分離。濃縮濃縮(concentration)o 濃縮指將溶液中的一部分溶劑蒸發(fā)掉，使溶濃縮指將溶液中的一部分溶劑蒸發(fā)掉，使溶液中存在的所有溶質(zhì)的濃度都同等程度的提液中存在的所有溶質(zhì)的濃度

3、都同等程度的提高的過(guò)程。高的過(guò)程。o 濃縮過(guò)程也是一個(gè)分離過(guò)程，是溶劑與溶質(zhì)濃縮過(guò)程也是一個(gè)分離過(guò)程，是溶劑與溶質(zhì)的相互分離，不同溶質(zhì)并不相互分離，它們的相互分離，不同溶質(zhì)并不相互分離，它們?cè)谌芤褐械南鄬?duì)含量在溶液中的相對(duì)含量(摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù))不變。不變。o 富集涉及目標(biāo)溶質(zhì)與其他溶質(zhì)的分離。富集富集涉及目標(biāo)溶質(zhì)與其他溶質(zhì)的分離。富集往往伴隨著濃縮，因?yàn)橐愿患癁槟康牡臐饪s往往伴隨著濃縮，因?yàn)橐愿患癁槟康牡臐饪s往往使溶液體積減少。往往使溶液體積減少。純化（純化（purification）o 純化是通過(guò)分離操作使目標(biāo)產(chǎn)物純度提高的純化是通過(guò)分離操作使目標(biāo)產(chǎn)物純度提高的過(guò)程，是進(jìn)一步從目標(biāo)產(chǎn)物中除

4、去雜質(zhì)的過(guò)過(guò)程，是進(jìn)一步從目標(biāo)產(chǎn)物中除去雜質(zhì)的過(guò)程。程。 o 純化的操作過(guò)程可以是同一分離方法反復(fù)使純化的操作過(guò)程可以是同一分離方法反復(fù)使用，也可以是多種分離方法反復(fù)使用。用，也可以是多種分離方法反復(fù)使用。純度（純度（purity）o 是用來(lái)表示純化產(chǎn)物主組分含量高低或所含是用來(lái)表示純化產(chǎn)物主組分含量高低或所含雜質(zhì)多少的一個(gè)概念。雜質(zhì)多少的一個(gè)概念。o 純是相對(duì)的，不是絕對(duì)的。純度越高，則純純是相對(duì)的，不是絕對(duì)的。純度越高，則純化操作的成本越高。物質(zhì)的用途不同，對(duì)純化操作的成本越高。物質(zhì)的用途不同，對(duì)純度的要求也不同。度的要求也不同。富集、濃縮和純化的區(qū)分富集、濃縮和純化的區(qū)分o 根據(jù)目標(biāo)組分

5、在原始溶液中的相對(duì)含量根據(jù)目標(biāo)組分在原始溶液中的相對(duì)含量（摩爾分?jǐn)?shù)）的不同進(jìn)行區(qū)分：（摩爾分?jǐn)?shù)）的不同進(jìn)行區(qū)分：方法方法被分離組分的摩爾分?jǐn)?shù)被分離組分的摩爾分?jǐn)?shù)富集富集 0.9常用的分離方法常用的分離方法 o 常用到得分離方法：鹽析、萃取分離法（包常用到得分離方法：鹽析、萃取分離法（包括溶劑萃取、膠團(tuán)萃取、雙水相萃取、超臨括溶劑萃取、膠團(tuán)萃取、雙水相萃取、超臨界流體萃取、固相萃取、固相微萃取、溶劑界流體萃取、固相萃取、固相微萃取、溶劑微萃取等）、膜分離方法（包括滲析、微濾、微萃取等）、膜分離方法（包括滲析、微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、膜萃取、膜超濾、納濾、反滲透、電滲析、膜萃取、膜吸收、

