生物分离工程沉淀分离法知识分享.ppt

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1、生物分离工程沉淀分离法问题固液分离：第一选择为过滤，过滤技术难处理的发酵液如何处理？第二选择离心分离。离心法与过滤法的比较比较项目浓缩物设备经济适用性处理量应用范围离心法悬浮液或浆体需专用设备成本高小实验室范围过滤法滤饼不需专用设备成本低大实验室工业范围离心分离原理离心力：Stock’sForce(粘滞吃力)：离心沉降速度：分离因子定义Fr：离心力/重力加速度(g)的比值意义：衡量离心设备的离心程度的重要技术参数，用于离心机的分类离心技术分类按分离因子Fr分类1)、常速离心机Fr<3,000g三足沉降式:500-1000g螺旋卸料式：1200-3000g2)、中速离心机，Fr=3,000—5,

2、000g多室离心机：2000-8000g碟片式离心机：3000-10000g3)、高速离心机，Fr=5,000—20,000g多室离心机：2000-8000g碟片式离心机：3000-10000g管式离心机：>8000-15000g4)、超速离心机，Fr=20,000—1,000,000g二、沉淀分离法（一）概述定义——利用某种沉淀剂使目标产物或杂质的溶解度降低而形成无定形固体沉淀的过程与结晶联系在本质上都是新相析出的过程，主要是物理变化，当然也存在化学反应的沉淀或结晶。区别结晶为同类分子或离子以有规则排列形式析出，沉淀为同类分子或离子以无规排列形式析出。2、类型盐析沉淀法有机溶剂沉淀法等电点沉

3、淀法高分子聚合物沉淀法金属离子沉淀法沉淀法操作步骤在经过滤或离心后的样品中加入沉析剂；沉淀物的陈化，促进晶体生长；离心或过滤，收集沉淀物；沉淀分离的目的：（1）通过沉淀使目标成分浓缩和去除杂质；（2）通过沉淀将已经纯化的产物由液态变为固态，便于保存和进一步加工。沉淀法用于分离纯化应该是是有选择性的，即有选择地沉淀杂质或有选择地沉淀所需成分。沉淀法的优点：设备简单、成本低、原材料易得、便于小批量生产，在产物浓度愈高的溶液中沉淀越有利，收率越高；沉淀法的缺点：所得沉淀物可能聚集有多种物质，或含有大量的盐类，或包裹着溶剂，所以沉淀法所得的产品纯度通常都比结晶法低，过滤也较困难。应用沉淀技术分离生化产

4、物的典型例子是蛋白质(酶)的分离提取，无论是实验室规模还是工业生产，沉淀法都得到了普遍应用,工业上利用蛋白质溶解度之间的差异从天然原料如血浆、微生物抽提液、植物浸出液和基因重组菌中分离蛋白质混合物已有50多年的历史了。沉淀法分离蛋白质的特点有：1在生产的前期就可使原料液体积很快地减小10～50倍，,从而简化生产工艺、降低生产费用；2使中间产物保持在一个中性温和的环境；3可及早地将目标蛋白从其与蛋白水解酶混合的溶液中分离出来、避免蛋白质的降解，提高产物稳定性；4用蛋白质沉淀法作为色谱分离的前处理技术，可使色谱分离使用的限制因素降到最低。（二）盐析沉淀法定义——在高浓度中性盐存在下，使目标产物的溶

5、解度降低而产生沉淀的过程2.盐析原理首先需要了解蛋白质的特性：是高分子两性电解质，主要由疏水性不同的氨基酸组成，蛋白质表面由不均匀分布的荷电基团形成荷电区、亲水区和疏水区构成。大部分蛋白质溶于水，是以亲水胶体的形式或大分子溶液存在的。蛋白质溶液的稳定性电荷稳定性：两性电解质，由于静电斥力的作用，分子间相互排斥，形成稳定的分散系空间稳定性：蛋白质周围形成水化膜，保护了蛋白质粒子，避免了相互碰撞，形成稳定的胶体溶液。可以通过降低蛋白质周围的水电层和双电层厚度降低蛋白质的稳定性而使蛋白质沉淀。盐析示意图破坏水化层中和电荷3.盐析过程当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两种情况：（1）“盐溶”现象

6、—低盐浓度下，蛋白质溶解度增大（2）“盐析”现象—高盐浓度下，蛋白质溶解度随之下降，原因如下：A.无机离子与蛋白质表面电荷中和，形成离子对，部分中和了蛋白质的电性，使蛋白质分子之间的排斥力减弱，从而能够相互靠拢；B.中性盐的亲水性大，使蛋白质脱去水化膜，疏水区暴露，由于疏水区的相互作用导致沉淀；离子强度对盐析过程的影响盐析沉淀平衡式（Cohn经验公式）S—蛋白质溶解度，mol/L;I—离子强度c:离子浓度；Z：离子化合价β，Ks—常数β和Ks的物理意义β—截距常数,与盐的种类无关，但与蛋白质的种类、温度和pH值有关。(β=logS0)Ks—盐析常数，与温度、pH值无关，与蛋白质和无机盐的种类有

7、关。经验方程的图示在一定的pH值及温度条件下，改变盐的浓度(即离子强度)达到沉淀的目的，称为“Ks”分级盐析法。（Ks盐析：固定pH，温度，改变盐浓度）2.在一定的离子强度下，改变溶液的pH值及温度，达到沉淀的目的，称为“β”分级盐折法。（β盐析：固定离子浓度，改变pH，温度）由于蛋白质对离子强度的变化非常敏感，易产生共沉淀现象，因此常用于提取液的前处理。一般粗提蛋白时常用第1种方法，进一步分离纯