本書按照一般生物物質(zhì)分離純化的步驟設(shè)置模塊(具體為感知生物分離純化技術(shù)、生物材料預(yù)處理、固液分離、可溶性組分的分離、目標(biāo)產(chǎn)物的純化以及產(chǎn)品精制),按照技術(shù)設(shè)置單元,按照產(chǎn)品生產(chǎn)工藝組織分配實訓(xùn)任務(wù),將技術(shù)原理、操作標(biāo)準(zhǔn)、注意事項、發(fā)展情況等理論知識融入各實訓(xùn)任務(wù)中,并緊緊圍繞技術(shù)的應(yīng)用展開,同時吸收了相關(guān)新知識、新技術(shù)、新方法和新工藝,實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合。
前言
21世紀(jì)是生命科學(xué)的時代,生物技術(shù)在醫(yī)療保健、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、輕化工、食品等重要領(lǐng)域?qū)Ω纳迫祟惤】蹬c生存環(huán)境、提高農(nóng)牧業(yè)和工業(yè)產(chǎn)量與質(zhì)量都發(fā)揮著越來越重要的作用。生物技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代科技研究和開發(fā)的重點。2010年9月生物產(chǎn)業(yè)成為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一,得到了各級政府的重點支持和培育。生物產(chǎn)業(yè)一般包括上游工程和下游加工過程,上游主要有基因工程、細(xì)胞工程和發(fā)酵工程等;下游加工過程即生物醫(yī)藥產(chǎn)品的分離純化過程,其中涉及的技術(shù)統(tǒng)稱為生物分離與純化技術(shù)。生物分離與純化技術(shù)是相關(guān)產(chǎn)業(yè)中使用最普遍的技術(shù),是從事生物醫(yī)藥產(chǎn)品生產(chǎn)必須掌握的基本技術(shù)。高職高專院校生物類和制藥類專業(yè)的學(xué)生,將是生產(chǎn)實踐中生物技術(shù)的具體實施者和應(yīng)用者,故熟練掌握生物分離與純化技術(shù)的原理和關(guān)鍵技術(shù)是非常重要的。
生物分離與純化技術(shù)是高職生物類和制藥類專業(yè)的專業(yè)必修課程之一。為了培養(yǎng)適應(yīng)生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的高素質(zhì)技術(shù)應(yīng)用性人才,適應(yīng)我國高等職業(yè)教育的發(fā)展趨勢,適應(yīng)理論實踐一體化的職業(yè)教育方法,本教材在一版的基礎(chǔ)上作了較大的改變和創(chuàng)新:根據(jù)企業(yè)分離純化崗位要求,引入生化藥品提取工和分離純化工職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn),融入GMP管理理念和方法,按照一般分離純化的步驟設(shè)置模塊、技術(shù)設(shè)置單元,對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝進(jìn)行重新組織并分配實訓(xùn)任務(wù),將技術(shù)原理、操作標(biāo)準(zhǔn)、注意事項、發(fā)展情況等知識融入各工作任務(wù)中,實現(xiàn)理論與實踐的結(jié)合。
依照上述修訂,學(xué)生可在相對真實的工作情境下完成真正生物物質(zhì)的制備,不僅能熟練掌握破碎、過濾、超濾膜、離子交換等技術(shù),而且能夠切實感受不同技術(shù)或工藝間的相互關(guān)系,具備分離純化技術(shù)的實踐應(yīng)用能力,從而加深理論知識的理解和對行業(yè)的了解,為從事生物物質(zhì)的分離純化工作打下良好的基礎(chǔ)。教材的理論知識不僅堅持“夠用、適度、實用”的原則,而且緊緊圍繞各項技術(shù)應(yīng)用展開,在結(jié)合實踐的基礎(chǔ)上講解了技術(shù)的應(yīng)用以及相關(guān)設(shè)備的使用,并及時吸收了相關(guān)的新知識、新技術(shù)、新方法和新工藝。本書配有電子課件,可從www.cipedu.com.cn下載使用。
常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院的邱玉華、孟祥斌,武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院的陳芬,武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院的吳旭乾,廣東科貿(mào)職業(yè)學(xué)院的李欣、黃百祺,天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院的張薈,浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的徐礪瑜,蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院的湯強,海南大學(xué)海洋學(xué)院的宋彥廷和長江職業(yè)學(xué)院的韓瀟共同完成了本教材的編寫工作。常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院趙怡紅教授、常州千紅生化制藥股份有限公司張寒春工程師和常山生化藥業(yè)(江蘇)有限公司張華工程師聯(lián)合審定了本教材。