6、滲透汽化、膜蒸餾等）、層析方法吸收、滲透汽化、膜蒸餾等）、層析方法（離子交換層析、尺寸排阻層析、疏水層析、（離子交換層析、尺寸排阻層析、疏水層析、固定化金屬螯合親和層析固定化金屬螯合親和層析IMAC、親和層析、親和層析等）、沉淀分離法、浮選分離法等。等）、沉淀分離法、浮選分離法等。 分離富集在生命科學(xué)中的應(yīng)用分離富集在生命科學(xué)中的應(yīng)用o 被分離物質(zhì)被分離物質(zhì)：生物體：生物體o 生物分離純化的概念：生物分離純化的概念：指從發(fā)酵液、酶反應(yīng)液或指從發(fā)酵液、酶反應(yīng)液或動(dòng)植物組織細(xì)胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產(chǎn)品的動(dòng)植物組織細(xì)胞培養(yǎng)液中分離、純化生物產(chǎn)品的過(guò)程。過(guò)程。一、生物物質(zhì)及來(lái)源一、生物物質(zhì)及來(lái)源1.

7、生物物質(zhì)：來(lái)源于生物中生物物質(zhì)：來(lái)源于生物中天然的天然的或利用現(xiàn)代或利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)生物工程技術(shù)以生物為載體合成的以生物為載體合成的，從，從氨基氨基酸、多肽酸、多肽等低相對(duì)分子質(zhì)量化合物到等低相對(duì)分子質(zhì)量化合物到病毒、病毒、微生物活體制劑微生物活體制劑等具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和成分的一等具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)和成分的一類物質(zhì)。類物質(zhì)。一、生物物質(zhì)及來(lái)源一、生物物質(zhì)及來(lái)源氨基酸及其衍生物類氨基酸及其衍生物類活性多肽類活性多肽類蛋白質(zhì)類蛋白質(zhì)類酶類酶類1 12 23 34 4動(dòng)物器官或組織制劑動(dòng)物器官或組織制劑小動(dòng)物制劑小動(dòng)物制劑菌體制劑菌體制劑 核酸及其降解物核酸及其降解物糖類糖類脂質(zhì)脂質(zhì)2.2.生物物質(zhì)來(lái)源：

8、生物物質(zhì)來(lái)源：動(dòng)物臟器；血液、分泌物和其他代謝產(chǎn)物海洋生物：主要是海藻動(dòng)物、魚類、軟體動(dòng)物等植物：生化成分眾多微生物：主要有細(xì)菌、放線菌、真菌和酵母菌二二、分離純化基本原理、分離純化基本原理生物材料生物材料生物材料生物材料上游加工上游加工非均相混合物非均相混合物均相混合物均相混合物有效識(shí)別有效識(shí)別混合物中不同組分間物理、化學(xué)和生物混合物中不同組分間物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)的差別學(xué)性質(zhì)的差別，利用能夠識(shí)別這些差別的分離介，利用能夠識(shí)別這些差別的分離介質(zhì)或擴(kuò)大這些差別的分離設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)或擴(kuò)大這些差別的分離設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)組分間的分組分間的分離離或或目標(biāo)產(chǎn)物的純化目標(biāo)產(chǎn)物的純化。分離純化的本質(zhì)：分離純化的本

9、質(zhì)：三、三、生物分離技術(shù)的特點(diǎn)生物分離技術(shù)的特點(diǎn)生物材料容易生物材料容易變質(zhì)，保存困變質(zhì)，保存困難難終極產(chǎn)品質(zhì)量終極產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高標(biāo)準(zhǔn)高目標(biāo)產(chǎn)物濃度目標(biāo)產(chǎn)物濃度低、分離純化低、分離純化困難困難活性物質(zhì)性質(zhì)活性物質(zhì)性質(zhì)不穩(wěn)定，操作不穩(wěn)定，操作過(guò)程容易失活過(guò)程容易失活生物材料中的生物材料中的生化組分?jǐn)?shù)量生化組分?jǐn)?shù)量大，分離困難大，分離困難1.2.3.4.5.o 按生產(chǎn)過(guò)程的性質(zhì)劃分，分離與純化工藝過(guò)程可劃分為四個(gè)階段：o 分離與純化前的預(yù)處理o 提取o 精制o 成品加工四、生物分離的一般流程四、生物分離的一般流程1.分離純化前的預(yù)處理o 預(yù)處理是分離純化操作的第一步。o 利用凝聚、絮凝、沉淀等技術(shù)

