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生物物質(zhì)分離工程(嚴希康)(二版)
《生物物質(zhì)分離工程(第2版)》在保持第一版全面、系統(tǒng)地闡述了傳統(tǒng)和現(xiàn)代生物分離技術(shù)和工程內(nèi)容的基礎(chǔ)上,根據(jù)近年來生物物質(zhì)分離技術(shù)的發(fā)展狀況,就單元技術(shù)水平的提高和幾種技術(shù)的集成化方向作了適當(dāng)?shù)男薷暮脱a充,還特別新增了蛋白類生物物質(zhì)的分離、純化及其在操作過程中的穩(wěn)定性方面的基本知識和基礎(chǔ)理論。
全書共22章,主要包括培養(yǎng)液的固液分離,細胞破碎技術(shù),產(chǎn)物的初步分離,產(chǎn)物的提純和產(chǎn)品的精制,以及重組蛋白包含體的體外復(fù)性,蛋白質(zhì)在提取、分離和純化過程中的穩(wěn)定性和保存等內(nèi)容。教材注重以工程觀點揭示生物物質(zhì)分離過程的本質(zhì)及其規(guī)律,促使分離過程與設(shè)備設(shè)計、放大與操作等方面獲得最佳化;教材中也包括了不少深入探討的理論性內(nèi)容。 《生物物質(zhì)分離工程(第2版)》可供生物化工、生物技術(shù)、生命科學(xué)專業(yè)及化學(xué)工程類一級學(xué)科及其下屬的其他學(xué)科包括醫(yī)藥化工、精細化工、石油化工、環(huán)境工程等專業(yè)本科生使用,也可作為研究生的教材和相關(guān)學(xué)科科技工作者和工程技術(shù)人員的參考書。
隨著化石資源的枯竭,人類社會不得不進入“后化石經(jīng)濟時代”,尋求化石資源的替代,建立低消耗、高附加值的可持續(xù)的循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式,已成為全球社會經(jīng)濟發(fā)展的重大戰(zhàn)略方向。
正是在這種形勢的逼迫下,進入21世紀以來,全球生物經(jīng)濟及其產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,成為繼信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)之后又一個新的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),標志著生物經(jīng)濟時代的來臨。 自然界中各類生物資源為生物產(chǎn)業(yè)提供了豐富的原料。進入21世紀,生物技術(shù)又步入了后基因組計劃(postgenomeproject)時代,并提出了功能基因組學(xué)(functionalgenomics)的新概念,這些生命科學(xué)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的突破擴大和豐富了原料來源,極大地推動了生物技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進程。 生物技術(shù)、生物產(chǎn)業(yè)的目標是要為人類解決各種衣、食、住、行問題,即為社會提供各類生物物質(zhì)和產(chǎn)品,也只有在人們得到高純度的生物產(chǎn)物時,生物技術(shù)、生物產(chǎn)業(yè)才能真正造福于社會。這必然會涉及生物物質(zhì)的分離、純化問題,它是生物產(chǎn)品工程的重要環(huán)節(jié)。可見生物物質(zhì)分離工程是生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。它是低成本、高收率、高效率純化目標產(chǎn)物,以及有效地控制有害物質(zhì)的含量,將生物物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂鞋F(xiàn)實價值和競爭力產(chǎn)品的重要工程。研究開發(fā)分離技術(shù)的新理論、新技術(shù)、新材料和新設(shè)備始終是生物物質(zhì)分離工程發(fā)展的主要方向和目標。 