在編寫過程中,我們得到了北京電子科技職業(yè)學(xué)院的辛秀蘭教授、武漢軟件工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院的金學(xué)平教授、浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的張星海教授、重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的羅合春教授的關(guān)心和幫助,化學(xué)工業(yè)出版社給予了大力支持,在此表示衷心的感謝。由于編者能力和水平有限,難免有疏漏和不妥之處,敬請廣大讀者和同仁批評指正。
編者
2017年1月
第一版前言
迅猛發(fā)展的現(xiàn)代生物技術(shù)是當(dāng)代新技術(shù)革命的重要力量,正逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,且已滲透到醫(yī)藥、化工、環(huán)保、能源等行業(yè),其產(chǎn)品的主要成分——生物物質(zhì)對人類生活的影響日益突出,應(yīng)用越來越廣泛。生物物質(zhì)的生產(chǎn)包括上游工程和下游加工過程。下游加工過程即生物物質(zhì)的分離純化過程,其中涉及的技術(shù)統(tǒng)稱為生物分離與純化技術(shù)。生物分離與純化技術(shù)是相關(guān)產(chǎn)業(yè)中使用最普遍的技術(shù),是從事生物物質(zhì)生產(chǎn)必須掌握的基本技術(shù)。高職高專生物技術(shù)、生物制藥專業(yè)的學(xué)生是生產(chǎn)實踐中生物技術(shù)的具體實施者和應(yīng)用者,熟練掌握生物分離與純化技術(shù)的原理和關(guān)鍵技術(shù)是非常重要的。生物分離與純化技術(shù)也是高職生物技術(shù)、生物制藥專業(yè)的專業(yè)必修課程之一。
為了適應(yīng)高職高專教學(xué)的特點,本書的理論部分堅持“夠用、適度、實用”的原則,以生物物質(zhì)的基本制備過程為主線,闡述了離心技術(shù)、細(xì)胞破碎技術(shù)、萃取技術(shù)、固相析出分離技術(shù)、色譜(層析)技術(shù)、膜分離技術(shù)和濃縮干燥技術(shù)等分離純化技術(shù)的基本原理,在結(jié)合生產(chǎn)實踐的基礎(chǔ)上介紹了生物技術(shù)的應(yīng)用以及相關(guān)設(shè)備的使用,并介紹了有關(guān)的新知識、新技術(shù)、新方法和新工藝。
為了適應(yīng)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要,使學(xué)生對相關(guān)分離純化技術(shù)實現(xiàn)“學(xué)得好、用得上、用得好”,本書專門安排了生物分離與純化技術(shù)的實訓(xùn)內(nèi)容。其中,單元操作實驗主要是對學(xué)生進(jìn)行各項分離純化技術(shù)的訓(xùn)練,要求學(xué)生熟悉分離純化實訓(xùn)的目的和基本要求,掌握各種儀器設(shè)備和分離方法的操作過程和技術(shù)要領(lǐng),培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及分析解決問題的能力。在此基礎(chǔ)上,學(xué)生通過部分生物物質(zhì)的制備綜合實訓(xùn),能熟練地綜合應(yīng)用破碎、過濾、色譜(層析)、超濾膜、離子交換等技術(shù)進(jìn)行生物物質(zhì)的分離純化、能夠設(shè)計生物物質(zhì)分離純化的簡單工藝流程和控制要點,從而進(jìn)一步加深對理論知識的理解和對行業(yè)的了解,為從事生物物質(zhì)的分離純化工作打下良好的基礎(chǔ)。實訓(xùn)項目參考了“教育部高等學(xué)校高職高專藥品類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會”制定的“高等職業(yè)教育生物制藥技術(shù)專業(yè)實訓(xùn)項目與設(shè)備配置推薦方案”,并進(jìn)行了一定的綜合和創(chuàng)新,使其符合不同院校的實際情況,更適應(yīng)教學(xué)要求。
