生物分離與純化技術(shù)授課教案

1、生物分離與純化技術(shù)授課教案第一章緒論教學目的：熟悉生物物質(zhì)的概念、種類和來源；了解分離純化技術(shù)及其基本原理；熟悉分離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗證工作；掌握分離純化的特點與一般步驟；了解生物分離純化技術(shù)的發(fā)展歷史；熟悉生物分離純化技術(shù)的發(fā)展趨勢。教學重點：生物物質(zhì)的概念、種類和來源；分離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗證工作；分離純化的特點與一般步驟；生物分離純化技術(shù)的發(fā)展趨勢。教學難點：分離純化技術(shù)及其基本原理；分離純化工藝的優(yōu)化、放大和驗證工作。教學課時：4學時教學方法：多媒體教學教學內(nèi)容：第一節(jié)生物分離與純化的概念與原理一、生物物質(zhì)的概念、種類和來源1 .生物物質(zhì)：氨基酸及其衍生物類、活性多肽類、蛋

2、白質(zhì)、酶類、核酸及其降解物、糖、脂類、動物器官或組織制劑、小動物制劑、菌體制劑。2 .生物物質(zhì)來源：動物器官與組織、植物器官與組織、微生物及其代謝產(chǎn)物、細胞培養(yǎng)產(chǎn)物、血液、分泌物及其代謝物二、生物分離純化概念指從發(fā)酵液、動植物細胞培養(yǎng)液、酶反應液或動植物組織細胞與體液等中分離、純化生物產(chǎn)品的過程。三、生物分離純化技術(shù)生物技術(shù)上游：基因工程、細胞工程、酶工程、發(fā)酵工程及組織工程；下游：生物產(chǎn)品的回收一一生物分離與純化技術(shù)，主要包括離心技術(shù)、細胞破碎技術(shù)、萃取技術(shù)、固相析出技術(shù)、色譜技術(shù)和膜分離技術(shù)等。四、分離純化基本原理有效識別混合物中不同組分間物理、化學和生物學性質(zhì)的差別，利用能夠識別這些差別

3、的分離介質(zhì)或擴大這些差別的分離設(shè)備來實現(xiàn)組分間的分離或目標產(chǎn)物的純化?！袄矸蛛x純化技術(shù)產(chǎn)物舉例帶電性電泳蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸離子交換色譜氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質(zhì)、核酸等電點沉淀蛋白質(zhì)、氨基酸化學性電滲析氨基酸、有機酸、鹽、水貢離子交換色譜氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質(zhì)、核酸親和色譜蛋白質(zhì)、核酸生物功親和色譜蛋白質(zhì)、核酸能特性疏水色譜蛋白質(zhì)、核酸原理分離純化技術(shù)產(chǎn)物舉例分子大小、離心菌體、細胞碎片、蛋白質(zhì)形狀超濾蛋白質(zhì)、多醵、抗生素微濾菌體、細胞透析尿素、鹽、蛋白質(zhì)電滲析氨基酸、有機酸、鹽、水凝膠色譜鹽、分子大小/、同的蛋白質(zhì)溶解度、揮萃取氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質(zhì)、香料發(fā)性鹽析蛋白質(zhì)

4、、核酸結(jié)晶氨基酸、后機酸、抗生素、蛋白質(zhì)蒸儲乙醇、香精等電點沉淀蛋白質(zhì)、氨基酸有機溶劑沉淀蛋白質(zhì)、核酸第二節(jié)分離純化策略一、生物分離純化技術(shù)的特點1 .環(huán)境復雜、分離純化困難2 .含量低、工藝復雜3 .穩(wěn)定性差、操縱要求嚴格4 .目標產(chǎn)物最終的質(zhì)量要求很高5 .終極產(chǎn)品純度的均一性與化學分離上純度的概念并不完全相同二、分離純化方法選擇的原則1 .技術(shù)路線、工藝流程盡量簡單化；2 .盡可能采用低成本的材料與設(shè)備；3 .將完整工藝流程劃分為不同的工序；4 .注意時效性；5 .采用成熟技術(shù)和可靠設(shè)備；6 .準備好書面標準操作程序等技術(shù)文件；7 .檢測純化過程中產(chǎn)物產(chǎn)量和活性三、分離純化的原材料選擇與

5、成品保存1 .原材料的選擇(1)來源(2)與目標產(chǎn)物含量相關(guān)的因素合適的生物品種合適的組織器官生物材料的種屬特異性合適的生長發(fā)育階段合適的生理狀態(tài)2 .天然生物材料的采后處理天然生物材料需要處理的原因細胞自溶導致目標產(chǎn)物失活或降解；易受微生物污染導致目標產(chǎn)物失活或降解。易受光照、氧氣等的作用導致其分子結(jié)構(gòu)改變。一般植物材料需進行適當?shù)母稍锖笤俦４?，動物材料需?jīng)清洗后速凍、有機溶劑脫水或制成丙酮粉在低溫下保存。3 .成品的保存(1)影響生物產(chǎn)品保存的主要因素空氣溫度水分光線pH保存期(2)蛋白質(zhì)和酶制品的保存方法低溫下保存制成干粉或結(jié)晶保存保存時添加保護劑四、分離純化的準備工作1 .軟件材料的準

