【正文】 胞中提取具有活性的蛋白質(zhì)和酶； (5)反膠團(tuán)萃取技術(shù)的成本低，溶劑可反復(fù)使用等。 反膠團(tuán)的物理化學(xué)特性及制備 （ 1）．反膠團(tuán)的物理化學(xué)特性 ① 反膠團(tuán)的臨界膠團(tuán)濃度 24 ② 反膠團(tuán)含水率 W （ 2 ）．反膠團(tuán)的制備 ①注入法 ②相轉(zhuǎn)移法 ③溶解法 三、 生理活性物質(zhì)的分離農(nóng)縮 反膠團(tuán)萃取原理 蛋白質(zhì)的溶解 反膠 團(tuán)萃取 1） 氨基酸分離特性 2）酶、蛋白質(zhì)萃取特性 ①靜電性相互作用 ②立體性相互作用 ③其他的相互作用 四、 在分離工藝中的應(yīng)用 通過(guò)三步分離操作分離了核糖核酸酶 a、細(xì)胞色素 c 和溶菌酶。 切片：減小水溶劑從水相主體擴(kuò)散到每個(gè)細(xì)胞的距離，細(xì)胞基本上保持完好，水溶性物質(zhì)可以通過(guò)半透性細(xì)胞膜擴(kuò)散進(jìn)入水溶劑中，蛋白質(zhì)和膠體組分因透不過(guò)細(xì)胞膜而不能溶入水相。 教學(xué)方法 講授；多媒體教學(xué) 主要 教學(xué)內(nèi)容 Section 1:沉淀法 ◆ 鹽析法 ◆ 有機(jī)溶劑沉淀法 ◆ 等電點(diǎn)沉淀法 ◆ 生成鹽復(fù)合物沉淀法 Section 2: 吸附法 ◆ 吸附過(guò)程的基礎(chǔ)理論 ◆ 吸附類型 ◆ 影響吸附過(guò)程的因素 ◆ 大網(wǎng)格聚合物吸附 需掌握的專業(yè)詞匯 Cell。 ④生成鹽復(fù)合物沉淀法：用于多種化合物，特別是小分子物質(zhì)的沉淀?？捎貌煌柠}濃度將各種蛋白質(zhì)分別沉淀析出。許多蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)都在偏酸性的范圍內(nèi)。 對(duì)同一種溶劑，蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量越大，沉淀所需有機(jī)溶劑的量越少。但離子強(qiáng)度過(guò)大，不利分離。 吸附物：被吸附的物質(zhì)。 一、 吸附過(guò)程的基礎(chǔ)理論 吸附作用：物質(zhì)從流體相 (氣體或液體 )濃縮到固體表面的過(guò)程。 樣品濃度和分子質(zhì)量：低濃度樣品需用有機(jī)溶劑的量較大，但共沉作用小，有利于提高分離的效果；但低濃度樣品損失較大，回收率低，具有生理活性的樣品容易產(chǎn)生稀釋變性。 缺點(diǎn)：容易引起蛋白質(zhì)變性失活，有機(jī)溶劑易燃、易爆，對(duì)安全要求較高。 中性鹽的濃度增加時(shí)，相 應(yīng)于最低溶解度的 pH 值向偏酸方向移動(dòng)；同時(shí)最底溶解度會(huì)有所增大。 2） 離子強(qiáng)度和種類的影響：離子強(qiáng)度越大，蛋白質(zhì)的溶 解度越低。 ②有機(jī)溶劑沉淀法：多用于生物小分子、多糖及核酸等產(chǎn)品的分離純化，也有用于蛋白質(zhì)的沉淀。 4．固體原料的頂處理： 如粉碎、干燥等。 一、浸取過(guò)程的應(yīng)用 前加工： 干燥：有助于細(xì)細(xì)胞膜的破裂，溶劑也容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部直接溶解溶質(zhì)。 表面活性劑的類型： 陰離子型； 陽(yáng)離子型； 非離子型。是一種自我組織和排列而成的，并具熱力學(xué)穩(wěn)定的有序構(gòu)造。 CT K= —— CB Ct、 CB——分別代表上相、下相中溶質(zhì)的濃度 K——與溫度、壓力以及溶質(zhì)和溶劑的性質(zhì)有關(guān)，與溶質(zhì)的濃度無(wú)關(guān)。大分子間混合，分子間作用力決定混合效果。于是有可能將水溶性的酶、蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)從一個(gè)水相轉(zhuǎn)移到另一水相中，從而完成分離任務(wù)。 ②產(chǎn)品回收時(shí)，不需要處理大量的稀水溶液，因而不產(chǎn)生廢水污染問(wèn)題。 ２、拖帶劑的作用： 添加拖帶劑即輔助溶劑，可增加物質(zhì)的溶解度和萃取選擇性。 在超臨界萃取后的分離操作中．可在與萃取溫度相同的條件下，降低壓力使溶劑的密度下降， 21 引起其溶解物質(zhì)的能力下降，就可以方便地進(jìn)行萃取物與溶劑的分離。 超臨界流體 ： 是狀態(tài)超過(guò)氣液共存時(shí)的最高壓力和最高溫度下物質(zhì)特有的點(diǎn) ——臨界點(diǎn)后的流體。蛋白質(zhì)是引起乳化的最重要的表面活性物質(zhì)。 (4)帶溶劑 能和產(chǎn)物形成復(fù)合物，使產(chǎn)物更易溶于有機(jī)溶劑相中，提高分配系數(shù)。必須考慮這些物質(zhì)對(duì)萃取過(guò)程的影響。 一個(gè)良好溶劑要滿足的要求： (1)有很大的萃取容量，即單位體積的萃取溶劑能萃取大量的產(chǎn)物； (2)有良好的選擇性，理想情況是只萃取產(chǎn)物而不萃取雜質(zhì)； (3)與被萃取的液相互溶度要小，且粘度界面張力小或適中，有利于相的分散和兩相分離； (4)溶劑的回收和再生容易； (5)化學(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，對(duì)設(shè)備腐蝕性?。? (6)經(jīng)濟(jì)性好．價(jià)廉易得； (7)安全性好，閃點(diǎn)高，對(duì)人體無(wú)毒性或毒性低。 AB(2)型：直鏈氫鍵締合溶劑，如醇、胺、羧酸等． AB(3)型：生成內(nèi)氫鍵分子，例如鄰硝基苯酚等，這類溶劑中的電子受體 A—H 因已形成內(nèi)氫鍵而不再起作用。與水 “相似 ”的物質(zhì)易溶于水，與油 “相似 ”的物質(zhì)易溶于油就是相似相溶原理的表現(xiàn)。 Cell theory 研究進(jìn)展和參考資料 韓貽仁．分子細(xì)胞生物學(xué)．第二版．北京：科學(xué)出版社， 2020 汪堃仁，薛紹白，柳惠圖．細(xì)胞生物學(xué)．第二版．北京：北京師范大學(xué)出版社， 1998 18 課后復(fù)習(xí)題 縱觀 cell biology 發(fā)展簡(jiǎn)史，你認(rèn)為該學(xué)科近百年來(lái)快速發(fā)展的主要原因是什么？ 第五章 萃取法 萃?。褐溉我鈨上嘀g的傳質(zhì)過(guò)程。 化學(xué)滲透法有如下優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 16 (1)對(duì)產(chǎn)物釋放具有一定選擇性。其中溶菌酶主要用于細(xì)菌類，其他酶對(duì)酵母作用較顯著。其破碎機(jī)理尚未完全清楚，可能與空化現(xiàn)象引起的沖擊波和剪切作用有關(guān)。 三、霉茵細(xì)胞壁主要化學(xué)成分：幾丁質(zhì)和葡聚糖；主要阻 力幾丁質(zhì)或纖維素的纖維狀結(jié)構(gòu)。 Cell theory 研究 進(jìn)展和參考資料 韓貽仁．分子細(xì)胞生物學(xué)．第二版．北京：科學(xué)出版社， 2020 汪堃仁，薛紹白，柳惠圖．細(xì)胞生物學(xué)．第二版．北京：北京師范大學(xué)出版社， 1998 課后復(fù)習(xí)題 縱觀 cell biology 發(fā)展簡(jiǎn)史，你認(rèn)為該學(xué)科近百年來(lái)快速發(fā)展的主要原因是什么？ 15 第四章 微生物細(xì)胞破碎 微生物代謝產(chǎn)物大多分泌到細(xì)胞外，如大多數(shù)小分子代謝物、細(xì)茵產(chǎn)生的堿性蛋白酶、霉菌產(chǎn)生的糖化酶等，稱為胞外產(chǎn)物。 三、其他固液分離方法 1．切向流過(guò)濾：又稱錯(cuò)流過(guò)濾、交叉過(guò)濾和十字流過(guò)濾，是一種維持恒壓下高速過(guò)濾的技術(shù)。濾餅過(guò)濾按推動(dòng)力的不同可以分為四種，即重力過(guò)濾、加壓過(guò)濾、真空過(guò)濾和離心過(guò)濾。 