生物分離工程實驗

前言

　　當前，在世界高新技術產(chǎn)業(yè)中，生物工程占據(jù)了顯著的地位，在人們的生產(chǎn)實踐和日常生活中起著越來越重要的作用。近年來，隨著生物工程的飛速發(fā)展，作為生物工程學科中必不可缺的“下游技術”——生物分離工程，也得到了迅猛發(fā)展，出現(xiàn)了許多適合大分子生化物質（如蛋白質、酶等）分離純化的新技術，如新型的萃取技術（兩水相萃取、反膠束萃取、超臨界流體萃取、液膜萃取和微波萃取等），膜分離技術（微濾、超濾、納濾和反滲透等），層析（色譜）技術（凝膠層析、親和層析、離子交換層析和疏水層析等）和電泳技術（凝膠電泳、等電聚焦電泳等）。同時還開發(fā)和研制了新材料和先進的分離設備及儀器，以適應這些分離技術的發(fā)展?？梢灶A料，隨著生物技術產(chǎn)業(yè)的更迅速發(fā)展，生物分離技術的研究和開發(fā)必將更深入和廣泛。因此，在生物技術和生物工程專業(yè)中，生物分離工程已成為越來越重要的一門課程?！　∩锓蛛x工程的不斷進步，無疑給這門課程的教育改革工作帶來了機遇和挑戰(zhàn)。近年來隨著實驗室建設和實驗教學改革工作的深入開展，本專業(yè)實驗教學已從原先傳統(tǒng)分離技術的實驗內(nèi)容擴展到現(xiàn)代分離技術的實驗內(nèi)容，從原先單一的基本技能訓練擴展到基本技能和綜合性實驗以及創(chuàng)新實驗幾大板塊，生物分離工程實驗教學已增添了許多新的內(nèi)涵，本書就是在這樣的背景下誕生的。這幾年，國內(nèi)已出版了幾本有關生物分離工程方面的理論書，但是，與本門課程相配套的生物分離工程實驗教材卻還未見到，為此，作者在多年教學實踐和實驗室建設工作的基礎上，總結了以往教學改革和科研工作的成果，編寫了此書，以奉獻給生物工程、生物技術專業(yè)的師生和對生物分離技術實驗感興趣的讀者。希望本書對本科生（或研究生）的實驗教學改革能起到啟發(fā)和推進作用，使實驗課程更上一個臺階?！　”緯鴥?nèi)容涉及面廣，實驗內(nèi)容基本將現(xiàn)有的生物分離技術都包括進去了，不僅保留了目前還應用較多的傳統(tǒng)分離技術，也包括了近年來發(fā)展起來的各種新技術和新方法。涉及的實驗對象不僅有微生物發(fā)酵液和基因工程菌的細胞培養(yǎng)液，還有動、植物天然產(chǎn)物的分離純化過程；不僅包括了中、小分子物質的分離過程，還有蛋白質和酶等生物大分子物質的分離純化過程。由于本書中的許多實驗已經(jīng)過校內(nèi)教學試用，有些實驗甚至開設過多次；有些實驗是從科研成果中轉化而來，因此，實驗操作方法比較可靠，可操作性強。為了對實驗的操作過程有更直觀的認識，本書對實驗所涉及的典型（或較先進）儀器設備采用了較多的插圖照片，力爭做到圖文并茂，增添了實驗操作的直觀性?！　”緯笠財⑹隽松锓蛛x工程實驗相關的各種分離技術的基本原理，對分離技術中的各種實驗技能和方法做了重點闡述。全書共分三篇，第一篇為生化物質分離純化技術的基本原理，第二篇為生物分離工程基礎實驗，第三篇為生物分離工程大型綜合實驗。每篇的內(nèi)容都以生物分離技術為主線，基礎實驗重點在于各種分離技術的參數(shù)測定，著重基本實驗技能的訓練。

