第三章生物材料的预处理2009

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第三章,生物材料的预处理和液,-,固分离,第一节 生物材料的预处理,1,、含量低,如胰岛素在胰脏中的含量为,0.02%,，胆汁中胆红素含量为,0.050.08%,。,2,、杂质多,3,、易变性失活,一、选择预处理方法的依据,1,、生物活性物质来源、存在状态,“胞内” 、“胞外”、前体,2,、后续工艺要求,3,、目的物稳定性,可被材料中酶、微生物破坏，还可能受酸、碱、盐、重金属离子、机械搅拌、温度、甚至空气和光线作用改变活性。,二、动物材料的预处理,绞肉机绞,匀浆和组织捣碎,三、细胞培养液的预处理,（一）杂蛋白质的去除,1,、加入凝聚剂,凝聚作用,(coagulation),是指在某些,电解质,作用下，使胶体粒子的扩散双电层的排斥电位降低，破坏了胶体系统的分散状态，而使胶体粒子聚集的过程。,（,P117,页）,在发酵液中加入具有相反电性的电解质：,中和胶粒电性，降低双电层排斥力。,离子的水化作用，破坏胶粒的水化层。,影响凝聚作用的主要因素有无机盐的种类、化合价以及无机盐的用量等。,阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：,Al,3+,Fe,3+,H,+,Ca,2+,Mg,2+,K,+,Na,+,Li,+,常用的凝聚剂有：,Al,2,(SO,4,),3,18H,2,O,、,AlCl,3,6H,2,O,、,FeCl,3,、,ZnSO,4,、,MgCO,3,等。,2,、加入絮凝剂,絮凝剂,是天然的或人工合成的,有机高分子化合物，,如壳聚糖、海藻酸钠、明胶及酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物和聚丙烯酸类等。,絮凝剂具有长链线状的结构，易溶于水，其分子量可高达数万至一千万以上，在长的链上含有相当多的活性功能团。,影响絮凝效果的因素主要有：,（,1,）絮凝剂的分子量：,（,2,）絮凝剂的用量：,（,3,）溶液,pH,值：,（,4,）搅拌速度和时间：,3,、变性沉淀,4,、等电点沉淀,5,、加各种沉淀剂沉淀,6,、吸附,例如四环素发酵液中加入黄血盐和硫酸锌，生成亚铁氰化锌钾,K,2,Zn,3,Fe(CN),6,2,的胶状沉淀，能将杂蛋白质和菌体等黏附在其中而除去,。,（二）多糖的去除,可用酶转化为单糖,黏多糖可与一些阳离子表面活性剂如十六烷基溴化铵（,CTAB,）生成沉淀去除。,（三）高价金属离子的去除,1,、离子交换法,2,、沉淀法,Ca,2+,草酸,Mg,2+,磷酸盐,三聚磷酸钠,Fe,3+,黄血盐,第二节 细胞破碎,一、机械法,1,、匀浆法,2,、珠磨法,3,、超声波,三、化学法,1,、化学试剂处理,2,、酶解法,3,、制成丙酮粉,二、物理法,1,、干燥,2,、冻融,3,、渗透压冲击,一、机械法,（一）高压匀浆器,由产生高压的正向排代泵和,排出阀,组成。,利用高压使细胞悬浮液通过针形阀，由于突然减压和高速冲击撞击环使细胞破碎，,细胞在这一系列高速运动过程中经历了剪切、碰撞及由高压到常压的变化，从而造成细胞破碎。,A.,手轮；,B.,阀杆；,C.,阀体；,D.,阀座；,E.,撞击环,高压匀浆机,型号：,NS3015H,意大利,GEA,Niro,Soavi,公司生产。,在,1000bar,的操作压力下破碎大肠杆菌，破碎率,90,左右，,2,次以上的破碎次数可以获得更高的破碎率。,在所有酵母菌破碎中均得到采用，如：酿酒酵母、啤酒酵母、毕赤酵母、汉逊酵母。,高压匀浆机,（二）高速珠磨机,高速珠磨机,工作原理：,将进入珠磨机的,细胞悬浮液,与极细的,玻璃珠,一起搅拌，由于研磨作用，使细胞破碎，释放出内含物。如图所示。,（三）超声波振荡器,在,15-25 kHz,的频率下操作。,原理与空化现象引起的,冲击波,和,剪切作用,有关。,空穴泡由于受到超声波的迅速冲击而闭合，从而产生一个极为强烈的冲击波压力，由它引起的粘滞性旋涡在介质中的悬浮细胞上造成了剪切应力，促使细胞液体发生流动，从而使细胞破碎。,超声破碎法,（,Ultrasonication,）,一般杆菌比球菌易破碎，,G,-,细菌比,G,+,细菌易破碎，对酵母菌的效果较差，该法,在实验室小规模细胞破碎中常用。,但超声波产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物质失活。,二、物理法,（一）干燥法,空气干燥、真空干燥、喷雾干燥、冷冻干燥,使细胞结合水分丧失，从而改变细胞的渗透性。当采用丙酮、丁醇或缓冲液等对干燥细胞进行处理时，胞内物质就容易被抽提出来。,真空干燥多用于细菌。,（二）冻融法,将细胞放在低温下突然冷冻而在室温下缓慢融化，反复多次而达到破壁作用。由于冷冻，一方面使细胞膜的疏水键结构破裂，另一方面胞内水结晶，使细胞内外溶液浓度变化，引起细胞膨胀而破裂。,适用于细胞壁较脆弱的菌体，破碎率较低，需反复多次，此外，在冻融过程中可能引起某些蛋白质变性。,（三）渗透压冲击法,先把细胞放在高渗溶液中，细胞发生收缩，然后将介质快速稀释或将细胞转入水或缓冲液中，细胞快速膨胀，使产物释放至溶液中。,三、化学法,（一）、加入化学试剂,1,、用碱处理,2,、用脂溶性有机溶剂,3,、表面活性剂,（二）酶解法,（三）制成丙酮粉,丙酮粉,是微生物或生物组织，有时是蛋白质，酶的提取物用丙酮脱水的干制品。,是防止生物物质在水的存在下发生破坏变质的一种保存方法，,另一方面，由于脂类物质的溶解作用，难以从生物材料中溶解分离的物质，也可以从这个制品中获得其溶液状态的产品，因此常常被应用于酶化学等方面。,四、选择破碎方法的依据,（一）规模及成本,工业规模：高压匀浆和珠磨,（二）目的物的稳定性,（三）破碎效果和产物释放率,第三节 液,-,固分离,一、过滤,（一）过滤方式,1,、常规过滤：,料液流向与过滤介质垂直。,2,、错流过滤：,料液流向与过滤介质平行。,（二）过滤设备,1,、板框过滤机,2,、真空鼓式过滤机,（三）过滤介质和助滤剂,1,、过滤介质：滤布或膜,2,、助滤剂：要求为惰性物质、无毒、有一定细毒及硬度，成本低廉。,常用有：硅藻土、纸浆、石棉、纤维素等,二、离心分离,1,、过滤式离心机,2,、沉降式离心机,3,、管式离心机,三、影响液,-,固分离的因素,（一）悬浮物种类,（二）悬浮液黏度,（三）其他因素,