本書由高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院的生物技術(shù)、生物制藥專業(yè)教師結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗和實踐應(yīng)用知識共同編寫完成。在編寫過程中,北京電子科技職業(yè)學(xué)院的辛秀蘭教授,浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的張星海副教授、秦鋼老師,重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的羅合春副教授,武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院的金學(xué)平副教授提出了寶貴的建議和意見,化學(xué)工業(yè)出版社給予了大力支持和幫助,在此表示衷心的感謝。
由于編者水平有限,書中難免有不妥之處,敬請廣大讀者和同仁批評指正。
編者
2007年4月
邱玉華,常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,副教授。長期從事生物制藥理論與實踐教學(xué)工作,有著豐富的教學(xué)實踐經(jīng)驗。主編的一版教材《生物分離與純化技術(shù)》自出版以來一直受到廣大院校師生的歡迎與喜愛。
《生物分離與純化技術(shù)》學(xué)習(xí)指南001
模塊一 感知生物分離純化技術(shù)
單元一認(rèn)識生物分離純化的對象和目標(biāo)004
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】004
【基礎(chǔ)知識】004
一、生物活性物質(zhì)004
二、生物物質(zhì)來源006
【復(fù)習(xí)思考】007
單元二熟悉生物分離純化技術(shù)008
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】008
【基礎(chǔ)知識】008
一、分離純化技術(shù)008
二、分離純化基本原理008
三、生物分離純化的特點010
四、分離純化的基本步驟011
【體驗實訓(xùn)】牛乳中酪蛋白和乳蛋白粗品的分離012
【拓展知識】生物分離純化技術(shù)的發(fā)展013
【復(fù)習(xí)思考】014
單元三熟悉分離純化的策略015
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】015
【基礎(chǔ)知識】015
一、分離純化方法選擇的原則015
二、原材料選擇與成品保存016
三、分離純化的準(zhǔn)備工作018
四、分離純化技術(shù)的綜合運用與工藝優(yōu)化019
五、分離純化工藝的中試放大021
【復(fù)習(xí)思考】023
模塊二 生物材料預(yù)處理
單元一發(fā)酵液的凝聚和絮凝026
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】026
【基礎(chǔ)知識】026
一、發(fā)酵液的特性026
二、發(fā)酵液中雜質(zhì)的去除方法026
三、發(fā)酵液的凝聚028
四、發(fā)酵液的絮凝029
【實訓(xùn)任務(wù)】青霉素發(fā)酵液的預(yù)處理(0102)031
【拓展知識】親和絮凝032
【復(fù)習(xí)思考】032
單元二細(xì)胞的破碎033
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】033
基礎(chǔ)知識】033
一、細(xì)胞破碎033
二、細(xì)胞壁的基本結(jié)構(gòu)033
三、細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞破碎的關(guān)系035
四、細(xì)胞破碎的方法035
五、細(xì)胞破碎效果的檢查040
【實訓(xùn)任務(wù)1】α-干擾素基因工程菌的破碎(0202)041
【實訓(xùn)任務(wù)2】細(xì)胞色素c的粗提(0301)042
【拓展知識】細(xì)胞破碎技術(shù)的研究方向044
【復(fù)習(xí)思考】044
模塊三 固液分離
單元一過濾分離048
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】048
【基礎(chǔ)知識】048
一、過濾的基本原理048
二、過濾的分類048
三、過濾介質(zhì)049
四、過濾裝置050
五、過濾的影響因素052
【實訓(xùn)任務(wù)】青霉素發(fā)酵液的過濾(0101)053
【拓展知識】膜過濾技術(shù)的發(fā)展056
【復(fù)習(xí)思考】057
單元二離心分離058
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】058
【基礎(chǔ)知識】058
一、離心分離的基本原理058
二、離心分離的方法058
三、離心機(jī)060
四、影響離心效果的因素062
【實訓(xùn)任務(wù)】α-干擾素基因工程菌發(fā)酵菌體的收集(0201)062
【拓展知識】生物工業(yè)中幾種常見的離心機(jī)064
【復(fù)習(xí)思考】067
模塊四 可溶性組分的分離
單元一吸附分離070
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】070