本書是《生化分離工程》的再版,為適應(yīng)生物經(jīng)濟時代的發(fā)展需求和拓寬生物工程專業(yè)課程的教學(xué)內(nèi)容,將其改名為《生物物質(zhì)分離工程》。 《生化分離工程》自出版以來,先后共重印了九次,并于2004年9月被評為上海市優(yōu)秀教材,得到了生物技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)知識界的關(guān)注和讀者的愛護,同時也提出了不少中肯的意見,希望完善以提高教材的水平。這次在華東理工大學(xué)和化學(xué)工業(yè)出版社領(lǐng)導(dǎo)的關(guān)心和支持下又被推薦并被教育部批準為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材出版,為教材的修訂提供了新的機遇。 進入21世紀以來,生物物質(zhì)分離工程呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢,其目的雖然還是力求縮短整個加工流程和提高單元操作效率,但已由過去那種局部改進思路轉(zhuǎn)變成從全局高度上來看待問題,即不僅研制和完善了一些快速、高效的新型分離方法,而且進行了各種分離技術(shù)的高度集成化,同時將分離過程向減少環(huán)境污染的清潔生產(chǎn)工藝轉(zhuǎn)變,取得了一定的成績,這些都為教材的修訂提供了源頭。 本書為第二版,生化分離工程中的教學(xué)內(nèi)容基本上也適用于生物物質(zhì)的分離、純化,所以保留了其中的大部分內(nèi)容,除文字修飾外也增補了不少新的內(nèi)容,包括對生物物質(zhì)的泛指和定義,以及一些新的分離、純化方法和集成化技術(shù)及其研究熱點和發(fā)展方向。除此之外,為豐富蛋白質(zhì)分離、純化內(nèi)容將原教材中“34基因工程表達產(chǎn)物后處理的特性”刪除,新增了“重組蛋白包含體體外復(fù)性”一章(第20章);為保持蛋白質(zhì)分離過程中生物活性不受損失,特增設(shè)了“提取、分離和精制過程中蛋白質(zhì)活性的穩(wěn)定性和保存”一章(第2章)。 本書第2章由張淑香博士編寫,第20章由沈亞領(lǐng)教授和張颋博士編寫,其余各章(第1章、第3~19章、第21章、第22章)以及全書的統(tǒng)稿均由嚴?到淌诰帉懞屯瓿伞T跁逭、繕寫和出版過程中,得到了化學(xué)工業(yè)出版社高等教育出版分社,華東理工大學(xué)各級領(lǐng)導(dǎo),特別是教務(wù)處,以及教育部長江學(xué)者、特聘教授、國家生物反應(yīng)器工程重點實驗室主任許建和教授的支持和關(guān)心,對于本重點實驗室周文瑜副教授、楊雅琴實驗師以及研究生張志鈞、許迎霞、田璐、張閩、楊寶君、白云等同學(xué)為本書稿的計算機文字處理等工作給予的幫助,在此一并表示衷心的謝意! 最后,特別感謝我的家人多年來在學(xué)術(shù)上、文獻資料收集、計算機文字處理等方面對我的關(guān)心和支持,使我能夠在多所院校從教之余有時間和精力來完成此書稿的編寫工作。
1 緒論1
1.1 生物(物)質(zhì)1
1.2 生物物質(zhì)分離過程1
1.3 生物技術(shù)下游加工過程的特點及其重要性2
1.3.1 發(fā)酵液或培養(yǎng)液是產(chǎn)物濃度很低的水溶液2
1.3.2 培養(yǎng)液是多組分的混合物2
1.3.3 生物產(chǎn)品的穩(wěn)定性差3
1.3.4 對最終產(chǎn)品的質(zhì)量要求很高4
1.4 生物技術(shù)下游加工過程的一般步驟和單元操作4
1.4.1 發(fā)酵液的預(yù)處理與固液分離(或稱不溶物的去除)4
1.4.2 初步純化(或稱產(chǎn)物的提。6
1.4.3 高度純化(或稱產(chǎn)物的精制)6
1.4.4 成品加工6
1.5 生物技術(shù)產(chǎn)品及下游加工過程的沿革6
1.5.1 生物技術(shù)產(chǎn)品的類型6
1.5.2 下游加工過程的沿革6
1.6 生物技術(shù)下游加工過程的選擇準則8
1.7 生物技術(shù)下游加工過程的發(fā)展動向10
1.7.1 基礎(chǔ)理論研究10