6、備2 .硬件材料的準備五、分離純化的基本步驟六、分離純化技術(shù)的綜合運用與工藝放大一種合格產(chǎn)品要運用多種分離設(shè)備和技術(shù)進行純化，原因為：在每個工序中根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備條件和目標產(chǎn)物的性質(zhì)、規(guī)格、用途不同可采用多種分離純化手段；每種分離純化操作本身各項影響加工效果的因素都直接影響分離純化的效果和成本；各工序間具有復雜的相互影響作用。1 .建立在制品、半制品成品上的檢測方法是工藝優(yōu)化的前提2 .明確優(yōu)化工藝的評判標準，處理好收率、純度、經(jīng)濟性之間的平衡應將處理體積大、加工成本低的工序盡量前置，而價格昂貴、精制工序易放在工藝流程的后段。隨產(chǎn)物純度的提高，對工藝流程下游加工所用的設(shè)備、試劑的要求亦提高。七、分

7、離純化的中試放大1 .中試放大具備的條件確定并系統(tǒng)鑒定了生物材料的資源目標產(chǎn)物的收率穩(wěn)定即重復性好，質(zhì)量可靠工藝路線和操作條件已經(jīng)確定，并且已經(jīng)建立了原料、半制品、產(chǎn)品的的分析檢測方法已經(jīng)進行過物料平衡預算，并且建立了主廢”的處理和監(jiān)測方法確立了中試規(guī)模及所需原材料的規(guī)格和數(shù)量建立了教完善的安全生產(chǎn)預警措施和方法2 .中試放大中力求解決及注意的問題(1)進一步確定生產(chǎn)中所需原輔料的規(guī)格和來源(2)進一步確定生產(chǎn)設(shè)備的選型與設(shè)備材料的質(zhì)量(3)進一步確定分離純化操作的條件限度(4)研究和建立原輔材料、中間體及產(chǎn)品質(zhì)量的分析方法和手段3 .中試放大的方法經(jīng)驗放大法、相似放大法、數(shù)學模型放大法、步步

8、為營法、一竿子插到底法4 .中試放大的關(guān)鍵環(huán)節(jié)工藝路線及各工序操作步驟設(shè)備材質(zhì)與型號的選擇原輔材料、中間體的質(zhì)量標準操作條件物料衡算安全生產(chǎn)與“三廢”防治原輔材料、中間體及產(chǎn)品的理化和生物學測定消耗定額、原料成本、操作工時與生產(chǎn)周期等的計算八、生物藥品生產(chǎn)工藝的驗證1 .驗證的概念證明任何程序、生產(chǎn)過程、設(shè)備、物料、活動或系統(tǒng)確實能達到預期結(jié)果的有文件明的一系列活動。2 .藥品生產(chǎn)驗證的主要內(nèi)容設(shè)備與廠房和公用設(shè)施驗證、工藝驗證、清潔驗證、分析方法驗證、計算機驗證3 .生產(chǎn)工藝驗證關(guān)鍵工藝步驟的驗證關(guān)鍵工藝參數(shù)的驗證工藝一致性驗證第三節(jié)生物分離純化技術(shù)的發(fā)展一、生物分離純化技術(shù)的發(fā)展歷史1 .古代釀造業(yè)包括釀酒、制醬（油）、醋、酸奶和干酪等，都是家庭作坊式的，產(chǎn)物基本不經(jīng)過后處理而直接使用。2 .原始分離純化時期（第一代生物技術(shù)產(chǎn)品）主要指19世紀60年代到20世紀40年代青霉素等抗生素出現(xiàn)之前的生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)。3 .傳統(tǒng)分離純化方法推廣使用時期（傳統(tǒng)第二代生物技術(shù)產(chǎn)品）這一時期的特點是產(chǎn)品類型多，分子結(jié)構(gòu)較為復雜，對分離純化提出了更高要求。這期間引進吸收了大量的近代化學工業(yè)的分離技術(shù)，據(jù)報道有80的化工單元操作技術(shù)被引進生物工業(yè)。4 .快速發(fā)展時期（第三代生物技術(shù)產(chǎn)品）一般認為以20世紀70年代末崛起的DNA重組技術(shù)及細胞融合技術(shù)為代表。如乙肝疫苗、干擾素等一批對人類十分有