10、，除去部分雜質(zhì)，改變流體特性，以利于固-液分離；經(jīng)離心分離、膜分離等固-液分離操作后，分別獲得固相和液相。2.提取o 提取為分離純化操作的主要步驟。利用超濾、萃取、吸附、離子交換等分離技術(shù)進(jìn)行提取操作，除去與產(chǎn)物性質(zhì)差異較大的雜質(zhì)，提高目標(biāo)物濃度。3.精制o 采用結(jié)晶、色譜分離、冷凍干燥等對(duì)產(chǎn)物有較高選擇性的純化技術(shù)，除去與目標(biāo)物性質(zhì)相近的雜質(zhì)。4.成品加工o 精制后進(jìn)行無(wú)菌過(guò)濾和去熱源、干燥、造粒、分離過(guò)篩等成品加工操作，經(jīng)檢驗(yàn)合格后包裝。o 上述分離與純化過(guò)程可劃分為兩部分：初步分離和高度純化。o 其中包含多種分離純化技術(shù)，其中一些分離純化技術(shù)既可用于初步分離過(guò)程，又可用于高度純化過(guò)程。（

11、沉淀、吸附、萃取、超濾、結(jié)晶）（沉淀、吸附、萃取、超濾、結(jié)晶）發(fā)酵液發(fā)酵液初步純化初步純化細(xì)胞碎片分離細(xì)胞碎片分離細(xì)胞破碎細(xì)胞破碎細(xì)胞分離細(xì)胞分離高度純化高度純化成品加工成品加工預(yù)處理預(yù)處理胞外產(chǎn)物胞外產(chǎn)物（加熱、調(diào)（加熱、調(diào)pHpH、絮凝）、絮凝）（過(guò)濾、離心分離、膜分離（過(guò)濾、離心分離、膜分離) )（勻漿、研磨、酶解）（勻漿、研磨、酶解）（離心分離、雙水相萃取、膜分離）（離心分離、雙水相萃取、膜分離）（重結(jié)晶、離子交換、色譜分離、膜分離）（重結(jié)晶、離子交換、色譜分離、膜分離）（濃縮、無(wú)菌過(guò)濾、干燥、成型）（濃縮、無(wú)菌過(guò)濾、干燥、成型）胞內(nèi)產(chǎn)物胞內(nèi)產(chǎn)物提取提取精制精制 生生物物分分離離純純化

12、化的的一一般般流流程程五、五、分離純化方法選擇的原則分離純化方法選擇的原則n技術(shù)路線、工藝流程技術(shù)路線、工藝流程盡量簡(jiǎn)單化；盡量簡(jiǎn)單化；盡可能采用低成本的盡可能采用低成本的材料與設(shè)備；材料與設(shè)備；將完整工藝流程劃分為將完整工藝流程劃分為不同的工序；不同的工序；注意時(shí)效性；注意時(shí)效性；采用成熟技術(shù)和可靠設(shè)備；采用成熟技術(shù)和可靠設(shè)備；做好準(zhǔn)備工作；做好準(zhǔn)備工作；檢測(cè)純化過(guò)程中產(chǎn)物產(chǎn)量和活性檢測(cè)純化過(guò)程中產(chǎn)物產(chǎn)量和活性1.分離純化的準(zhǔn)備工作分離純化的準(zhǔn)備工作( (1 1) )軟件材料的準(zhǔn)備軟件材料的準(zhǔn)備(2)(2)硬件材料的準(zhǔn)備硬件材料的準(zhǔn)備2 2. .原材料的選擇原材料的選擇(1)(1)來(lái)源來(lái)源(2)(2)與目標(biāo)產(chǎn)物含量相關(guān)的因素與目標(biāo)產(chǎn)物含量相關(guān)的因素合適的生物品種合適的生物品種