酶生產(chǎn)的下游工藝-酶的濃縮、干燥、結(jié)晶

模塊三、酶的下游生產(chǎn)工藝酶制劑生產(chǎn)技術(shù)

濃縮與干燥都是酶與溶劑（通常是水）分離的過程。在酶的分離純化過程中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

蒸發(fā)濃縮是通過加熱或者減壓方法使溶液中的部分溶劑汽化蒸發(fā)，使溶液得以濃縮的過程。由于酶在高溫條件下不穩(wěn)定，容易變性失活，故酶液的濃縮通常采用真空濃縮。即在一定的真空條件下，使酶液在60℃以下進(jìn)行濃縮。引入學(xué)習(xí)情境十三酶的濃縮、干燥、結(jié)晶工作任務(wù)（一）酶的濃縮工作任務(wù)（二）酶的干燥工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶酶的干燥

酶的干燥多采用冷凍干燥法。

在較低溫度下（-10℃-50℃）將酶溶液凍結(jié)成固態(tài)后抽真空，然后在高度真空條件下，將其中固態(tài)水分直接升華為氣態(tài)而除去，最后酶呈干粉狀。也稱酶的升華干燥。采用這種方法能使多種酶活性長期保存。酶的干燥酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（二）酶的干燥注意幾個(gè)問題：首先被凍的最好是酶的水溶液。如果混有有機(jī)溶劑，會(huì)降低水的冰點(diǎn)，在干燥時(shí),樣品融化而起泡導(dǎo)致酶變性，同時(shí)，會(huì)使真空泵失效。其次，如果混有磷酸鹽，在冷凍干燥時(shí)會(huì)引起pH的變化，例如：PH7的磷酸鹽在冷凍時(shí)由于磷酸二氫鈉會(huì)結(jié)晶析出，在溶液完全冷凍以前，pH便變成3.5左右。因此，在冷凍前，需將酶溶液脫鹽。酶的干燥酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（二）酶的干燥課堂總結(jié)酶的干燥模塊三、酶的下游生產(chǎn)工藝酶制劑生產(chǎn)技術(shù)

濃縮與干燥都是酶與溶劑（通常是水）分離的過程。在酶的分離純化過程中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

蒸發(fā)濃縮是通過加熱或者減壓方法使溶液中的部分溶劑汽化蒸發(fā)，使溶液得以濃縮的過程。由于酶在高溫條件下不穩(wěn)定，容易變性失活，故酶液的濃縮通常采用真空濃縮。即在一定的真空條件下，使酶液在60℃以下進(jìn)行濃縮。引入學(xué)習(xí)情境十三酶的濃縮、干燥、結(jié)晶工作任務(wù)（一）酶的濃縮工作任務(wù)（二）酶的干燥工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶酶的結(jié)晶

結(jié)晶（Crystallization）是指物質(zhì)以晶體的狀態(tài)從蒸汽或溶液中析出的過程。是指分子通過氫鍵、離子鍵或分子間力按規(guī)則并且周期性排列的一種固體形式，由于各種分子間形成結(jié)晶的條件不同，也由于變性蛋白質(zhì)和酶不能形成結(jié)晶，因此，結(jié)晶既是一種酶是否純凈的標(biāo)志，又是一種酶和雜蛋白分離的方法。

酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶結(jié)晶的基本原理結(jié)晶形成的過程是自由能降至最小的過程。當(dāng)自由能降至最小并逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，溶質(zhì)分子開始結(jié)晶作用。當(dāng)溶液處于過飽和狀態(tài)時(shí)，分子間的分散或排斥作用小于分子間的相互吸引作用，便開始形成沉淀或結(jié)晶，由于溶液的過飽和，維持水合物的水分子相對減少而且不足，溶質(zhì)分子相互接觸機(jī)會(huì)增加而聚集.但是,當(dāng)溶液過飽和的速度過快時(shí)，溶質(zhì)分子聚集太快，便會(huì)產(chǎn)生無定形的沉淀。如果控制溶液緩慢地達(dá)到過飽和點(diǎn)．溶質(zhì)分子就可能排列到晶格中，形成結(jié)晶。酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶注意：第一，要調(diào)整溶液，使之緩慢地趨向于過飽和點(diǎn)；第二，調(diào)整溶液的性質(zhì)和環(huán)境條件．使盡可能多的溶質(zhì)分子相互接觸，形成結(jié)晶。酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶結(jié)晶條件酶蛋白分子形狀和理化性質(zhì)較復(fù)雜，使之在溶液中的特性也變得復(fù)雜,影響其最小溶解度的因素也很多，如電解質(zhì)的濃度、酶蛋白的濃度、pH、溫度等因素；(1)酶的純度一般來說，酶越純，越容易獲得結(jié)晶，長成單晶的可能性也越大。除個(gè)別情況外，一般酶純度應(yīng)達(dá)到50％以上.(2)酶蛋白的濃度對大多數(shù)酶來說，蛋白質(zhì)濃度在3—50mg/ml較好。一般來說,酶蛋白濃度越高，有利于分子間相互碰撞而聚合，但是酶蛋白濃度過高,往往形成沉淀;酶蛋白濃度過低，不易形成晶核。酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶(3)晶種有些不易結(jié)晶的酶，需加入微量的晶種才能形成結(jié)晶.在加入晶種前，要將溶液調(diào)整到適于結(jié)晶條件下，加入的晶種開始溶解，還要追加沉淀劑．直到晶種不溶解為止.當(dāng)達(dá)到晶種不溶解又沒有無定形物形成時(shí)，靜置，促進(jìn)晶體生長。酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶(4)溫度結(jié)晶溫度，一方面要有利于結(jié)晶的生成；另一方面要不超過酶的熱穩(wěn)定性。有些酶對溫度很敏感，因此要防止酶失活.從現(xiàn)有資料來看，一般控制在0-4℃范圍內(nèi)，通常在4℃下。低溫條件對酶不僅溶解度降低，而且酶不易變性。(5)pHpH是酶結(jié)晶的一個(gè)重要條件．有時(shí)只相差0.2pH單位時(shí)，只能得到沉淀，而得不到結(jié)晶，所選擇pH應(yīng)在酶的穩(wěn)定范圍內(nèi)，一般選擇在被結(jié)晶酶的pI值附近。酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶(6)金屬離子許多金屬能引起或有助于酶的結(jié)品。不同酶選用不同金屬離子.在酶結(jié)晶過程中常用Ca2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、Cd2+、Cu2+、Mg2+、Mn2+等金屬離子。在許多情況下，這些離子是酶表現(xiàn)活力所必需的，它們能保持酶分子結(jié)構(gòu)上的一些特點(diǎn)。酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶結(jié)晶的方法

1.鹽析結(jié)晶法;2.有機(jī)溶劑結(jié)晶法；

3.等電點(diǎn)結(jié)晶法

透析平衡等電點(diǎn)結(jié)晶氣相擴(kuò)散等電點(diǎn)結(jié)晶酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶4透析平衡結(jié)晶法將酶液裝進(jìn)透析袋，對一定濃度的鹽溶液進(jìn)行透析，使酶液逐步達(dá)到過飽和狀態(tài)而析出結(jié)晶的過程。前提：酶液要達(dá)到一定純度（經(jīng)過純化）。酶液要濃縮到一定濃度。5溫度差結(jié)晶法、金屬離子復(fù)合結(jié)晶法酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶酶制劑通常有下列四種劑型：1、液體配制劑包括稀酶液和濃縮酶液。一般除去固體雜質(zhì)后．不再純化而直接制成．或加以濃縮而成。這種酶制劑不穩(wěn)定，且成分復(fù)雜，只用于某些工業(yè)。2、固體配制劑發(fā)酵液經(jīng)殺菌后直接濃縮或噴霧干燥制成。有的加入淀粉等填充料，用于工業(yè)生產(chǎn)。有的經(jīng)初步純化后制成，如用于洗滌劑、藥物生產(chǎn)。用于加工或生產(chǎn)某種產(chǎn)品時(shí)，務(wù)須除去起干擾作用的雜酶，才不會(huì)影響質(zhì)量。固體酶制劑適于運(yùn)輸和短期保存，成本也不高.酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶3、純配制劑包括結(jié)晶酶，通常用作分析試劑和醫(yī)療藥物。要求較高的純度和一定的活力單位數(shù)。醫(yī)療注射酶，還必須除去熱源。熱源屬于糖蛋白，分子量在10萬以上，是染菌后細(xì)菌分泌出來的類毒素。帶有這類物質(zhì)的制劑注射到體內(nèi)后引起體溫升高。熱原耐熱耐酸但不耐堿，對氧化劑敏感。它可用吸附、親和層析、改變分離純化等方法除去。4、固定化酶制劑酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