1.7.2 提高分離過程的選擇性11
1.7.3 開發(fā)分離介質(zhì)11
1.7.4 提高分離純化技術(shù)11
1.7.5 使用無毒無害物質(zhì)12
1.7.6 生物分離技術(shù)的規(guī);⒐こ袒芯12
2 提取、分離和精制過程中蛋白質(zhì)活性的穩(wěn)定性和保存13
2.1 前言13
2.2 蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)13
2.2.1 蛋白質(zhì)的組織層次13
2.2.2 三級結(jié)構(gòu)18
2.2.3 四級結(jié)構(gòu)19
2.2.4 相關(guān)的蛋白質(zhì)20
2.2.5 側(cè)鏈基團和二級結(jié)構(gòu)21
2.3 蛋白質(zhì)的失活21
2.3.1 折疊與伸展22
2.3.2 活性的可逆喪失22
2.3.3 蛋白質(zhì)的穩(wěn)定23
2.3.4 熱穩(wěn)定蛋白質(zhì)23
2.4 共價過程中導(dǎo)致的失活24
2.4.1 活性中心上必需基團的反應(yīng)24
2.4.2 基團的化學(xué)修飾對三維結(jié)構(gòu)的維系25
2.5 對策26
3 發(fā)酵液的預(yù)處理和菌體的回收27
3.1 懸浮液的基本特性27
3.2 懸浮液的預(yù)處理28
3.2.1 預(yù)處理的目的29
3.2.2 預(yù)處理方法29
3.3 懸浮液分離方法和分類31
3.3.1 懸浮液分離過程的基本概念31
3.3.2 固液分離過程的分類32
3.4 過濾法32
3.4.1 過濾的理論基礎(chǔ)32
3.4.2 過濾器的設(shè)計33
3.4.3 連續(xù)過濾器的設(shè)計35
3.4.4 常用新型過濾器36
3.4.5 錯流過濾41
4 細胞的破碎與分離43
4.1 概述43
4.2 細胞壁結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成44
4.2.1 細菌44
4.2.2 真菌和酵母45
4.2.3 藻類46
4.3 細胞壁的破碎46
4.3.1 破碎率的評價46
4.3.2 細胞破碎的方法47
4.4 基因工程表達產(chǎn)物后處理的特殊性55
5 離心分離57
5.1 離心沉降57
5.1.1 離心沉降的原理57
5.1.2 離心沉降的設(shè)備58
5.1.3 離心沉降的計算61
5.2 離心過濾63
5.2.1 離心過濾的原理63
5.2.2 離心過濾設(shè)備64
5.2.3 離心過濾的計算65
5.3 離心機的選用66
5.4 離心機在生物工業(yè)上的應(yīng)用67
5.5 超離心法68
5.5.1 超離心技術(shù)的原理68
5.5.2 超離心技術(shù)的分類69
6 膜分離過程73
6.1 概述73
6.2 膜分離過程的類型74
6.2.1 以靜壓力差為推動力的膜分離過程75
6.2.2 以蒸氣分壓差為推動力的膜分離過程75
6.2.3 以濃度差為推動力的膜分離過程75
6.2.4 以電位差為推動力的膜分離過程76
6.3 膜及其組件76
6.3.1 膜的定義和類型76
6.3.2 表征膜性能的參數(shù)79
6.3.3 膜組件80
6.4 壓力特性83
6.5 濃差極化83
6.6 膜的污染84
6.7 膜過濾理論85
6.7.1 微孔模型85
6.7.2 質(zhì)量傳遞模型86
6.7.3 阻力模型87
6.7.4 滲透壓模型88
6.8 過程討論89
6.8.1 過程方法89
6.8.2 中空纖維膜組件的工作模式90
6.8.3 超微濾系統(tǒng)的工廠布置91
6.9 膜分離技術(shù)的應(yīng)用簡介93
7 納米膜過濾技術(shù)94
7.1 概述94
7.2 納濾膜的性質(zhì)與特點95
7.3 納米過濾的分離機理98
7.4 納濾膜的污染及解決方法99
7.5 納米過濾的應(yīng)用100
8 膜親和過濾法102
8.1 親和膜分離技術(shù)102
8.1.1 基本過程和操作方式102
8.1.2 基本理論104
8.1.3 親和膜制備105
8.2 親和膜分離技術(shù)的應(yīng)用107
8.3 親和膜過濾108