內(nèi)容概要

本書為高等院校生物分離工程實驗教材。全書分為三篇，第一篇為生化物質分離純化技術的基本原理，簡明扼要地敘述了與生物分離工程實驗相關的各種分離技術的基本原理；第二篇為生物分離工程基礎實驗，重點在于各種分離技術的參數(shù)測定及基本實驗技能的訓練；第三篇為生物分離工程大型綜合實驗，著重于綜合型、科研型的實驗。本書內(nèi)容豐富，涉及面廣，實驗內(nèi)容不僅有常用的傳統(tǒng)生物分離技術，如沉淀法、有機溶劑萃取法、離子交換和大網(wǎng)格樹脂吸附法，還涉及近年來發(fā)展的各種新分離技術和方法，包括新型的萃取技術，膜分離技術，層析（色譜）技術和電泳技術。涉及的實驗對象不僅有微生物發(fā)酵液和基因工程菌的細胞培養(yǎng)液，還有動植物天然產(chǎn)物的分離純化過程；不僅包括了中、小分子物質的分離過程，還有蛋白質和酶等生物大分子物質的分離純化技術。本書的實驗操作方法敘述詳細，可操作性強?！　”緯饕m于生物技術和生物工程專業(yè)本科生使用，也適于相關專業(yè)研究生選用，還可供科研人員查閱參考。

書籍目錄

第一篇 生化物質分離純化技術的基本原理　第一章 培養(yǎng)液的預處理　　一、凝聚和絮凝　　二、加沉淀劑　　三、調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH　　四、吸附作用　第二章 細胞破碎　　一、機械法　　二、非機械法　第三章 基因工程菌包涵體的分離純化　　一、包涵體的洗滌和目標蛋白的變性溶解　　二、目標蛋白的復性　第四章 沉淀法　　一、鹽析法沉淀蛋白質　　二、等電點沉淀法　　三、有機溶劑沉淀法　　四、其他沉淀方法　第五章 膜分離技術　　一、膜分離技術的分類　　二、膜的性能參數(shù)　　三、膜的結構和材料　　四、膜組件型式和操作方式　　五、濃差極化　　六、影響膜分離的因素 　　七、膜的污染和清洗　　八、膜親和過濾法　第六章 有機溶劑萃取法　　一、基本原理和操作　　二、分配系數(shù)和弱電解質的分配平衡　　三、影響萃取操作的因素　第七章 兩水相萃取　　一、基本概念　　二、成相系統(tǒng)　　三、分配平衡　　四、影響分配系數(shù)Ki*的因素　　五、親和分配　第八章 反膠束萃取　　一、基本概念和反膠束相系統(tǒng)　　二、反膠束萃取過程　　三、影響反膠束萃取的因素　　四、親和反膠束萃取　第九章 超臨界流體萃取　　一、超臨界流體的特性　　二、超臨界流體的溶解性能　　三、超臨界流體萃取的基本操作和設備 　　四、夾帶劑對超臨界C02流體萃取的強化作用　　五、超臨界萃取的特點和應用　第十章 微波萃取技術　　一、基本原理　　二、微波萃取的特點　　三、影響微波萃取的因素　　四、微波萃取設備　　五、微波萃取技術的應用　第十一章 離子交換法　　一、離子交換劑　　二、離子交換樹脂的分類　　三、離子交換樹脂幾個主要的物理參數(shù) 　　四、離子交換樹脂的交換能力和選擇性 　　五、離子交換樹脂和操作條件的選擇　第十二章 大網(wǎng)格（大孔）樹脂吸附法　　一、大網(wǎng)格樹脂吸附劑的結構和類型　　二、吸附等溫線　　三、大網(wǎng)格樹脂吸附法提取生化物質工藝條件的選擇　第十三章 色層分離法　第十四章 電泳技術　參考文獻 第二篇 生物分離工程基礎實驗　實驗一 絮凝技術預處理發(fā)酵液及濾餅的質量比阻測定　實驗二 堿性蛋白酶的鹽析沉淀　實驗三 Folin法測定堿性蛋白酶活性　實驗四 有機溶劑萃取法中pH對表觀分配系數(shù)的影響　實驗五 反膠束萃取法pH對萃取率的影響　實驗六 PEG／（NH4）2SO4兩水相系統(tǒng)的相圖　實驗七 兩水相系統(tǒng)中蛋白質分配系數(shù)的測定　實驗八 考馬斯亮藍比色法測定蛋白質含量　實驗九 離子交換樹脂總交換容量的測定　實驗十 大網(wǎng)格吸附樹脂的吸附等溫線的制作　實驗十一 凝膠層析法測定蛋白質相對分子質量　實驗十二 聚丙烯酰胺凝膠等電聚焦電泳測定蛋白質的等電點第三篇 生物分離工程大型綜合實驗　實驗一 四環(huán)素的沉淀法提取及鑒定　實驗二 用超濾技術濃縮和分離堿性蛋白酶　實驗三 用兩種分離技術提取紅霉素的工藝比較　實驗四 用反膠束萃取技術提取胰蛋白酶　實驗五 超臨界萃取青蒿素和：HPI—c鑒定　實驗六 用微波萃取和大網(wǎng)格樹脂吸附法提取茶多酚　實驗七 用兩種分離技術提取檸檬酸的工藝比較 　實驗八 離子交換法提取抗生素的工藝研究　實驗九 離子交換法制備純水　實驗十 凝膠層析法純化胰激肽原酶　實驗十一 重組人酸性成纖維細胞生長因子的分離和純化　實驗十二 基因工程血管生長抑素包涵體的變性和復性工藝研究　實驗十三 包涵體TRAIL蛋白的復性和純化　附錄

