生物药物的分离纯化技术
生物药物提取纯化
生物药物提取纯化1. 简介生物药物是以生物体组织、细胞等为原料制备的药物，具有高度的特异性和活性。
生物药物的提取和纯化是制备高质量药物的关键步骤。
本文将介绍生物药物提取纯化的基本原理、常用方法和注意事项。
2. 提取方法生物药物的提取通常包括以下步骤：2.1 组织或细胞破碎生物药物通常存在于生物体组织或细胞中，首先需要将组织或细胞破碎，以释放出药物。
常用的破碎方法有机械破碎、超声波破碎等，选择合适的破碎方法要根据药物的性质和原料的特点来确定。
2.2 细胞壁破裂对于含有厚壁细胞的原料，如植物细胞，还需要进行细胞壁破裂。
常用的方法包括高压处理、酶解等，以实现细胞壁的破裂和药物的释放。
2.3 溶剂提取将破碎后的组织或细胞与适量的溶剂（如水、有机溶剂）混合，进行提取。
溶剂的选择要考虑药物的疏水性或亲水性。
一般情况下，亲水性物质用水提取，疏水性物质用有机溶剂提取。
2.4 分离清除杂质提取得到的混合物中常常含有一些杂质，需要进行分离和清除。
常用的方法包括离心、过滤、沉淀等。
此外，还可以通过添加沉淀剂、凝胶层析等技术实现杂质的清除。
3. 纯化方法生物药物的纯化是在提取得到的混合物中分离出目标药物并去除杂质，以得到纯度高的药物。
3.1 色谱技术色谱技术是生物药物纯化中常用的方法之一。
常见的色谱技术包括大小分子排除色谱、离子交换色谱、亲和色谱等。
通过根据药物的特性选择合适的色谱柱和流动相条件，可以实现药物的高效纯化。
3.2 电泳技术电泳技术是利用药物在电场中的迁移速度差异进行分离的方法。
常见的电泳技术包括凝胶电泳、毛细管电泳等。
电泳技术具有分离效果好、操作简便的优点，适用于一些相对较小的生物药物的纯化。
3.3 过滤技术过滤技术是通过物料的大小和形状差异进行分离的方法。
常见的过滤技术包括微孔过滤、超滤等。
通过选择合适的滤膜孔径和操作条件，可以实现对生物药物的纯化。
4. 注意事项在生物药物提取纯化的过程中，需要注意以下事项：4.1 杂质的选择针对所要提取纯化的生物药物，需要对其常见的杂质进行分析，以选择合适的方法清除杂质。
生物制药分离纯化技术
学习情景一
子情景一 子情景二 子情景三
发酵液的预处理
降低发酵液的黏度 凝聚沉降分离悬浮物 絮凝法沉降分离悬浮物
四、实施准备
1.知识和技能准备 （1）PH的调节
发酵液的酸度对降低发酵液黏度有影响，可调节发酵液PH
值，当产生絮凝物时即可。
（2）薄力飞黏度计的使用方法 以说明书为准 2.器材和原料准备 精密PH计、黏度计、蒸汽发 生器、冷热缸、青霉素发酵液
五、实施项目
1.设备清洗 2.设备组合及管道安装
3.向冷热缸输送发酵液
பைடு நூலகம் 三、计划决策
1.采用方法： 明矾凝聚法 2.产品指标： 澄清液浊度 3.制定工作流程： （1）检查黏度和固形物含量；
（2）计算明矾用量；
（3）加入明矾澄清30分钟； （4）测定发酵液浊度，达到规定指标后即停止； （5）打扫场地。
（6）小组评估，经验总结，书写报告。
四、实施准备
1.知识和技能准备
比浊法又称浊度测定法。为测量透过悬浮质点介质的光强度
他们与传统使用的无机絮凝剂相比，具有用量少，沉降速度快，澄清效
果好，成本低等特点。 ②天然高分子絮凝剂
有多糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、甲壳素、脱乙酰甲壳素、
微生物絮凝剂等。其中甲壳素类具有广泛的应用前景。
三、计划决策
1.采用方法： 壳聚糖须凝澄清法 2.产品指标： 澄清液浊度 3.制定工作流程： （1）检查黏度和固形物含量；
2.器材和原料准备 精密PH计、黏度计、可见紫外分光光度计、沉淀罐、青霉素 发酵液。
生物制药中的纯化与分离技术
生物制药中的纯化与分离技术生物制药中纯化与分离技术是指从生长在细胞中或微生物中的蛋白质中分离出所需的目标蛋白质的一种技术。
这种技术利用分子大小、电荷、流动性等特性将蛋白质分离出来，使目标蛋白质纯化到99.9%以上。
本文将讨论生物制药中常见的纯化与分离技术及其在生物制药中的应用。
1. 透析透析是一种将离子和小分子物质从蛋白质中除去的方法。
透析技术主要利用膜选择性地筛选分子。
膜可以是人造的例如Amylose树脂，也可以是天然的如酪蛋白。
利用这种技术可以除去体积较小的污染物，使目标蛋白质的纯度得到提高。
2. 电泳电泳是一种基于蛋白质电荷的分离技术。
在电泳实验中，样品被置于注入获得电流的胶体中。
这个胶体具备可以分离蛋白质的网状结构。
电流会引起蛋白质带电的全体向胶体的某个极移动，取决于蛋白质的电荷。
这样，蛋白质就可以分离出来，根据蛋白质的电荷和分子大小，分别形成不同的带。
在生物制药中，这种分离技术最常用于分离小分子处方药物，以及分析生产了多少蛋白质，并确定是否达到预期的纯度。
3. 柔性析柔性析（Soft Gel）是在微球内置入各种树脂甚至基于酸碱度、水性、亲疏水性等特性。
通过改造单元格的特性，在保留不同特性的前提下同时去除掉多余杂质。
柔性析适用于各种具有变异性和特异性的多克隆抗体的准备，也适用于分离和净化由培养基中分泌的多克隆抗体。
4. 亲和层析亲和层析（Affinity Chromatography）被认为是生物制药中最严格的纯化技术之一。
亲和层析是利用可选择地结合目标蛋白质的静态结构将其纯化的，因此是一种高选择性的技术。
技术是通过将特异性结合的化合物连接到某些树脂顺序，然后将这些树脂用于分离目标蛋白质。
根据目标蛋白质和其它污染物分子之间的差异，目标蛋白质可以非常高效地结合到树脂上，而杂质则被过滤掉。