【基礎(chǔ)知識】070
一、吸附分離技術(shù)070
二、吸附劑、展開劑和洗脫劑071
三、影響吸附分離的因素073
四、柱吸附分離操作073
【實訓(xùn)任務(wù)】細(xì)胞色素c的吸附分離(0302)076
【拓展知識】薄層吸附分離操作077
【復(fù)習(xí)思考】080
單元二溶劑萃取081
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】081
【基礎(chǔ)知識】081
一、溶劑萃取技術(shù)081
二、分配定律081
三、萃取劑的選擇082
四、影響萃取的主要因素082
五、溶劑萃取流程083
六、萃取設(shè)備084
【實訓(xùn)任務(wù)】青霉素的萃取和萃取率的測定(0103)085
【拓展知識】其他萃取技術(shù)088
【復(fù)習(xí)思考】089
單元三鹽析法沉淀蛋白質(zhì)090
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】090
【基礎(chǔ)知識】090
一、鹽析法及其原理090
二、鹽析法常用的鹽類及其選擇091
三、影響鹽析的因素092
四、鹽析操作過程及其注意事項093
【實訓(xùn)任務(wù)1】鹽析法制備血清中的白蛋白(0401)094
【實訓(xùn)任務(wù)2】鹽析法提純細(xì)胞色素c(0303)096
【拓展知識】血漿蛋白097
【復(fù)習(xí)思考】099
單元四有機(jī)溶劑沉淀蛋白質(zhì)100
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】100
【基礎(chǔ)知識】100
一、有機(jī)溶劑沉淀法及其原理、特點100
二、常用的有機(jī)溶劑及其選擇依據(jù)101
三、影響有機(jī)溶劑沉淀的因素101
【實訓(xùn)任務(wù)】血清中免疫球蛋白的分離純化(0402)103
【拓展知識】其他沉淀方法104
【復(fù)習(xí)思考】105
模塊五 目標(biāo)產(chǎn)物的純化
單元一離子交換色譜分析108
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】108
【基礎(chǔ)知識】108
一、離子交換色譜技術(shù)108
二、離子交換分離的過程108
三、離子交換樹脂109
四、離子交換體系113
五、離子交換色譜的操作過程114
【實訓(xùn)任務(wù)1】離子交換色譜分離α-干擾素(0203)117
【實訓(xùn)任務(wù)2】離子交換色譜純化細(xì)胞色素c(0304)119
【拓展知識】離子交換設(shè)備121
【復(fù)習(xí)思考】122
單元二凝膠色譜分離124
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】124
【基礎(chǔ)知識】124
一、凝膠色譜分離技術(shù)及其分類、特點124
二、凝膠色譜基本原理125
三、凝膠色譜介質(zhì)126
四、凝膠過濾介質(zhì)的選擇128
五、影響凝膠色譜分離的因素128
六、凝膠色譜分離操作129
七、凝膠色譜技術(shù)的應(yīng)用132
【實訓(xùn)任務(wù)1】凝膠色譜法分離血紅蛋白(0403)133
【實訓(xùn)任務(wù)2】凝膠色譜法純化α-干擾素(0204)135
【拓展知識】親和色譜分離技術(shù)137
【復(fù)習(xí)思考】139
模塊六 產(chǎn)品精制
單元一超濾濃縮142
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】142
【基礎(chǔ)知識】142
一、超濾技術(shù)142
二、超濾膜142
三、超濾的特點和影響因素144
【實訓(xùn)任務(wù)】α-干擾素的超濾濃縮(0205)145
【拓展知識】超濾技術(shù)的應(yīng)用147
【復(fù)習(xí)思考】147
單元二結(jié)晶149
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】149
【基礎(chǔ)知識】149
一、結(jié)晶及其原理149
二、結(jié)晶的過程150
三、影響結(jié)晶的主要因素152
四、結(jié)晶操作153
【實訓(xùn)任務(wù)】青霉素的結(jié)晶(0104)154
【拓展知識】抗生素與青霉素155
【復(fù)習(xí)思考】156
單元三真空冷凍干燥157
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】157
【基礎(chǔ)知識】157
一、水的狀態(tài)平衡圖157
二、真空冷凍干燥158
三、真空冷凍干燥機(jī)159
四、生物物質(zhì)和醫(yī)藥產(chǎn)品的冷凍干燥160
【實訓(xùn)任務(wù)】白蛋白和免疫球蛋白的冷凍干燥(0404)161
【拓展知識】真空冷凍干燥技術(shù)的應(yīng)用162
【復(fù)習(xí)思考】163
附錄164
參考文獻(xiàn)168