8.3.1 親和膜過濾的特點108
8.3.2 親和膜過濾過程及其關(guān)鍵問題109
8.3.3 親和膜過濾技術(shù)的基本理論110
8.3.4 親和膜過濾的應(yīng)用111
9 滲透蒸發(fā)113
9.1 滲透蒸發(fā)的原理和特點113
9.1.1 滲透蒸發(fā)的定義和基礎(chǔ)知識113
9.1.2 滲透蒸發(fā)的原理116
9.1.3 滲透蒸發(fā)的特點117
9.2 滲透蒸發(fā)膜及膜材料的選擇117
9.2.1 滲透蒸發(fā)膜的分類117
9.2.2 膜材料的選擇118
9.2.3 滲透池119
9.3 滲透蒸發(fā)過程及其影響因素120
9.3.1 滲透蒸發(fā)的分離過程120
9.3.2 操作條件對分離過程的影響120
9.4 滲透蒸發(fā)的應(yīng)用121
9.4.1 滲透蒸發(fā)工藝流程實驗裝置121
9.4.2 滲透蒸發(fā)膜分離的應(yīng)用121
10 溶劑萃取124
10.1 概述124
10.1.1 溶劑萃取的應(yīng)用124
10.1.2 生物質(zhì)的萃取與傳統(tǒng)的萃取相比較125
10.2 萃取過程的理論基礎(chǔ)125
10.2.1 分配定律125
10.2.2 萃取過程取決于溶劑的特性127
10.2.3 弱電解質(zhì)的萃取過程與水相的特性128
10.3 乳化和去乳化130
10.3.1 乳化和去乳化的本質(zhì)是表面現(xiàn)象131
10.3.2 乳狀液的類型及其消除131
10.4 萃取方式和過程計算132
10.4.1 單級萃取132
10.4.2 多級錯流萃取133
10.4.3 多級逆流萃取135
10.4.4 微分萃取137
10.4.5 分餾萃取139
10.5 離子對/反應(yīng)萃取140
10.5.1 離子對/反應(yīng)萃取的一般介紹140
10.5.2 離子對/反應(yīng)萃取的應(yīng)用141
11 反膠束萃取和濁點萃取142
11.1 反膠束萃取142
11.1.1 反膠束溶液形成的條件和特性142
11.1.2 反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理145
11.1.3 反膠束萃取體系及其操作148
11.1.4 反膠束萃取蛋白質(zhì)的應(yīng)用152
11.1.5 反膠束萃取蛋白質(zhì)技術(shù)研究的新進展153
11.2 濁點萃取技術(shù)154
11.2.1 濁點萃取154
11.2.2 影響濁點萃取效率的因素155
11.2.3 濁點萃取的應(yīng)用156
12 雙水相萃取157
12.1 雙水相體系158
12.1.1 雙水相的形成158
12.1.2 雙水相系統(tǒng)的類型158
12.1.3 混溶性和相平衡160
12.2 雙水相萃取過程的理論基礎(chǔ)161
12.2.1 表面自由能的影響161
12.2.2 表面電荷的影響161
12.3 影響物質(zhì)分配平衡的因素161
12.3.1 雙水相中聚合物組成的影響162
12.3.2 水相物理化學(xué)性質(zhì)的影響162
12.3.3 鹽類的影響162
12.3.4 pH值的影響163
12.3.5 溫度的影響164
12.4 雙水相萃取過程的選擇性164
12.4.1 親和雙水相分配164
12.4.2 液體離子交換劑165
12.5 雙水相系統(tǒng)的應(yīng)用165
12.6 成相聚合物的回收167
12.7 雙水相萃取過程的放大與設(shè)備167
12.8 雙水相萃取技術(shù)的發(fā)展趨勢169
12.8.1 新型雙水相系統(tǒng)的開發(fā)169
12.8.2 親和雙水相萃取技術(shù)170
12.8.3 雙水相萃取技術(shù)與相關(guān)技術(shù)的集成170
12.8.4 雙水相萃取過程的開發(fā)170
12.8.5 雙水相萃取相關(guān)理論的發(fā)展170
13 超臨界流體萃取法171
13.1 超臨界流體萃取的基本原理171
13.1.1 純?nèi)軇┑男袨?71
13.1.2 超臨界流體的性質(zhì)172
13.2 超臨界流體萃取的熱力學(xué)基礎(chǔ)176
