生物药物的分离纯化技术

聚苯乙烯类衍生物；
• 2）无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐 等；
• 3）天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、 海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖 等。
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生物药物的分离纯化技术
医药和食品工业： • 聚丙烯酸类阴离子絮凝剂 • 聚苯乙烯类衍生物 • 无机高分子聚合物絮凝剂（聚合铝盐、聚合铁盐等） • 天然有机高分子絮凝剂（多聚糖类胶粘物、海藻酸钠、
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生物药物的分离纯化技术
• 4.助滤剂 • 一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤
速增大。 • 悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的
表面上，改变了滤饼结构，降低了过滤阻力。
常用的助滤剂有：硅藻土、纤维素、石棉粉、白 土、炭粒、淀粉等，最常用的是硅藻土。
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生物药物的分离纯化技术
初步纯化 • 沉淀法、吸附法、萃取法、超滤法
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。
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成品加工 • 无菌过滤、去热原、干燥、冷冻干燥、喷
雾干燥、制剂。
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生物分离技术的特点
• 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
生物药物的分离纯化技 术
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2020/11/26
生物药物的分离纯化技术
• 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。
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生物药物的分离纯化技术
第一节 绪 论
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➢ 等电点沉淀法 • 蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。
• 在酸性溶液中带正电荷；在碱性溶液中带负电荷。 • 在某一pH下，净电荷为零，溶解度最小，称为等
电点。
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生物药物的分离纯化技术
➢ 化合沉淀法 • 酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。 • 在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子，如三氯乙
的交换容量。
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• （2）杂蛋白
• 在采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸 附能力，
• 在有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化现象，使两 相分离不清。
• 在常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞或受污染， 影响过滤效率。
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生物药物的分离纯化技术
高价无机离子的去除方法 • Ca2+——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀； • Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁可溶
性络合物； • Fe2+——黄血盐，→普鲁士兰沉淀
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生物药物的分离纯化技术
杂蛋白的去除方法 ➢等电点沉淀法 ➢化合沉淀法 ➢变性法 ➢吸附法
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• 5.反应剂 • 加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶
性沉淀，如CaSO4，AlPO4等。 • 生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状
结构，沉淀本身可作为助滤剂，且能使胶状物和 悬浮物凝固，改善过滤性能。
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发酵液的相对纯化
发酵液中的杂质： • （1）高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+） • 在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质
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。
固液分离 • 沉降、离心分离、过滤、错流过滤。
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细胞破碎
• 机械法：高压匀浆、高速珠磨、超声波破 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。
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酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、 过氯酸盐等形成沉淀；
• 在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子，如Ag+、 Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。
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➢ 变性法 • 热变性：适于热稳定物质 • 大幅度调节pH：根据产物特性反向调节 • 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等
• 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； • 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。
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第二节 发酵液的预处理
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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。
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生物药物的分离纯化技术
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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。
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生物药物的分离纯化技术
基本原理
• 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。
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生物药物的分离纯化技术
生物药物的分离纯化技术
基本涵义
• 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。
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生物药物的分离纯化技术
主要内容
• 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。
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• （1）凝聚 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。
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主要是无机类电解质，大多为阳离子。
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生物药物的分离纯化技术
➢ 缺点： • 加热法只适合于对热较稳定的目的产物； • 极端pH值也会导致某些目的产物失活，且要消耗
大量酸碱；
• 有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少 的场合。
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生物药物的分离纯化技术
➢ 吸附法 • 加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。 ① 在四环素类抗生素中，采用黄血盐和硫酸锌的
•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。
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生物药物的分离纯化技术
生物分离方法的选择
• 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；
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生物药物的分离纯化技术
生物分离的基本过程
• 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。
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•发酵液 •（培养液）
•预处理
•胞外产物
•胞内产物
•动植物 •原料
•细胞破碎
•固-液分离
•细胞破碎
•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
•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
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生物药物的分离纯化技术
• 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。
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生物药物的分离纯化技术
• 工业上使用的絮凝剂可分为三类： • 1）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、
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协同作用生成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附 蛋白质；
② 在枯草杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二 钠，两者生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及 其他不溶性粒子吸附并包裹在其中除去。
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生物药物的分离纯化技术
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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发酵液过滤特性的改变
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
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生物药物的分离纯化技术
预处理的目的
• 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 。
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预处理的方法
• （一）发酵液过滤特性的改变 • （二）发酵液的相对纯化
生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。
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生物药物的分离纯化技术
改善发酵液过滤特性的物理化学方法
• 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。
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生物药物的分离纯化技术
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。
• 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵 液较易分离。
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生物药物的分离纯化技术
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生物药物的分离纯化技术
絮凝剂
• 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 （如-NH2）基团以及不带电荷的非离子型 基团。
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
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生物药物的分离纯化技术
• （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。
明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等）
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• （3）混凝 • 对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子
型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和 产生吸附桥架的双重机理；
• 对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用 凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果，这种包 括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。
发展历史
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。