生物产品分离纯化的一般工艺流程及发展前景

⽣物产品分离纯化的⼀般⼯艺流程1.⽣物材料的来源及选择

⽣物产品的种类繁多，如氨基酸及其衍⽣物、蛋⽩质、酶、核酸、多糖、脂类等。各种⽣物物质主要来源于它们⼴泛存在的⽣物资源中，包括天然的⽣物体及其器官、组织以及利⽤现代⽣物技术改造的⽣物体等，归纳起来主要有以下⼏种:①植物器官及组织

植物器官及组织中含有很多活性成分，我国药⽤植物种类繁多，从天然植物材料中寻找和提取有效⽣物药物已逐渐引起⽖视，品种逐年增加。此外，转基因植物可产⽣⼤览的以传统⽅式难以获得的⽣物物质。②动物器官及组织

以动物器官和组织为原料可制备多种⽣物制品，从海洋⽣物的器官和组织中获取⽣物活性物质是⽬前研究的热点和重要的发展趋势。

③⾎液、分泌物及其他代谢物

⼈和动物的⾎液、尿液、乳汁，以及胆汁、蛇毒等其他分泌物与代谢产物也是⽣物物质的正要来源。④微⽣物及其代谢产物

微⽣物种类繁多，其代谢产物有1300多种，应⽤前景⼴泛。以微⽣物为资源，除了可⽣产初级代谢产物如奴荃酸、维⽣索外，还可⽣产许多次级代谢产物如抗⽣素等。⑤动植物细胞培养产物

细胞培养技术的发展使得从动物细胞、植物细胞中获得有较⾼应⽤价值的⽣物物质成为可能，且发展迅速，前景⼴阔。选择⽣物材料主要根据实验的⽬的⽽定。从⼯业⽣产⾓度来考虑，⾸先是材料来源丰富、含量⾼、成本低。有时材料来源丰富但含最不⾼，或者材料来源、含量都很理想，但材料中杂质太多，分离纯化⼿续⼗分烦琐，以致影响质量和收率，反不如含量低些但易于操作获得纯品者。因此，必须根据共体情况，抓住主要⽭后⽽决定取舍.如果为了科学实验和某种特殊需要，例如从某种材料或某⼀⽣物品种中寻找某种未知物质，选材时则⽆需全⾯考虑上述问题，只要能达到实验⽬的即可。2.分离纯化的⼀般⼯艺流程

由于⼯业⽣物技术产品众多，原料⼴泛，性质多样，⽤途各异，且对产品质量与纯度的要求也可以是多⽅⾯的，因⽽其分离纯化技术、⽣产⼯艺及相关装备也是多种多样的。⼤多数⽣物产品的分离纯化过程按⽣产过程的顺序⼤致可分为四个类似步骤，即预处理与固液分离、提取(初步纯化)、精制(⾼度纯化)和成品制作，具体流程见图1-3。

图1-3⽣物产品分离纯化⼀般⼯艺过程及各阶段的单元操作(1)预处理与固液分离

在这⼀步骤中，过滤和离⼼是基本的单元操作。为了加速两相分离，可采⽤凝聚和絮凝等预处理技术;为了减少过滤介质的阻⼒，可采⽤错流膜过滤技术。但这⼀步对产物浓缩和产物质址的改善作⽤很⼩。如果是胞内产物还要进⾏细胞破碎及碎⽚分离。

(2)提取(初步纯化)

这⼀步骤主要⽬的是除去与⽬标产物性质差异较⼤的杂质，通常⽬标产物要求有较⼤浓缩⽐，可选技术也⽐较多。典型的分离⽅法有吸附、萃取等.(3)精制(⾼度纯化)

这⼀步骤主要⽬的是除去与产物的物理化学性质⽐较接近的杂质，所选技术要求对产物有⾼度选择性。典型的⽅法有层析、电泳等.结晶特别是重结品通常也能获得⾼纯度的产物。(4)成品制作

成品形式多种多样.有液态也有固态，美观的产品形态也是产品档次的⼀个标志。产物的最终⽤途决定了产品的形式及最终的加⼯⽅法。浓缩和结晶是常⽤的⽅法，⼤多数产品还必须经过⼲燥。⽣物分离纯化技术的发展前景

