第二章--预处理技术(邱玉华版).doc

第二章--预处理技术(邱玉华版)第二章预处理技术第一节概述学****目标掌握预处理的本质;熟悉生物材料的预处理过程通常,生物物质的分离纯化是以含生物物质的溶液为出发点,进行一系列的提取和精制操作。因此,生物物质分离纯化的第一个必需步骤就是从生物材料出发,设法使所制备的目标产物转移到溶液中,同时去除其他悬浮颗粒(如培养基残渣、菌体、细胞或絮凝体等)以及改善溶液的性状,以利于后续各步操作,该过程通常称处理。生物材料的预处理过程一般有以下几个步骤①动物组织和器官要先除去结缔组织、脂肪等非活性部分,然后绞碎,选择适当的溶剂形成细胞悬液。②植物组织和器官要先去壳、除脂,再粉碎,选择适当的溶剂形成细胞悬液。③发酵液、细胞培养液、组织分泌液以及制成的细胞悬液等则根据目标产物所处位不同进行相应的处理。动物细胞培养的产物大多分泌在细胞外培养液中。微生物代谢产物大多分泌到细胞外,如大多数小分子代谢物、细菌产生的碱性蛋白酶、霉菌产生的糖化酶等。分泌在细胞外的产物称为胞外产物。但有些目的产物存在于细胞内部,如大多数酶蛋白、类脂和部分抗生素等,称为胞内产物。自20世纪80年代以来,随着重组DNA技术的广泛应用,许多具有重大价值的生物产品应运而生,如胰岛素、干扰素、白细胞介素2等,它们的基因分别在宿主细胞(大肠杆菌或酵母细胞等)内克隆表达成为基因工程产品,其中许多基因工程产品都是胞内产物。而植物细胞产物多为胞内物质。对于胞外产物,一般可直接利用过滤或离心方法,将菌体或其他悬浮杂质分离除去。但有些生物物质在发酵结束时部分会沉积或被吸附在菌体中,应采取措施尽可能使其转移到液相中,通常采用调节pH至酸性或碱性的方法来达到。例如四环类抗生素,由于其能与钙、镁等离子形成不溶解的化合物,故大部分沉积在菌丝中,用草酸酸化后就能转入水相,再经固液分离除去细胞(菌体)。对于胞内产物,则应首先通过离心等方法收集细胞或菌体,经细胞破碎使生物物质释放到液相中,再将细胞碎片分离除去。第二节发酵液过滤特性的改变与相对纯化学****目标熟悉发酵液过滤性的改变方法;掌握发酵液的相对纯化方法。微生物发酵液的成分极为复杂,其中除了所培养的微生物菌体及残存的固体培养基外还有未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质,以及微生物的各种代谢产物。微生物发酵液的特性可归纳为:①发酵产物浓度较低,悬浮液中大部分是水;②悬浮物颗粒小,相对密度与液相相差不大;③固体粒子可压缩性大;④液相黏度大,大多为非牛顿型流体;⑤性质不稳定,随时间变化,如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响;⑥成分复杂,杂质较多,这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难。通过对发酵液进行适当的预处理,即可改善其流体性能,降低滤饼比阻,提高过滤与分离的速率。发酵液中杂质很多,对后步分离影响最大的是高价无机离子(Ca2+、Mg2+、Fe3+)和杂蛋白等,在预处理时应尽量除去这些物质。一、发酵液过滤特性的改变有关改善发酵液过滤特性的物理化学方法有调酸(等电点)、热处理、电解质处理、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻—解冻及添加助滤剂等。,滤液通过滤饼的速率与液体的黏度成反比,可见降低液体黏度可有效提高过滤速率。降低液体黏度的常用方法有加水稀释法和加热法等。采用加水稀释法虽能降低液体黏度,但会增加悬浮液的体积,加大后继过程的处理任务。而且,单从过滤操作看,稀释后过滤速率提高的百分比必须大于加水比才能认为有效,即若加水1倍,则稀释后液体的黏度必须下降50%以上才能有效提高过滤速率。,适当调节pH可改善其过滤特性。此法是发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一。对于氨基酸、蛋白质等***物质,在酸性条件下带正电荷,在碱性条件下带负电荷,而在某一pH值下,净电荷为零,称为等电点。在等电点下,***物质的溶解度最小,此即为等电点沉淀法的依据。如在味精生产中利用等电点()沉淀法提取谷氨酸。对于蛋白质,由于羧基的电离度比氨基大,故蛋白质的酸性性质通常强于碱性,因而大多数蛋白质的等电点都在酸性范围内(~)。利用酸性来调节发酵液pH使之达到等电点,可除去蛋白质等酸性物质。在膜液过滤中,发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附,通过调整pH改变易吸附分子的电荷性质,即可减少堵塞和污染。此外,细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pH下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒,有利于过滤的进行。,加入某些不影响目的产物的反应剂,可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响,从而提高过滤速率。加入反应剂可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黏结,使菌丝具有块状结构,沉淀本身可作为助滤剂,并且能使胶状物和悬浮物凝固,