生物分离与纯化核心技术复习重点.docx
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生物分离与纯化核心技术复习重点
生化分离技术复习重点
1.生化分离,生化分离技术基本环节
生物分离与纯化目是从微生物发酵液,酶反映产物,动植物细胞培养和生物体自身分离并纯化对人类有用,符合质量规定各种生物药物和生物制品。
来源:
(1)动物脏器
(2)血液,分泌物和其他代谢物(3)海洋生物(4)植物(5)微生物
特点:
(1)目产物浓度低,纯化难度大
(2)活性物质性质不稳定,操作过程容易失活(3)生物材料中生化组分数量大,分离困难(4)生物材料易变质,保存困难(5)生物产品质量原则高
基本环节:
原料选用和预解决,分离提取,精制和成品制作
2.吸附技术
概念:
是指在一定条件下,将待分离料液(或气体)通入恰当吸附剂中,运用吸附剂对料液(或气体)中某一组分具备选取吸附能力,使该祖坟富集在吸附剂表面,然后再用恰当洗脱机将吸附组分从吸附剂上解吸下来一种分离技术
吸附剂类型:
(1)物理吸附(范德华力)
(2)化学吸附(电子转移)(3)互换吸附(离子互换)
惯用吸附剂:
一类有机吸附剂,如活性炭、纤维素、大孔吸附树脂、聚酰胺等;另一类是无机吸附剂,如氧化铝、硅胶、人造沸石、磷酸钙‘氢氧化铝等。
活性炭吸附规律:
对具备极性基团化合物吸附力较大;对芳香族化合物吸附力不不大于脂肪族化合物;对相对分子质量大化合物吸附力不不大于相对分子质量小化合物。
影响吸附因素:
吸附剂性质;吸附物性质;吸附条件(温度、PH、盐浓度)、溶剂影响。
3.膜分离技术
概念:
指物质在推动力作用下由于传递速度不同而得到分离过程。
特点:
易于操作;成本低、寿命长;高效;常温下操作无相态变化,分离精度高,没有二次污染;膜材质价格高;操作过程中膜面容易被污染;膜耐药性,耐溶性,耐热性能有限。
类型:
渗析;电渗析;微滤;超滤;反渗入;纳滤;气体分离
微孔滤膜清洗和再生办法:
将滤膜平放于清洁盛器内,用60℃左右蒸馏水浸泡,使所有湿润,数小时候(约4小时以)倾去水,再用上法浸泡12小时,使用前再用适量温蒸馏水清洗一次。
微孔滤过膜截留粒子范畴:
0.1—10μm粒子。
4.液膜分离技术
概念:
是一种以液膜为分离介质,以浓度差为推动力分离操作,是属于液—液系统传质分离过程。
构成:
膜溶剂;表面活性剂;流动载体;膜增强剂。
分类:
乳状液膜;支撑液膜。
液膜分离环节:
制备液膜;液膜萃取;澄清分离;破乳。
影响因素:
液膜乳液成分影响;乳水比;持续PH;搅拌速度影响;料液浓度和酸度影响;操作温度影响;接触时间。
应用:
分离氨基酸;提取抗生素;提取生物碱;提取蛋白质;分离有机酸;应用酶反映和酶萃取;液膜包裹。
5.盐析
基本原理:
在高浓度中性盐存在状况下,蛋白质(或酶)等生物大分子在水溶液中溶解度减少并沉淀浮现象称为盐析。
影响盐析因素:
盐饱和度;蛋白质浓度;PH值;温度
盐加入方式:
(1)加硫酸铵饱和溶液;
(2)直接加固体硫酸铵
6.等电点沉淀法
基本原理:
两性生化物质在溶液PH处在等电点时,分子表面电荷为零,分子间静电排斥作用削弱,因而吸引力增大,能互相汇集起来,发生沉淀。
等电点概念:
蛋白质或两性电解质(如氨基酸)所带净电荷为零时溶液pH,此时蛋白质或两性电解质在电场中迁移率为零。