課堂總結(jié)酶的結(jié)晶思考思考:1、萃取的原理和類型是什么?模塊三、酶的下游生產(chǎn)工藝酶制劑生產(chǎn)技術(shù)

濃縮與干燥都是酶與溶劑（通常是水）分離的過程。在酶的分離純化過程中是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。

蒸發(fā)濃縮是通過加熱或者減壓方法使溶液中的部分溶劑汽化蒸發(fā)，使溶液得以濃縮的過程。由于酶在高溫條件下不穩(wěn)定，容易變性失活，故酶液的濃縮通常采用真空濃縮。即在一定的真空條件下，使酶液在60℃以下進(jìn)行濃縮。引入學(xué)習(xí)情境十三酶的濃縮、干燥、結(jié)晶工作任務(wù)（一）酶的濃縮工作任務(wù)（二）酶的干燥工作任務(wù)（三）酶的結(jié)晶酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

減壓蒸發(fā)濃縮的簡易裝置1蒸餾瓶2毛細(xì)管3螺旋夾4橡皮管5溫度計(jì)6出水口7冷凝器8進(jìn)水口9連接管10抽氣口11接收瓶蒸發(fā)濃縮

酶的濃縮工作任務(wù)（一）酶的濃縮通常采用的減壓蒸發(fā)法和實(shí)驗(yàn)室常用的超蒸發(fā)法，都因效率低、費(fèi)時(shí)等在工業(yè)上很少應(yīng)用。目前，工業(yè)上應(yīng)用較多的是薄膜蒸發(fā)法。薄膜蒸發(fā)法，即將待濃縮的酶溶液在高度真空下轉(zhuǎn)變成極薄的液膜，液膜通過加熱而急速汽化，經(jīng)旋風(fēng)汽液分離器，將蒸汽分離、冷凝而達(dá)到濃縮目的。薄膜蒸發(fā)器有：升膜式、降膜式、刮膜式、離心式等多種。根據(jù)物料不同而加以選擇。酶的濃縮酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（一）酶的濃縮超濾濃縮

超濾(ultrafiltration)濃縮是在加壓的條件下，將酶溶液通過一層只允許小分子物質(zhì)選擇透過微孔半透膜．而酶等大分子物質(zhì)被截留，從而達(dá)到濃縮的目的。如果采用不同孔徑的膜，同時(shí)又具有分級分離的作用酶的超濾濃縮

酶的濃縮酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（一）酶的濃縮優(yōu)點(diǎn)：不需加熱，更適用于熱敏物濃縮；無相變化、設(shè)備簡單、操作方便；能在廣泛的pH條件下操作等，因此，近年來發(fā)展很快。酶的濃縮酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（一）酶的濃縮膠過濾濃縮：利用葡聚糖凝膠等的吸水特性。將干膠直接加入樣品溶液，吸水膨潤后，再過濾或離心分出濃縮的酶液。酶的濃縮酶的濃縮、干燥與結(jié)晶

工作任務(wù)（一）酶的濃縮聚乙二醇濃縮：

聚乙二醇（polyethyleneglycol），簡稱PEG。利用PEG的吸水特性。將PEG涂于裝有酶溶液的透析