生物分离与纯化技术
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生物大分子的分离纯化(透析、超滤、冷冻干燥)生物大分子的分离纯化(透析、超滤、冷冻干燥)2. 透析自Thomas Graham 1861年发明透析方法至今已有一百多年。
透析已成为生物化学实验室最简便最常用的分离纯化技术之一。
在生物大分子的制备过程中,除盐、除少量有机溶剂、除去生物小分子杂质和浓缩样品等都要用到透析的技术。
透析只需要使用专用的半透膜即可完成。
通常是将半透膜制成袋状,将生物大分子样品溶液置入袋内,将此透析袋浸入水或缓冲液中,样品溶液中的大分子量的生物大分子被截留在袋内,而盐和小分子物质不断扩散透析到袋外,直到袋内外两边的浓度达到平衡为止。
保留在透析袋内未透析出的样品溶液称为"保留液",袋(膜)外的溶液称为"渗出液"或"透析液"。
透析的动力是扩散压,扩散压是由横跨膜两边的浓度梯度形成的。
透析的速度反比于膜的厚度,正比于欲透析的小分子溶质在膜内外两边的浓度梯度,还正比于膜的面积和温度,通常是4℃透析,升高温度可加快透析速度。
透析膜可用动物膜和玻璃纸等,但用的最多的还是用纤维素制成的透析膜,目前常用的是美国Union Carbide (联合碳化物公司)和美国光谱医学公司生产的各种尺寸的透析管,截留分子量MwCO(即留在透析袋内的生物大分子的最小分子量,缩写为MwCO)通常为1万左右。
商品透析袋制成管状,其扁平宽度为23 mm~50 mm不等。
为防干裂,出厂时都用10%的甘油处理过,并含有极微量的硫化物、重金属和一些具有紫外吸收的杂质,它们对蛋白质和其它生物活性物质有害,用前必须除去。
可先用50%乙醇煮沸1小时,再依次用50%乙醇、0.01 mol/L碳酸氢钠和0.001 mol/L EDTA溶液洗涤,最后用蒸馏水冲洗即可使用。
实验证明,50%乙醇处理对除去具有紫外吸收的杂质特别有效。
使用后的透析袋洗净后可存于4℃蒸馏水中,若长时间不用,可加少量NaN2,以防长菌。
生物发酵过程与产物的分离纯化技术生物发酵过程是一种将有机物质转化为有用产物的生化过程。
人类在发现这种过程后,就不断地开展了相关的研究和开发工作。
经过多年对生物发酵过程的探索和研究,现在已经开发出了许多种适合于大规模生产的工业微生物育种方式。
在生物发酵过程中,需要将微生物和发酵基质混合加热,随着时间的推移,微生物会不断地将基质转化成有用产物,并释放出一些废物。
因此在发酵过程中,需要对产物和废物进行分离和纯化,以便于产物可以进一步加工,转化成最终的成品。
首先,生物发酵过程中产物的分离应该始于发酵液中产物的初步分离。
在此步骤中,可以通过使用压滤法,离心等方法,将微生物和一些浮游颗粒物从发酵液中分离出来。
这种分离技术称为粗分离技术。
具体来说,用离心机从混合液中剥离细胞,并将有机物和小颗粒等混合物从浆液中清除。
在此过程中,发酵液处于高速离心状态,微生物和固体物质分离出来。
这种分离方法不仅可以分离出微生物,还可以分离出细菌产生的蛋白质、多肽等产物。
不过,由于离心法不能分离大分子物质,所以需要针对不同的产物而采用不同的分离方法。
其次是微生物转化产物的特征决定了分离技术的选择。
微生物分离和纯化技术包括固定化细胞技术、离子交换技术、凝胶层析技术、透析技术和滤膜技术等方法。
其中,离子交换技术被广泛应用于蛋白质分离和纯化。
这种方法依靠离子可逆吸附或占据离子交换树脂的硫酸根、氯酸根等残基,从而实现原料分离的目的。
凝胶层析技术是一种在空心管中使用高分子纯化材料的技术。
其优点是分离效率高,纯化效果好。
与离子交换技术相比,凝胶层析技术可实现大规模分离和工艺优化,并且不需要前处理。
而透析法和滤膜法主要应用于分离小分子量的有机物,如葡萄糖、氨和微量元素。
透析法和滤膜法基本上都要求使用某种特殊的膜来进行操作,因此无法针对不同的产物采取相应的分离方法。
此外,现代分离技术还包括反渗透法、气体扩散、电弧压滤以及超临界流体萃取等技术。
其中,反渗透法是一种通过压力差来将水和溶液分离的技术。