13.2.1 超臨界流體的相平衡176
13.2.2 超臨界流體溶解度現(xiàn)象的熱力學(xué)分析179
13.3 超臨界流體相平衡的熱力學(xué)模型181
13.4 超臨界流體萃取的基本過程和設(shè)備182
13.4.1 超臨界流體萃取的基本過程182
13.4.2 超臨界流體萃取的設(shè)備183
13.5 超臨界流體萃取的應(yīng)用184
13.6 超臨界流體萃取的優(yōu)點和缺點186
13.7 超臨界流體萃取今后的主要研究方向187
14 液膜分離法188
14.1 液膜及其分類188
14.1.1 液膜的定義及其組成188
14.1.2 液膜的分類189
14.2 液膜分離的機理189
14.2.1 無流動載體液膜分離機理189
14.2.2 有載體液膜分離機理190
14.2.3 液膜萃取過程的數(shù)學(xué)模型190
14.3 液膜材料的選擇與液膜分離的操作過程194
14.3.1 液膜材料的選擇194
14.3.2 液膜分離的操作過程及設(shè)備195
14.3.3 影響液膜分離效果的因素196
14.4 液膜分離技術(shù)的應(yīng)用198
14.4.1 液膜分離萃取有機酸198
14.4.2 液膜分離萃取氨基酸199
14.4.3 液膜分離萃取抗生素199
14.4.4 液膜分離進行酶反應(yīng)200
14.4.5 液膜分離萃取蛋白質(zhì)200
15 泡沫分離法202
15.1 泡沫分離法的分類202
15.2 泡沫分離技術(shù)的基本原理203
15.2.1 表面活性劑及其界面特性203
15.2.2 Gibbs(吉布斯)等溫吸附方程203
15.2.3 氣泡產(chǎn)生的方法、泡沫的形成與性質(zhì)204
15.3 泡沫分離的裝置、操作方式及其影響因素205
15.3.1 泡沫分離技術(shù)的實驗室裝置205
15.3.2 泡沫分離的操作方式205
15.3.3 影響泡沫分離的因素206
15.4 泡沫分離過程的設(shè)計計算207
15.4.1 泡沫液流量和泡沫塔塔徑的計算207
15.4.2 理論級數(shù)的計算208
15.5 泡沫分離的應(yīng)用209
16 沉淀法211
16.1 概述211
16.2 蛋白質(zhì)的溶解特性212
16.3 蛋白質(zhì)膠體溶液的穩(wěn)定性213
16.3.1 靜電斥力213
16.3.2 吸引力213
16.4 蛋白質(zhì)沉淀方法214
16.4.1 中性鹽鹽析法214
16.4.2 等電點沉淀法217
16.4.3 有機溶劑沉淀法218
16.4.4 非離子型聚合物沉淀法219
16.4.5 聚電解質(zhì)沉淀法220
16.4.6 金屬離子沉淀法220
16.5 沉淀動力學(xué)220
16.5.1 凝聚動力學(xué)221
16.5.2 絮凝體的破碎221
16.5.3 凝聚物的陳化222
16.6 親和沉淀222
17 吸附與離子交換224
17.1 概述224
17.2 吸附過程的理論基礎(chǔ)224
17.2.1 基本概念224
17.2.2 吸附的類型225
17.2.3 物理吸附力的本質(zhì)226
17.2.4 吸附等溫線227
17.3 分批式與連續(xù)式吸附230
17.3.1 分批(間歇)式吸附231
17.3.2 連續(xù)攪拌罐中的吸附232
17.4 固定床吸附233
17.5 膨脹床(EBA)吸附234
17.5.1 概述234
17.5.2 膨脹床吸附過程的設(shè)備與操作235
17.5.3 膨脹床吸附過程的數(shù)學(xué)分析236
17.5.4 膨脹床吸附技術(shù)的應(yīng)用237
17.6 移動床和模擬移動床吸附238
17.7 離子交換吸附238
17.7.1 離子交換理論238
17.7.2 離子交換材料239
17.7.3 離子交換吸附技術(shù)的應(yīng)用242
17.8 其他類型的吸附242
17.8.1 疏水作用吸附242
17.8.2 鹽析吸附243
17.8.3 親和吸附243
17.8.4 染料配位體吸附244
17.9 免疫吸附245
17.10 固定金屬親和吸附247
17.11 羥基磷灰石和磷酸鈣凝膠吸附247