7.结晶
概念:
溶质呈晶态从溶液中析出过程称为结晶。
过程:
过饱和溶液形成;晶核生成;晶体生长。
影响结晶因素:
溶液浓度;样品纯度;溶剂;PH;温度;时间。
办法:
盐析法;加饱和盐溶液;透析法;有机溶剂(直接加有机溶剂或者运用挥发性溶剂蒸发结晶);等电点;其他(温度差,加入金属离子)等。
8.有机沉淀法
原理:
向蛋白质等生物大分子水溶液中加入一定量亲水性有机溶剂,能明显减少蛋白质等生物大分子溶解度,使其沉淀析出。
惯用有机溶剂:
乙醇、丙酮、甲醇等。
9.固相析出分离技术重要有:
结晶法、盐析法、有机溶剂沉淀法和等电点沉淀法。
10.离子互换法
概念:
是应用离子互换剂作为吸附剂,通过静电引力将溶液中带相反电荷物质吸附在离子互换剂上,然后用适当洗脱机将吸附物从离子互换剂上洗脱下来,从而达到分离、浓缩、纯化目。
惯用离子互换剂:
人工高聚物作载体离子互换树脂;多糖作载体多糖基离子互换剂。
分类;一.按树脂骨架重要成分分:
(1)聚苯乙烯型树脂
(2)聚苯烯酸型树脂(3)多乙烯多氨—环氧氯苯烷树脂(4)酚醛树脂
二.按骨架物理构造来分:
(1)凝胶型树脂
(2)大网格树脂(3)均孔树脂
三.按活性基团分类:
阳离子互换树脂:
(1)强酸性阳离子互换树脂(磺酸基团和次甲酸磺酸基团)
(2)弱酸性阳离子互换树脂(羧基和酚羟基)
阴离子互换树脂:
(1)强碱性阴离子互换树脂(季铵基团)
(2)弱碱性阴离子互换树脂(伯胺基。
仲胺基)
离子互换树脂理化性能:
交联度;互换容量;粒度和形状;滴定曲线;稳定性;膨胀性。
影响离子互换树脂选取因素:
离子化合价;离子水化半径;溶液浓度;离子强度;溶液PH;有机溶剂影响;树脂物理构造影响;树脂与离子间辅助力
影响离子互换速度因素:
树脂粒度;树脂交联度;溶液流速;温度;离子大小;离子化合价;离子浓度。
离子互换技术普通流程:
原料液预解决——原料液与离子互换树脂充分接触——淋洗互换树脂——把离子互换树脂上有用物质解吸并洗脱下来——离子互换树脂再生。
11.层析柱装柱操作办法:
一方面选好柱子,普通柱子直径与长度比为1:
10~50;凝胶柱可以选1:
100~200,同步将柱子洗涤干净。
将层析用基质(如吸附剂、树脂、凝胶等)在恰当溶剂或缓冲液中溶胀,并用恰当浓度酸(0.5N~1N)、碱(0.5N~1N)、盐(0.5M~1M)溶液洗涤解决,以除去其表面也许吸附杂质。
然后用去离子水(或蒸馏水)洗涤干净并真空抽气(吸附剂等与溶液混合在一起),以除去其内部气泡。
关闭层析柱出水口,并装入1/3柱高缓冲液,并将解决好吸附剂等缓慢地倒入柱中,使其沉降约3cm高。
打开出水口,控制恰当流速,使吸附剂等均匀沉降,并不断加入吸附剂溶液。
(吸附剂多少依照分离样品多少而定。
)最后使柱中基质表面平坦并在表面上留有2~3cm高缓冲液,同步关闭出水口。
12.亲和层析
原理:
亲和层析是一种吸附层析,抗原(或抗体)和相应抗体(或抗原)发生特异性结合,而这种结合在一定条件下又是可逆。
因此将抗原(或抗体)固相化后,就可以使存在液相中相应抗体(或抗原)选取性地结合在固相载体上,借以与液相中其她蛋白质分开,达到分离提纯目。
影响吸附剂亲和力因素:
配基浓度;空间障碍;配基与载体结合位点;载体孔径。
13.疏水作用层析