優(yōu)點(diǎn)：分離速率快、分離效率高、液相澄清度好等。 二、雜蛋白質(zhì)的除去 (1) 沉淀法：蛋白質(zhì)是兩性物質(zhì)，在酸性溶液中，能與一些陰離子（三氯乙酸鹽、水揚(yáng)酸鹽）形成沉淀；在堿性溶液中，能與一些陽(yáng)離子（ Ag+、 Cu2+、 Zn2+、 Fe3+等）形成沉淀。 凝聚與絮凝 凝聚：指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。 目的 ： 分離菌體和其他懸浮顆粒，除去部分可溶性雜質(zhì)和改變?yōu)V液的性質(zhì)，以利于提取和精制后繼各工序的順利進(jìn)行。 (4)靜電性的環(huán)境變化： 如在溶液中加入在水中能離解為陽(yáng)離子和陰離子的強(qiáng)電解質(zhì) (如食鹽等無(wú)機(jī)鹽 )。 利用草酸與 Ca2+反應(yīng)，生成不溶性鈣鹽可除去雜質(zhì) Ca2+ 。只有底物分子才能進(jìn)入這個(gè)口袋。擴(kuò)散系數(shù)與穿膜物質(zhì)的種類和濃度有關(guān)。 (1)微孔內(nèi)擴(kuò)散： 設(shè)多孔體內(nèi)的空隙為 ?，有效擴(kuò)散系數(shù)為 De，則： D ? De= —— ? d 式中 D——細(xì)孔空間的流體相中運(yùn)動(dòng)分子的擴(kuò)散系數(shù) ? d—— 與擴(kuò)散有關(guān)的細(xì)孔曲折系數(shù) (2)表面擴(kuò)散： 細(xì)孔內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的第二種形式是細(xì)孔內(nèi)壁表面物理吸附的分子在保持被吸附狀態(tài)下進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)，稱為表面擴(kuò)散。 因?qū)α鱾鬟f的阻力比擴(kuò)散傳遞的阻力小得多，界面流體的境界膜厚 度（膜內(nèi)為擴(kuò)散傳遞）要盡量薄。 7．固體吸收平衡 氣體、液體成分移向固體的過(guò)程稱為 (固體 )吸收。 三、平衡論 1．相平衡基礎(chǔ) 多組分混合物體系達(dá)到氣液、液液、固液、氣固二相平衡的條件是各相溫度、壓力相等， 各相中各成分的逸度相等。物性差異越大，利用價(jià)值越大。 ?它包括三方面內(nèi)容，即清潔生產(chǎn)工藝 (技術(shù) )、清潔產(chǎn)品、清潔能源。通常采用色譜分離，結(jié)晶特別是重結(jié)晶。制約了下游技術(shù)的可選范圍。 二、生物工業(yè)下游技術(shù)的發(fā)展歷程 1．古代釀造業(yè) 2．第一代生物技術(shù) 3．第二代生物技術(shù) 4．第三代生物技術(shù) (1)固液分離技術(shù) (2)細(xì)胞破碎技術(shù) (3)初步分離純化技術(shù) (4)高度分離純化技術(shù) (5)其他新型分離技術(shù) 第二節(jié) 生物工業(yè)下游技術(shù)的一般工藝過(guò)程 一、原料及產(chǎn)品特性 雜質(zhì)：粗原料中帶入大量的不參與發(fā)酵過(guò)程的可溶性雜質(zhì)和不溶性懸浮物，給下游過(guò)程的分離提取帶來(lái)了不小的困難，增加了下游操作成本，包括發(fā)酵廢液的處理成本。 Cell theory 研究進(jìn)展和參考資料 韓貽仁．分子細(xì)胞生物學(xué)．第二版．北京：科學(xué)出版社， 2020 汪堃仁，薛紹白，柳惠圖．細(xì)胞生物學(xué)．第二版．北京：北京師范大學(xué)出版社， 1998 課后復(fù)習(xí)題 縱觀 cell biology 發(fā)展簡(jiǎn)史，你認(rèn)為該學(xué)科近百年來(lái)快速發(fā)展的主要原因是什么？ 