章節(jié)摘錄

　　第一篇　生化物質分離純化技術的基本原理　　人類所需的生物化工產(chǎn)品（如生化藥物）常通過微生物發(fā)酵、酶反應、動植物機體和它們的細胞、組織大量培養(yǎng)而獲得，但是從上述過程得到的發(fā)酵液、反應液或培養(yǎng)液中含有大量的雜質，人們必須通過各種分離、精制方法使所需的生物活性物質脫離原來的環(huán)境，提高純度，從而獲得達到一定質量標準的產(chǎn)品，以滿足人們的需求，這就是生化物質的分離純化過程。　　分離純化技術是生物工程中重要的、必不可少的組成部分，屬于生物工程的下游加工過程，又稱“后處理工程”或“下游工程”。因為它與產(chǎn)品密切相關，純化純度決定了產(chǎn)品的質量，純化收率決定了產(chǎn)品的產(chǎn)量和成本，因此其重要性并不亞于上游工程。由于生物產(chǎn)品的特殊性、復雜性和對生物產(chǎn)品要求的嚴格性，導致后處理過程成本往往要占整個生物加工過程成本的大部分。例如，基因工程藥物和精制蛋白質產(chǎn)品的純化過程要占80％～90％，這主要是因為純度要求高，分離難度大，步驟多。能否設計一條合理的分離純化工藝路線關系到整個生物加工過程的成敗，它常常是生物技術產(chǎn)品能否產(chǎn)業(yè)化、走向市場的關鍵。因此，人們逐漸認識到現(xiàn)代生物技術的發(fā)展是與下游分離技術的進步緊密相關的，生物分離技術已受到越來越多的重視。　　20世紀80年代以來，生物技術產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展，特別是基因工程和細胞融合等現(xiàn)代生物技術的驚人進步，使有限量的天然存在的生物活性物質可以通過細胞大量培養(yǎng)，進行商業(yè)化的規(guī)模生產(chǎn)。生物技術發(fā)生了質的飛躍，產(chǎn)品數(shù)量越來越多，出現(xiàn)了許多具有顯著應用價值的精細生化藥物，如：用DNA重組體菌種生產(chǎn)的胰島素、干擾素、白細胞介素、疫苗以及用雜交瘤技術生產(chǎn)的單克隆抗體等，這就促使分離純化技術迅速發(fā)展，許多節(jié)省能耗，高分辨特性和較溫和的分離技術大量涌現(xiàn)，使低成本、高收率、高純度地純化目標產(chǎn)物成為現(xiàn)實。　　分離純化過程由多個單元操作組成，可分四個階段：預處理和過濾，初步分離，精細分離，成品加工。預處理和過濾的目的是除去對后步分離有影響的雜質，設法使生化物質轉移到液相中并進行固液分離。初步分離（或稱提?。┻^程是采取各種分離技術，除去大部分雜質，濃縮產(chǎn)品，制取粗制品或濃縮液。精細分離（或稱精制）過程是采用高選擇性的分離技術（如色譜分離技術），將產(chǎn)物與性質相近的雜質盡量分離，制得高純度產(chǎn)物。成品加工是采用濃縮、結晶、干燥等手段，制得最終產(chǎn)品（濃縮液或晶體）。所以，整個分離純化過程是一個不斷濃縮、不斷純化的過程，最后得到符合要求的產(chǎn)品?！　　?/pre>








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