概念:
固定相由非极性物质(如烃类、苯基等)构成层析。
非极性分子间或分子非极性基团间具备吸引力,不同分子非极性基团与固定相非极性物质结合强弱不同,从而达到分离。
多用于蛋白质分析和分离。
原理:
蛋白质表面普通有疏水与亲水集团,疏水层析是运用蛋白质表面某一某些具备疏水性,与带有疏水性载体在高盐浓度时结合。
在洗脱时,将盐浓度逐渐减少,因其疏水性不同而逐个地先后被洗脱而纯化,可用于分离其他办法不易纯化蛋白质。
14.过滤
概念:
在推动力或者其她外力作用下悬浮液(或含固体颗粒发热气体)中液体(或气体)透过介质,固体颗粒及其物质被过滤介质截留,从而使固体及其她物质与液体(或气体)分离操作。
原理:
运用物质溶解性差别,将液体和不溶于液体固体分离开来一种办法
类型:
(1)常规过滤
(2)错流过滤
15.助滤剂滤饼作用
助滤剂原理:
通过加入助滤剂变化进入滤池之前颗粒或滤料表面性质、电性与尺寸。
变化滤料表面性质可提高颗粒向滤料迁移速度与黏附效率;变化进入滤池悬浮颗粒表面性质与尺寸可提高颗粒黏附效率。
按照该机理形成聚合物–颗粒絮体,使颗粒和黏附作用都得到加强。
助滤剂重要种类有:
⑴聚合无机高分子(如聚合氯化铝、聚合硫酸铝)⑵合成有机高分子(如聚丙烯酰胺、HAC阳离子絮凝剂)⑶天然有机高分子(如骨胶、海藻酸钠)⑷氧化剂(如氯、臭氧、二氧化氯等)。
助滤剂用法:
(1)在过滤之前先在过滤介质表面预涂一层助滤剂;
(2)助滤剂按一定比例均匀加入待过滤料液中。
滤饼:
过滤介质普通有一定孔径纱布或不锈钢网。
过滤介质普通是形成滤饼用。
真正起到过滤作用是滤饼。
滤饼孔隙较过滤介质小。
截留能力大。
因此,在实验时普通将头一定体积滤液重新过滤。
过滤介质、滤饼均有一定过滤阻力。
过滤介质阻力是不变。
而随着过滤进行,滤饼不断变厚。
阻力不断增长。
过滤速度不断减小
16.提取:
通过溶剂(如乙醇)解决、蒸馏、脱水、经受压力或离心力作用,或通过其她化学或机械工艺过程从物质中制取(如构成成分或汁液)。
谓通过提炼而获得。
17.精制:
从一种物质中把不需要成分除去
18.萃取:
运用溶质在互不相容两相之间分派系数不同而使溶质得到纯化或浓缩技术。
萃取选用因素:
(1)萃取剂分子至少有一种萃取功能基
(2)萃取剂分子中必要有相称长链烃或芳烃(3)选取性好、萃取容量大、化学和辐射稳定性强、容易与原料液分层、操作安全等。
影响因素:
(1)PH,温度‘盐析
(2)有机溶剂选取(3)带溶剂(4)乳化和去乳化
19.细胞破碎惯用技术:
(1)高压匀浆法
(2)高速珠磨法(3)超声波法(4)化学法(5)酶解法(6)渗入压冲击法(7)冻结-融化法(8)干燥法
惯用溶酶:
溶菌酶、透明质酸酶、蛋白酶、脂肪酶、核酸酶等。
20.高压匀浆法原理:
细胞悬浮液在高压作用下从阀座与阀之间环隙高速喷出后撞击到碰撞环上,细胞在受到高速撞击后,几句释放到低压环境,从而在撞击力和剪切力等综合伙用下破碎
影响因素:
压力、循环操作次数和温度
21.化学渗入法破碎细胞特点:
速度低,效率差,且化学或生化试剂添加形成新污染,但化学渗入法选取性高,胞内产物总释放率低,可有效抑制核酸释放,料液粘度小,有助于后解决。
22.珠磨法破碎细胞影响因素:
搅拌速度、料液循环速度、细胞悬浮液浓度、珠粒大小和数量、温度等。
