生物分离

生物分离是生物工程的一个重要组成部分，它是描述回收生物产品分离过程原理和方法的一个术语，指从发酵液或酶反应液或动植物细胞培养液中分离、纯化生物产品的过程。它是生物技术转化为生产力所不可缺少的重要环节，其技术进步程度对于保持和提高各国在生物技术领域内的经济竞争力是至关重要的。一般生物产物的生产过程称为生物加工过程，包括优良生物物种的选育和生物反应(酶反应、微生物发酵、动植物细胞培养等)生产粗原料的过程及其之后的目标产物的分离纯化过程，也称为下游加工过程。生物分离过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等过程。生物分离过程的重要性主要体现在生物产物的特殊性、复杂性和对生物产品要求的严格性上，导致生物分离与纯化过程的成本往往占整个生物加工过程成本的大部分。

生物分离所用的原料称为生物材料。生物材料是指来源于生物中天然的或利用现代生物工程技术以生物为载体合成的，从氨基酸、多肽等低分子化合产到病毒、微生物活体制剂等具有复杂结构和成分的一类物质。它们存在于生物体内直接参与生物机体新陈代谢过程，并能与生物各种机能产生生物活化效应，因此也称为生物活性物质，而在产业中的生物物质的制成品被称为生物产品。其种类有以下几种。
1）动物脏器
以动物组织或器官为原料可制备100多种生物药物及生物制品。动物组织或器官的主要来源是猪，其次是牛、羊、家禽和鱼类等的脏器。
2）血液、分泌物和其他代谢物
血液占体重的6％～10％，血液中水分占80％，干物质占20％。血液资源丰富，可用于生产药品、生化试剂、营养食品、医用化妆晶及饲料添加剂等。以人血为原料生产的制品有人血制剂、免疫球蛋白、血纤溶酶原、人血白蛋白、SOD等。以动物为原料生产的制品有凝血酶、血活素、血红蛋白、血红素、SOD等。
尿液、胆汁、蜂毒等也是重要的生物材料。由尿液可制备尿激酶、激肽释放酶、蛋白抑制剂等。由胆汁可生产胆酸、胆红素等。
3）海洋生物
海洋生物是开发防治常见病、多发病和疑难病的重要生物材料。用于生产生物制品的海洋生物主要有海藻动物、鱼类、软体动物等。
4）植物
药用植物种类繁多，除含有生物碱、强心苷、黄酮、皂苷、挥发油、树脂等有效药理成分外，还含有氨基酸、蛋白质、酶、激素、糖类、脂类等众多生化成分。由植物材料寻找有效生物药物已逐渐引起重视，品种逐年增加，如伴刀豆蛋白、天花粉蛋白、人参多糖等。
5）微生物
微生物种类繁多，资源丰富，其代谢产物有1300多种，应用前景很广。以微生物为资源，除了可生产初级代谢产物，如氨基酸和维生素外，还可用于生产许多次级代谢产物，如在抗菌治疗方面有青霉素和四环素等，在抗癌、抗真菌感染方面有丝裂霉素、灰黄霉素等。生物工程中应用的微生物主要有细菌、放线菌、真菌和酵母菌。
1）生物物质的生理活性大多是在生物体内的温和条件下维持并发挥作用的。当遇到高温、pH的改变以及某些化学药物存在等周围环境的急剧变化时极不稳定，容易发生生物活性的降低甚至丧失。因此，对分离纯化过程的操作条件有严格的限制，就是要满足维持生物物质的生物活性的要求。
2）原料液中常存在降解目标产物的杂质，如可水解目标蛋白质的蛋白酶。因此要求采用快速的分离纯化方法除去影响目标产物稳定性的杂质。
3）原料液中常存在与目标分子在结构、构成成分等理化性质上极其相似的分子及异构体，形成用常法难于分离的混合物。因此，一般要求利用特殊的高效分离技术纯化目标产物。
4）生物产物一般用作医药、食用和化妆品，与人类生命息息相关。因此，要求分离纯化过程必须除去原料液中含有的热原（任何引起发烧的物质)及具有免疫原性的异体蛋白等有害人类健康的物质，并且防止这些物质在操作过程中从外界混入。但是，允许对人体无害的少量杂质的存在。也就是说，要根据目标产物的使用目的，完全除去妨碍其机能发挥的杂质，但不像电子材料和无机材料那样要求非常高的纯度。
5）原料液中目标产物的浓度一般都很低，有时甚至是极微量的。这样就有必要对原料液进行高度浓缩，从而使下游加工过程的成本显著增大。