这种技术广泛应用于生产高度纯化的生物制药产品，从而确保符合FDA和EMA的标准。
5. 氨基酸层析氨基酸层析是一种基于不同的氨基酸序列进行分离的技术。
生物制药中的新型分离纯化技术
生物制药中的新型分离纯化技术生物制药作为当今医药领域的重要分支，其发展对于人类健康事业的进步具有至关重要的意义。
在生物制药的整个流程中，分离纯化技术是关键环节之一，它直接影响着药物的纯度、质量和疗效。
随着科学技术的不断进步，一系列新型分离纯化技术应运而生，为生物制药产业带来了新的机遇和挑战。
一、膜分离技术膜分离技术是一种基于选择性透过膜的分离方法，其原理是利用膜的孔径大小、电荷性质和亲和力等差异，实现对混合物中不同组分的分离。
常见的膜分离技术包括微滤、超滤、纳滤和反渗透等。
微滤膜的孔径较大，通常用于去除细胞、细菌等较大的颗粒物质。
超滤膜的孔径较小，能够分离分子量较大的蛋白质、多糖等生物大分子。
纳滤膜则可用于分离小分子有机物和多价离子。
反渗透膜主要用于去除溶液中的溶剂，实现浓缩的目的。
膜分离技术具有操作简单、能耗低、无污染等优点。
在生物制药中，它被广泛应用于细胞培养液的澄清、蛋白质的浓缩和分离等环节。
例如，在单克隆抗体的生产中，超滤技术可以有效地去除杂质和多余的盐分，从而提高抗体的纯度和活性。
然而，膜分离技术也存在一些局限性，如膜污染问题会导致膜的性能下降，需要定期清洗和更换膜组件；此外，膜的选择性和通量之间往往存在矛盾，需要在实际应用中进行优化和平衡。
二、亲和层析技术亲和层析是一种利用生物分子之间特异性亲和力进行分离的技术。
其基本原理是将具有特异性亲和作用的配体固定在层析介质上，当含有目标分子的混合物通过层析柱时，目标分子与配体结合而被滞留，其他杂质则随流动相流出，然后通过改变条件（如 pH 值、离子强度等）将目标分子洗脱下来。
亲和层析具有高度的选择性和特异性，能够从复杂的混合物中高效地分离出目标物质。
例如，在胰岛素的生产中，可以使用固定有胰岛素抗体的亲和层析柱来分离纯化胰岛素。
但是，亲和层析技术也存在一些不足之处，如配体的制备和固定过程较为复杂，成本较高；此外，由于亲和作用较强，洗脱条件的选择较为苛刻，可能会对目标分子的活性产生一定影响。
生物药物提取纯化 (2)
生物药物提取纯化
生物药物提取纯化是指从生物源中分离和纯化出具有药用
活性的天然产物或重组蛋白等药物物质的过程。
这个过程
涉及到以下步骤：
1.生物源选择：根据需要提取的药物物质的特性，选择合适的生物源，可以是植物、动物、微生物等。
2.初步提取：将生物源进行初步提取，常用的方法包括超声波提取、研磨提取、渗漏提取等。
这一步骤旨在破坏细胞
结构，将目标物质从细胞中释放出来。
3.分离：通过溶剂分配、色谱技术（如薄层色谱、柱层析）、液液萃取等方法，将目标物质与其他杂质分离开。
4.纯化：选择适当的分离方法，进一步提高目标物质的纯度。
常用的纯化方法包括层析技术（如凝胶过滤层析、反相高
效液相层析）、电泳、蒸发、结晶等。
5.分析鉴定：使用各种分析方法，如质谱、核磁共振、高效液相色谱等，对纯化后的目标物质进行鉴定和分析。
6.制剂开发：对纯化得到的目标物质进行制剂开发，确定其最佳的药物剂型和配方。
需要注意的是，生物药物的提取纯化涉及到多个步骤和技术，具体的方法和流程会根据药物物质的性质、生物源的
不同和药物目标的要求而有所不同。
生物制药中的分离纯化技术
生物制药中的分离纯化技术生物制药是一种通过生物学过程生产的药物，利用微生物、植物和动物等生物系统生产出的生物制剂，在临床治疗中具有极高的价值。
但是，由于不同来源的生物制剂中含有大量的复杂成分，如蛋白质、核酸、多糖等，在生产的过程中需要通过分离纯化技术来提取所需的成分，从而达到纯化和提纯的目的。
一、生物制药的分离纯化技术概述生物制药的分离纯化技术是指通过化学、物理等方法对发酵产生的混合物进行处理，将所需的成分分离和纯化。
分离纯化技术主要包括：1. 溶液层析技术溶液层析是一种通过分子结构、大小、电荷等特性，通过静态或动态的方式，利用吸附剂将混合物中的不同化合物分离开的技术。
溶液层析广泛应用于蛋白质、核酸等大分子生物制品的分离和纯化中。
2. 凝胶过滤技术凝胶过滤是一种利用孔径大小分离分子的技术。
通过将混合物在凝胶柱中进行过滤，大分子会被阻挡在凝胶柱表面，而小分子则可以通过凝胶柱被洗脱。
凝胶过滤主要应用于分离纯化大分子的蛋白质、多肽和核酸等。
3. 离子交换层析技术离子交换层析是一种利用有机或无机离子交换体作为固定相，通过可控制的盐度梯度和pH值来分离混合物的不同成分的技术。
离子交换层析广泛应用于蛋白质、核酸等带电性物质的分离和纯化中。
4. 亲合层析技术亲合层析是一种通过将特定物质负载在固定相上，与混合物中的目标分子发生特异性结合，分离纯化目标分子的技术。
亲合层析一般应用于蛋白质、核酸等生物大分子结构的分离和纯化中。
以上四种分离纯化技术，在生物制药的分离纯化过程中经常使用。
不同的技术适用于不同的生物制品，生产过程会考虑到最终产品的纯度、产量以及经济成本等方面。
二、现代生物制药分离纯化技术的进展当前，随着现代生物技术的发展，生物制药的分离纯化技术也得到了不断的进步和完善。
新的技术和方法不断涌现，不仅可以提高生产效率，而且还可以提高产品的纯度和质量，降低产品的成本。
以下是一些新技术的介绍。
1. 前体蛋白纳米管系统前体蛋白纳米管系统是利用基因工程技术，将生物分子直接吸附在纳米管表面，从而实现分离的目的。
生物药物的分离纯化