23.发酵液预解决减少液体黏度惯用办法:
(1)加热
(2)凝聚和絮凝(3)变性沉淀(4)调节PH
24.加入电解质凝聚剂目
发酵液中细胞,菌体或蛋白质等胶体粒子ide表面都带有同种电荷,使得这些胶体粒子之间互相排斥,保持一定距离而不互相凝聚。
此外,这些胶体粒子和水有高度亲和性,其表面很容易吸住水分,形成一层水膜,从而使胶体粒子呈分散状态。
在发酵液中加入电解质,就能中和胶体粒子电性,夺取胶体粒子表面水分子,破坏其表面水膜,从而使胶体粒子能直接碰撞而汇集起来。
25.絮凝絮凝重要影响因素
概念:
是指使用絮凝剂,在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大絮凝团过程。
原理:
絮凝剂普通为高分子聚合物,具备长链线状构造,容易溶于水,其相对分子质量高达数万至1000万以上,在长链节上具有相称多活性功能团。
絮凝剂功能团能强烈地吸附在胶粒表面,由于一种高分子絮凝剂长链节上具有相称多活性功能团,因此一种絮凝剂分子可分别吸附在不同颗粒表面,从而产生架桥链接。
絮凝影响因素:
重要是絮凝剂相对分子质量和种类、絮凝剂用量、溶液PH、搅拌速度和时间等。
26.干燥过程、惯用干燥办法和设备
完整干燥工艺过程:
是由加热系统、原料供应系统、干燥系统、除尘系统、气流输送系统和控制系统构成。
可分为两个阶段:
恒速干燥和降速干燥。
惯用干燥办法:
常压干燥、减压干燥、喷雾干燥和冷冻干燥等。
惯用设备:
厢式干燥器、真空干燥器、冷冻干燥器、管式气流干燥器、沸腾干燥器、喷雾干燥器等。
27.惯用固液分离办法有:
过滤、沉降和离心分离。
28.浸取技术,影响因素
概念:
用溶剂浸渍固体混合物以分离可溶组分及残渣单元操作。
又称固液萃取。
影响因素:
固体物质颗粒度;溶剂用量及浸取次数;温度;浸取时间;搅拌;溶剂PH
29.平衡水分:
与一定状态湿空气充分接触后,物料中不能除去水分称为平衡水分。
30.自由水分:
物料中超过平衡水分那某些水分称自由水分。
31.渗入蒸发:
是通过渗入选取膜,在膜两侧组分蒸气分压作用下,使液体混合物某些蒸发,从而达到分离一种膜分离办法。
原理:
膜前侧组分在膜表面溶解,进而向膜内扩散,再透过膜而蒸发,运用膜选取透过性,可使含量少溶质透过膜得以分离。
惯用设备:
板框式渗入池;卷筒式渗入池。
32.物料含水量表达办法及计算公式
(1).湿基含水量:
湿物料中所含水分质量分率称为湿物料湿基含水量。
w=湿物料中水分质量/湿物料总质量
(2).干基含水量:
不含水分物料普通称为绝对干料.湿物料中水分质量与绝对干料质量之比,称为湿物料干基含水量。
X=湿物料中水分质量/湿物料中绝对干料质量
33.克服膜表面浓度差极化现象办法:
进入膜解决前预过滤能去除微粒状物质,减少待阻留溶质浓度;逆洗;超声波振动;设立湍流增进物;震动和脉冲喂料等。
此外,尚有研究通过膜、膜系统或膜表面旋转而达到控制浓差极化目。
34.生化分离技术分离重要对象:
动植物细胞与微生物发酵液;酶反映产物、中间产物或废物料,具备生物活性物质(如酶类)。
35.生物技术产品特点:
构造复杂;具备种属特异性;针对性强,疗效高;基因稳定性;免疫原性;检查特殊性等。
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