混合物中各組分的分離是化學科學中的一項重要內容,但某些經典的化學分離方法如蒸餾、熔煉等,對具有特殊生物活性物質的分離是不適合的.許多生物活性物質如蛋白質、酶、核酸等的分離已給經典的化學分離方法帶來了新的課題,并有力地推動了化學分離技術向另一分支—生物分離純化技術發展。
由生物界自然產生的或由微生物菌體發醉、動植物細胞組織培養、醉反應等各種生物工業生產過程獲得的生物原料,經提取、分離、加工并精制目的成分,,zui終使其成為產品的技術,通常稱為生物分離純化技術。生物分離純化技術是生物技術轉化為生產力時所不可缺少的重要環節,它的進步對于保持和提高各國在生物技術領域內的經濟競爭力是至關重要的。為表明其在生物技術中的旅要地位和作用,常稱它為生物技術下游加工過程,也稱為下游技術或下游工程。
隨著生物技術成果的不斷積累和生物技術產業化進程的不斷推進,生物分離純化技術正日益受到普退重視,其研究開發也隨之變得活躍并得到加強。
生物分離純化技術在生物技術中的地位和作用
1986年,《中國生物技術政策綱要》曾將生物技術定義為:以現代生命科學為基礎,結合先進的工程技術手段和其他基礎學科的科學原理,按照預先的設計改造生物體或加工生物原料,為人類生產出所需新產品或達到某種目的。“先進的工程技術手段”指基因工程、酶工程、細胞工程、發醉工程等新技術;“生物體”包括動物、植物、微生物品系,“生物原料”包括生物體的一部分或生物生產出所需新產品”則包括糧食、醫藥、食品、能源、化工原料、金屬及其他材料等;而“某種目的”則包括疾病預防、診斷與治療,環境污染物監測、環境污染治理與控制、環境修復等。生物技術在形成產品過程中,按其技術分類,通常分為上游、中游、下游三個階段。上游主要包括基因貢組、雜交瘤技術和新型菌株(細胞株)構建方面的研究及開發工作,中游主要包括菌株的發醉與細胞的大址培養等方面的研究開發,下游主要包括產物的分離純化和后處理加工工程等方面的研究開發。生物技術上、中、下游的關系如圖1-1所示。
圖1-1生物技術五大工程與下游技術的關系
中、下游是生物技術與化學工程等多學科發展與結合的產物,滲透了生物學、化學、醫藥學、工程學等許多學科領城.上游是墓礎,下游是支撐,實現生物技術產品商品化和產業化,必須上、下游結合,優先發展支撐技術。近十兒年來,我國的生物分離純化技術已經取得了令人鼓舞的發展,某些局部上也有了一定的突破。但長期以來,我國生物技術界存在著“上游靠自己,下游靠引進”的發展思想,對生物技術產品產業化所必需的下游分離純化技術和設備的研究開發重視不夠,生物技術的支撐技術及產業培育、發展不夠,投人也嚴重不足。上、下游的研究開發比例,國外是3=7,而我國是7=3,這是極不協調的,在很大程度上影響和限制了產業化步伐。上游培養菌種水平很高,但下游分離純化技術及設備跟不上,仍無法進行工業化生產。
生物分離純化的目的是從微生物發醉液、酶反應產物、動植物細胞培養物或生物體本身中分離純化對人類有用的、符合質址要求的各種生物產品。生物產品的生產不同于一般的化學產品的生產,生物產品的分離純化具有生物學的特點,因此有其特殊的要求。例如,生物合成的發醉液(或反應液)是很復雜的多相體系,它含有微生物細胞、代謝產物、未用完的培養基等,雜質含足較高,有的還具有非常相似的化學結構及理化性能,有的為生物活性物質,極不穩定,遇熱或遇某些化學試劑極易失活或分解。有的要求無菌操作等,而zui后的產品通常都是要求高純度的.要從復雜的混合體系中獲得高質量并符合使用要求的產品,唯有經過分離純化等下游加工過程。因此,產品的分離純化是生物技術工業化的必需手段,具有不可取代的作用。