4 生物工業(yè)下游技術(shù) 第一章 緒 論 下游技術(shù)：對(duì)于由生物界自然產(chǎn)生的或由微生物菌體發(fā)酵的、動(dòng)植物細(xì)胞組織培養(yǎng)的、酶反應(yīng)等各種生物工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程獲得的生物源料，經(jīng)提取分離、加工并精制目的成分，最終使其成為產(chǎn)品的技術(shù)，通常稱為下游技術(shù)，也稱為下游工程或下游加工過(guò)程。 ? 分離是混合的逆過(guò)程。 小分子產(chǎn)品：因分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定， 分離技術(shù)的可選范圍較大。 二、下游技術(shù)的一船工藝過(guò)程 某一具體產(chǎn)品的分離提取工藝與下列情況有關(guān)： (1)是胞內(nèi)產(chǎn)物還是胞外產(chǎn)物； (2)原料中產(chǎn)物和主要雜質(zhì)濃度； (3)產(chǎn)物和主要雜質(zhì)的物理化學(xué)特性及差異； (4)產(chǎn)品用途和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； (5)產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)格； (6)廢液的處理方法等。 二、新技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā) 1．新型分離介質(zhì)的研究開(kāi)發(fā) 膜、樹(shù)脂和凝膠是目前主要的新型分離 介質(zhì)。 教學(xué)方法 講授；多媒體教學(xué) 主要 教學(xué)內(nèi)容 Section 1: 下游技術(shù)中的物理學(xué)過(guò)程 ◆ 基礎(chǔ)物性 ◆ 分類 ◆ 平衡論 ◆ 傳遞現(xiàn)象 Section 2: 下游技術(shù)中的化學(xué)過(guò)程 ◆ 化學(xué)性分子識(shí)別 ◆ 下游技術(shù)中的化學(xué)反應(yīng) Section 3: 下游技術(shù)中的生物學(xué)過(guò)程 ◆ 特異性相互作用 ◆ 親和色譜 需掌握的專業(yè)詞匯 Cell。表 2—1 為平衡分離的代表性單元操作。 當(dāng) ri ＝ 1 時(shí)，即為理想溶液，則； pi ＝ pi* xi （即拉烏爾定律） 3．溶解度 (1)氣體在液相中的溶解度： pi＝ y i p＝ H xi 式中： pi—組分 i 的氣相分壓 p—總壓 H—亨利常數(shù) xi, ， y i —分別為組分 i 的液相和氣相摩爾分?jǐn)?shù) (2)固體在液相中的溶解度 (ci) ? H T In(ri ci)＝ —— (1 — ) R Tm 式中 Tm—固體熔點(diǎn)，詳情可參考有關(guān)專著 R —摩爾氣體常數(shù) ? H —固體摩爾融解熱焓 8 4．高壓氣體中的溶解度 超過(guò)臨界溫度和臨界壓力的氣體稱為超臨界氣體，其特征是各種物質(zhì)在超臨界氣體中的溶解度較大 ，而且在臨界點(diǎn)附近溶解度變化很大，利用這個(gè)性質(zhì)的萃取技術(shù)稱為超臨界萃取技術(shù)。嚴(yán)格地說(shuō)，達(dá)到平衡態(tài)的時(shí)間要無(wú)限長(zhǎng)。 9 進(jìn)一步分析可知，動(dòng)量是朝著動(dòng)量濃度降低的方向傳遞的；熱 (能 )量是從高能量 (溫度 )區(qū)向低能量區(qū)傳遞的；而組分 A 向濃度梯度下降的方向運(yùn)動(dòng)。返混的規(guī)模與粒徑大致成一定比例。 第二節(jié) 下游技術(shù)中的化學(xué)過(guò)程 一、化學(xué)性分子識(shí)別 液液萃?。豪梦镔|(zhì)在溶劑中溶解度不同的分離。 它是由 6—8 個(gè)葡萄糖環(huán)狀結(jié)合而成的低聚糖．筒狀，內(nèi)部具空洞結(jié)構(gòu)。補(bǔ)充人體缺乏又 不易被人體吸收的鈣、鐵、鋅等微量元素，山梨醇和木糖醇可以通過(guò)葡萄糖和木糖經(jīng)金屬鎳催化加氫工藝 (高壓 )獲得。 二、親和色譜 利用某些生物物質(zhì)之間特異的親和力進(jìn)行選擇性分離的色譜技術(shù)。