随着基因⼯程、蛋⽩质⼯程、细胞⼯程、代谢⼯程等⾼新⽣物技术研究⼯作的⼴泛展开，各种⾼附加值的⽣物新产品不断涌现，对⽣物分离纯化技术提出了越来越⾼的要求。与上游过程相⽐，作为下游过程的⽣物分离纯化技术难度⼤、成本⾼，因⽽往往是步骤烦琐、处理时间长、收率低并且重复性差，严⾄地制约了⽣物技术的⼯业化发展。因此有必要加强⽣物分离纯化过程的研究，以提⾼单元分离纯化操作效率，同时缩短整个下游过程的流程，从⽽促进现代⽣物技术的整体优化。社会发展过程中，总是追求以最⼩的代价(⼈⼒、财⼒、物⼒)获得最⼤的产出，⽣物⼯业也不例外。⽣物技术产品在国内和国际市场上的竞争优势最终还要体现在低成本、⾼质量和⽆(少)污染上。因此，成本、质址、环保将是⽣物分离纯化技术永恒的发展⽅向和动⼒。

全⾃动离⼼机：http://www.doczj.com/doc/7537937c8e9951e79b89274b.html /从⽣物分离纯化技术发展趋势来看，主要有以下五点促进下游⼯程的发展和突破:1.传统分离技术的提⾼和完善

蒸馏、蒸发、过滤、离⼼、结晶和离⼦交换等传统技术由于应⽤⾯⼴且技术相对成熟，对其提⾼和完善将会推动⼤范围的技术进步，给⽣产带来极为可观的经济效益，所以不应忽视，仍应对它们加强深化研究，使其更加完善。如各种新型⾼效的过a机械和离⼼机械的问世.结晶理论和离⼦交换技术的新进展，提⾼了产品的收率、质量和⽣产效率.2.新分离过程及技术的研究、开发和应⽤(1)新型⾼效分离介质的研究开发

膜、树脂和凝胶是⽬前主要的新型分离介质。

从半渗透胶开始，膜技术已经逐步发展成⼀个庞⼤的膜家族.其中膜材料和膜制造⼯艺是技术关键。膜分离技术在我国的研究报道不少，真正的产业化应⽤还不多。新型膜材料有待开发，膜的清洗⽅法有待改进，膜分离技术的产业化应⽤有待完善.随着膜本⾝质址的改进和膜装登性能的改善，在下游加⼯过程的各个阶段，将会越来越多地应⽤膜技术。

离⼦交换树脂和⼤⽹格吸附树脂是⼀⼤类觅要的分离介质，在⼯业分离上已占有重要地位，在⽣物⼯程下游技术领域的应⽤也⽇趋⼴泛，并不断出现新型树⽉旨和新技术。

⾊谱分离是⽣物⼤分⼦分离中⼀类⼗分重要的分离技术，属精细分离。DNA重组技术和其他⽣物技术产品的产业化促进了⾊讲分离技术的⼤发展，逐渐从实验室⾛向⼯业规模，⽬前已成为⽣物分离技术研究前沿。如以琼脂掂凝胶作为从质，与各种配基结合后制成各种⾊谱分离介质，开发出⼀⼤类各具特⾊的、对分离⽣物⼤分⼦⼗分有效的⾊讲分离技术。(幻⼦代分离技术

各种分离技术相互结合、交叉、渗透，形成⼦代分离技术。这类技术选择性好，分离效率⾼.能简化下游加⼯过程步骤，节约能耗，提⾼加⼯过程的⽔平，是今后的主要发展⽅向之⼀。如膜技术和萃取、蒸馏、蒸发技术相结合形成了膜萃取技术、膜蒸馏及渗透蒸发技术，⾊诺技术与离⼦交换技术等结合形成了离⼦交换⾊谱技术、等电聚焦⾊谱技术等。(3)其他新兴下游技术

由溶剂萃取技术衍⽣出⼀⼤批⽣物分离技术，如双⽔相萃取、超临界:萃取、反胶团萃取等。它们在细胞碎⽚的去除，细胞胞内物质、醉及蛋⽩质，天然⽣物物质的提取分离⽅⾯有独特的优势，在⽣物⼯业上具有⼴阔的应⽤前景。菌体絮凝技术和菌体细胞破碎技术的进展为⼯业化分离菌体细胞和⼤规模⽣产胞内物质创造了技术前提。3.分离技术的集成化

集成化的概念最初是在20世纪70年代随着控制和优化技术的发展⽽提出的，90年代以来，国际上有些学者把这⼀概念引⼈⽣物分离纯化领域，从予了集成化新的内涵，将其具体化:利⽤已有的和新近开发的⽣物分离纯化技术将下游过程中的有关步骤进⾏有效组合，或者把两种以上的分离纯化技术合成为⼀种更有效的分离纯化技术，以达到提⾼收率、降低过程能耗和增加⽣产效益的⽬标。具体地说有双⽔相亲和分配、扩张床吸附、亲和膜、亲和沉降、整合肚⼀固定化⾦属离⼦亲和层析、加压⽓休抗溶剂结晶、⾼分⼦屏蔽与屏蔽电泳、循环亲和层析、电泳萃取等技术。