（4）凝胶过滤色谱 凝胶过滤是以具有空隙大小一定的多孔性凝胶作为分 离介质，小分子能进入孔内，在柱中缓慢移动，而大 分子不能进入孔内，快速移动，利用这种移动差别可 使大分子与小分子分开。 3、非蛋白质类杂质的去除 非蛋白质类杂质不应忽视，在纯化过程中，需特别注 意3种可能存在的非蛋白类杂质，它们是DNA、热原质 和病毒。 （1）DNA的去除 （2）热原质的去除 （3）病毒的去除
（3）固液分离：离心沉淀是固液分离的主要 手段，包括高速离心和超速离心。常用的膜过 滤技术有微滤、超滤和反渗透等。 2、目的产物的分离纯化 主要依赖色谱分离方法。色谱技术分为离子交 换色谱、疏水色谱、反相色谱。亲和色谱、凝 胶色谱、高压液相色谱等。 蛋白质纯化方法的设计通常是根据产物分子的 物理、化学参数和生物学特性进行的。 选择纯化方法应根据目的蛋白质和杂蛋白的物 理、化学和生物学方面性质的差异，尤其重要 的是表面性质的差异。
（1）离子交换色谱（ion exchange chromatography,IEC） 基本原理是通过带电的溶质分分子与离子交换剂中可交换 的离子进行交换，从而达到分离的目的。 蛋白质的等电点和表面电荷的分布主要影响其离子交换的 性能，影响蛋白质离子交换色谱保留的其他因素，还有交 换基团和交换介质的种类、吸附和洗脱的条件等。 （2） 反相色谱（reversed phase chromatography,RPC）和疏 水色谱（hydrophobic interaction chromatography,HIC） 反相色谱和疏水色谱是根据蛋白质疏水性的差异来分离纯 化的。 （3）亲和色谱（ affinity chromatography,AC） 亲和色谱是利用固定化配基与目的蛋白质之间特异的生物 亲和力进行吸附的 。亲和色谱的过程大致分为3步：第一 步配基固定化;第二步吸附目的产物；第三步样品解吸。
生物分离和纯化技术的发展和应用
生物分离和纯化技术的发展和应用生物分离和纯化技术是生物制药过程中的关键步骤之一，随着现代化学、生物学和工程学等学科的快速发展，生物分离和纯化技术已经经历了多次重大突破，成为了生物制药领域不可或缺的重要技术手段之一。
本文将从技术基础、技术发展和应用三个方面阐述生物分离和纯化技术的发展和应用。
一、技术基础生物分离和纯化技术是一种将微生物、细胞、酶、蛋白质、核酸等生物大分子化合物从复杂矩阵中分离出来，以纯化、提纯和备份为目的的技术方法。
该技术基于生物大分子的理化性质，如电荷、氢键、亲疏水性、流动性等物理化学特性，通过化学改性、生物亲和层析、离子交换、凝胶层析、逆向相色谱、丙烯酰胺凝胶电泳、毒性吸附、超滤等方法进行纯化和分离，从而达到纯化和提高生物制品的质量和效价的目的。
二、技术发展1.化学改性技术化学改性技术是最古老的生物分离和纯化技术之一,它将某种物质与分离富集的生物大分子化合物发生共价键结合,以此来调节、改变或者增强生物大分子化合物的理化性质,从而实现生物制品的纯化目的。
其代表性技术是PEG化技术。
2.离子交换技术离子交换技术是生物分离和纯化技术中较为常见的一种方法。
通过对分离富集的生物大分子进行离子交换作用，在特定的离子强度和pH值条件下，通过电荷吸引和排斥的作用进行分离纯化。
其代表性技术是离子交换层析。
3.逆向相色谱技术逆向相色谱技术是以蛋白质的疏水性为基础，利用其与固定在贝壳藻酸钠或硅胶上的逆向相色谱质料表面的疏水相互作用，实现蛋白质的富集和分离纯化。
逆相色谱技术通常用于富集极性较弱或者不带电的生物大分子物质，具有处理量大、成本低的优点。
4.凝胶层析技术在凝胶层析技术中，通过将生物大分子物质流入凝胶薄片的孔道内形成的细小空腔内，发挥分子筛和作用的特点，实现物质的富集和分离纯化。
凝胶层析技术通常用于分离富集分子量较大的生物大分子物质，如蛋白质、核酸等。
5.毒性吸附技术毒性吸附技术是一种通过化学反应将生物大分子物质表面的毒性物质与处理物质表面的特殊基团化合，实现对生物大分子物质的富集、分离、纯化和去毒的技术方法。
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主要内容
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• 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。
基本原理
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• 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。
生物分离方法的选择
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• 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；
• 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；
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。
初步纯化 • 沉淀法、吸附法、萃取法、超滤法
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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。
生物分离技术的特点
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生物分离的基本过程
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• 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。
发酵液 （培养液）
胞外产物
预处理 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
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• （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。 • 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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絮凝剂
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• 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
生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。
改善发酵液过滤特性的物理化学方法
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• 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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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。
生物药物的分离纯化技术
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• 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。
第一节 绪 论
基本涵义
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• 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。
发展历史
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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。
• 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。
第二节 发酵液的预处理
预处理的目的
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• 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 。
预处理的方法
• （1）凝聚
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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。 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
（如-NH2）基团以及不带电荷的非离子型 基团。
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• 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。
• （一）发酵液过滤特性的改变 • （二）发酵液的相对纯化
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发酵液过滤特性的改变
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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
• 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
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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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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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。
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。LOGO固液分离源自• 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