18 色層分離法249
18.1 概述249
18.2 色層分離法的產(chǎn)生和發(fā)展249
18.2.1 沿革249
18.2.2 色層分離中的基本概念及其分類250
18.2.3 色譜展開技術(shù)250
18.3 色層分離的有關(guān)術(shù)語252
18.3.1 平衡關(guān)系252
18.3.2 局部平衡定律254
18.4 色層分離過程理論255
18.4.1 塔板理論255
18.4.2 色層分離的連續(xù)描述258
18.5 各類不同分離機制的色層分離法介紹261
18.5.1 吸附色層分離法261
18.5.2 疏水作用色層分離法261
18.5.3 金屬螯合色層分離法263
18.5.4 共價作用色層分離法264
18.5.5 聚焦色層分離法266
18.5.6 離子交換色層分離法268
18.5.7 凝膠過濾色層分離法271
18.5.8 正相與反相層析275
18.5.9 親和色層分離法275
18.5.1 0連續(xù)環(huán)狀色層分離法277
18.5.1 1擬似移動床型色層分離法278
18.5.1 2灌注色層分離法279
18.6 層析的放大281
19 電泳283
19.1 動電過程283
19.1.1 zeta(ζ)電位是動電現(xiàn)象的根本原因283
19.1.2 動電現(xiàn)象284
19.2 電泳的理論基礎(chǔ)285
19.3 影響電泳遷移率的因素286
19.4 電泳的類型288
19.4.1 自由界面電泳289
19.4.2 自由溶液中的區(qū)域電泳289
19.4.3 在不同支持物上的區(qū)帶電泳291
19.4.4 等速電泳295
19.4.5 等電聚焦296
19.4.6 二維電泳298
19.4.7 免疫電泳299
19.4.8 制備連續(xù)電泳299
19.5 第二代液相電泳300
19.5.1 毛細管電泳300
19.5.2 自由流電泳301
19.6 電泳的其他用途301
19.6.1 電泳解吸301
19.6.2 電泳濃縮302
20 重組蛋白包含體體外復(fù)性303
20.1 包含體的形成及一般特性303
20.1.1 包含體的形成303
20.1.2 包含體的特性303
20.2 包含體蛋白復(fù)性的理論基礎(chǔ)305
20.2.1 蛋白質(zhì)折疊機理305
20.2.2 包含體復(fù)性的影響因素307
20.3 包含體蛋白的體外復(fù)性308
20.3.1 包含體中活性蛋白的回收步驟308
20.3.2 包含體的復(fù)性方法310
20.3.3 復(fù)性效果的檢測與評價313
20.4 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)研究技術(shù)313
20.4.1 X射線衍射技術(shù)313
20.4.2 核磁共振技術(shù)314
20.4.3 顯微學(xué)技術(shù)314
20.4.4 光譜技術(shù)314a
21 結(jié)晶316
21.1 概述316
21.2 結(jié)晶的基本原理317
21.2.1 溶液的飽和和過飽和度317
21.2.2 過飽和溶液的形成318
21.2.3 晶核的形成319
21.2.4 晶體的生長321
21.3 結(jié)晶的類型323
21.3.1 分類方法323
21.3.2 分批(間歇)結(jié)晶323
21.3.3 連續(xù)結(jié)晶324
21.4 結(jié)晶過程的計算325
21.4.1 晶粒大小分布326
21.4.2 溶液結(jié)晶過程的數(shù)學(xué)模型327
21.5 重結(jié)晶330
21.6 結(jié)晶過程的預(yù)測與改善331
21.7 結(jié)晶技術(shù)的進展332
21.7.1 理論方面的研究333
21.7.2 新技術(shù)的推廣333
22 成品干燥335
22.1 生物材料水分的性質(zhì)及基本計算335
22.1.1 生物材料水分的性質(zhì)335
22.1.2 生物材料干燥時有關(guān)基本計算336
22.2 蒸發(fā)和干燥速率337
22.3 生物產(chǎn)品的干燥方法339
22.4 對流干燥340
22.4.1 對流干燥過程熱計算340
22.4.2 對流干燥器340
22.5 噴霧干燥342
22.5.1 噴霧干燥過程熱計算342
22.5.2 噴霧干燥機343
22.6 升華干燥343
22.6.1 升華干燥過程343
22.6.2 升華干燥設(shè)備344
22.7 組合干燥346
參考文獻347
(3)其他因素 生物技術(shù)下游加工過程的選擇還應(yīng)考慮以下因素。
、佼a(chǎn)品規(guī)格 產(chǎn)品的規(guī)格(或稱技術(shù)規(guī)范)是用成品中各類雜質(zhì)的最低存在量來表示的,它是確定純化要求的程度以及由此而生的下游加工過程方案選擇的主要依據(jù)。如果只要求對產(chǎn)物低度純化,則一個簡單的分離流程就足以達到純化的目的,但是對于注射藥物,產(chǎn)品的純度要求很高,而在原料液中雜質(zhì)的量及類型卻很多。例如,存在與微生物細胞壁中能夠引起抗原反應(yīng)的組分稱熱原。必須在純化步驟中將它們盡量除去,以滿足注射藥品的規(guī)格要求,生產(chǎn)上一般選用凝膠滲透層析法,利用分子大小的差別,實現(xiàn)去除熱原的目的,并且常放在純化過程的最后一步。 小分子產(chǎn)物純化的共同特征是存在具有與目標產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相類似的代謝產(chǎn)物,但是缺少活性的官能團,這種分離過程必須能區(qū)別物料的活性形式和非活性形式以及部分降解形式。物料的物理形式以及微生物污染問題,也是產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格要求的重要組成部分,都應(yīng)仔細考慮。包括干燥物料的粒子大小、結(jié)晶產(chǎn)品的晶形,這可能對產(chǎn)品的有效使用或劑型是必要的。 產(chǎn)品的規(guī)格還包括最終產(chǎn)品的微生物污染問題,所以在醫(yī)藥產(chǎn)品的冷凍干燥之前都要預(yù)先進行無菌過濾。 ②生產(chǎn)規(guī)模 物料的生產(chǎn)規(guī)模在某種程度上決定著被采用的過程。 在下游加工過程的第一步驟中,使用的離心、過濾等方法,能夠適應(yīng)很寬的規(guī)模范圍,因此在該步驟中,技術(shù)方法的選擇是獨立的,與規(guī)模無關(guān)。但是在后續(xù)步驟中,技術(shù)方法的選擇與生產(chǎn)規(guī)模有關(guān),例如,細胞破碎的機械方法——珠磨機或勻漿器法,就比前面所說的固一液分離方法生產(chǎn)能力小幾個數(shù)量級。如果某一生產(chǎn)規(guī)模,超過了細胞破碎機械設(shè)備的生產(chǎn)能力,則要同時使用多臺設(shè)備,或另選其他方法解決,如用熱處理誘導(dǎo)細胞溶胞或酶法處理,但這些方法都有自身的缺陷,需要具體評估后再使用。 此外,可能影響下游加工過程在規(guī)模上變化的其他因素還表現(xiàn)在層析和吸附過程中。用于生物分離過程中的層析載體若是由柔軟的多糖凝膠——瓊脂糖制成則只能按比例放大到一定的規(guī)模等。 由上可知,在生產(chǎn)具體產(chǎn)品時,要綜合考慮規(guī)模效應(yīng)。 、圻M料組成進料的組成也是影響分離過程的主要原因之一。產(chǎn)品的定位(胞內(nèi)或胞外)以及在進料中存在的產(chǎn)品,無論是可溶性物質(zhì)還是不溶性物質(zhì)都是影響工藝選擇的重要因素。在進料流中,若是一個高濃度的目標產(chǎn)物,意味著分離過程可能很簡單;若是存在某些化合物與目標產(chǎn)物非常類似,則表明需要一個非常專一性的分離過程,才能制得符合規(guī)格的產(chǎn)品。 微生物或細胞必須進行處理,防止它們釋放到環(huán)境中,或者采取一些特殊的措施,防止氣溶膠形成。了解被處理物料的形態(tài)學(xué)或流變學(xué)特性,有助于分離過程的優(yōu)選,如果生物反應(yīng)器的流出液是含絲狀微生物懸浮液,則過濾是合適的單元操作,但中空纖維型膜過濾系統(tǒng)是不適宜的。
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