【正文】 陽離子聚合物：如聚乙烯亞胺等 可沉淀蛋白，作用方式類似于絮凝劑，兼有一定的鹽析和水化作用 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 發(fā)酵產物分離原理與技術 第一節(jié) 沉淀分離法 第二節(jié) 吸附和樹脂分離法 第三節(jié) 離子交換法和離子交換膜電滲析分離法 第四節(jié) 萃取與浸取分離法 第五節(jié) 膜分離技術 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 第二節(jié) 吸附和樹脂分離法 ? 吸附： 是溶質從液相或氣相轉移到固相的現(xiàn)象。 （ 8）當溶劑量達到 50%時，則通常只有分子量小于 15000的蛋白質仍留在溶液中。 （ 4）一種蛋白質的溶解度通常會由于另一蛋白質的存在而降低。 有機溶劑沉淀法的影響因素 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 有機溶劑沉淀法的優(yōu)缺點 優(yōu)點： 分辨能力較高，一種溶質只在一個比較窄的有機溶劑范圍內沉淀；沉淀無需脫鹽；有機溶劑密度低，與沉淀物密度差大，易進行固液分離；有機溶劑易揮發(fā)，不會在成品中殘留。 ? 不同濃度的有機溶劑可使不同的溶質沉淀，即 分步沉淀法 ，達到分離純化的目的。(■ )檸檬酸三鈉 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 溫度和 pH值的影響 溫度對碳氧血紅蛋白鹽析曲線的影響 pH值對 β的影響 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 三、有機溶劑沉淀法 1. 有機溶劑沉淀法的原理 2. 有機溶劑沉淀法的影響因素 3. 有機溶劑沉淀法的優(yōu)缺點 4. 有機溶劑沉淀法的注意事項 5. 有機溶劑沉淀法舉例 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 有機溶劑沉淀法的原理 ? 許多有機溶劑如丙酮、乙醇、甲醇等能使溶于水的小分子生物物質以及核酸、多糖、蛋白質等生物大分子發(fā)生沉淀作用。(?)MgSO4。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 鹽析法原理 ? 鹽析法分離蛋白質時，可分兩類： 1）在一定的 pH值和溫度下，改變離子強度或鹽濃度的沉淀方法 ——“K”分級鹽析法 2）在一定離子強度下，改變溶液的 pH值及溫度的沉淀方法 ——“?”分級鹽析法 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 鹽析的主要影響因素 ?鹽溶 (salting in)： 許多蛋白在低鹽濃度下發(fā)生鹽溶現(xiàn)象（比在純水中的溶解度大大增加）； ? 高鹽濃度則鹽析，離子強度越大，蛋白質的溶解度越低； ? 鹽析劑種類很多，不同種類的鹽對蛋白溶解度的影響是不同的；離子半徑小且電荷高的離子對鹽析作用的影響較強，離子半徑較大而電荷低的離子影響較弱；不同種類的鹽對溶解度的影響，主要是對 Ks值的影響， Ks值越大，該鹽的鹽析效果越好。 1. 鹽析法的原理 2. 鹽析法的影響因素 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 鹽析法的原理 ? 原理： ①鹽離子與蛋白質分子爭奪水分子，降低了用于溶解蛋白質的有效水量，減弱了蛋白質的水合程度，破壞了蛋白表面的水化膜，導致蛋白質溶解度下降； ②鹽離子電荷的中和作用，使蛋白質溶解度下降； ③鹽離子引起原本在蛋白質分子周圍有序排列的水分子的極化，使水活度降低。 ? 堿性磷酸酯酶的 pI沉淀提取：發(fā)酵液調 性磷酸酯酶的沉淀物，離心收集沉淀物。 ? 沉淀法的分類： 一． 等電點沉淀法 二． 鹽析法 三． 有機溶劑沉淀法 四． 非離子型聚合物沉淀法 五． 聚電解質沉淀法 六． 生成鹽復合物沉淀法 七． 熱變性及酸堿變性沉淀法 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 一、等電點沉淀法 原理： 利用兩性電解質在電中性時溶解度最低； 優(yōu)點： 許多蛋白的等電點都在偏酸范圍內，而許多無機酸的價格低廉，并能為食品標準允許； 缺點： 酸化時易引起蛋白失活。 ? 沉淀法 方法簡單、成本低、使用廣泛 ，一般作為初步分離的手段。工業(yè)生產胰島素 (pI＝ )時，先調 pH至，再調 pH至 (同時加入一定濃度的有機溶劑以提高沉淀效果 )。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 二、鹽析法 ? 蛋白質在高離子強度的溶液中溶解度降低，發(fā)生沉淀的現(xiàn)象稱為 鹽析 。 S0 — 純溶劑（即 I = 0）時蛋白的溶解度； Ks — 鹽析常數，與溫度和 pH無關； I — 離子強度 當溫度一定時， S0對于某一溶質是一常數，即logS0 = ? ?是溶質的特征常數，對于蛋白質而言，其大小主要取決于不同蛋白質的性質，它也與溶液的溫度和 pH值有關，但與鹽的種類無關。 (▼ )KCl。(□ )K2SO4。 ? 對于具有表面水層的生物分子，有機溶劑與水的作用，使這些分子表面水層厚度不斷壓縮，最后使這些分子脫水而相互聚集析出。 5）金屬離子和離子強度 ? Mn 2+、 Fe 2+、 Co 2+、 Cu 2+、 Zn 2+ 等離子能與蛋白質的羧基、氨基和含有氮雜環(huán)的化合物結合； ? Ca 2+、 Ba 2+、 Mg 2+、 Pb 2+能與羧基結合； ? Ag +、 Hg 2+、 Pb 2+ 能與巰基結合形成復合物； ?某些有機化合物能與生物大分子形成難溶復合物 . 這類復合物在水或有機溶劑中的溶解度都大大降低，而不影響蛋白質的生物活性，同時還能降低有機溶劑的用量。 （ 3）蛋白質的分子量越大，產生沉淀所需加入的有機溶劑量越少。 （ 7）接近等電點時，引起沉淀所需加入有機溶劑的量較少。 ? 機制： 可能降低生物大分子水化度，與大分子發(fā)生共沉作用；與生物大分子形成復合物；或通過空間位置排斥，使液體中的微粒被迫聚集而沉淀。 ? 缺點 ： 選擇性差、收率不太高、特別是無機吸附劑性能不穩(wěn)定，不能連續(xù)操作，勞動強度大，有些不環(huán)保。 ? 吸附的分類 ? 影響吸附的因素 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 吸附的分類 a. 物理吸附 吸附劑和吸附物通過分子力 (范德華力 )產生的吸附。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 影響吸附的因素 a. 吸附劑的性質 ：吸附劑的理化性質對吸附的影響很大； b. 吸附物的性質 ； c. 溶液的 pH值 ：影響化合物的解離程度； d. 吸附過程的溫度 ：吸附熱越大，溫度影響越大； e. 其他組分的影響 ：含有兩種或以上的組分的溶液，其他組分會影響吸附效果。 ? 活性炭種類：有酸性、堿性或中性。 ? 氧化鋁選擇性較差。 ? 味精溶液脫色：活性炭 pH為 。）是表示溶液濃度的一種方法。 )( 質為帶負電荷的色素或雜脫色 FM C lNFRMFN C lR ?????N a FNClRClNNFR ????? a再生? 脫色常用的離子交換樹脂：大孔 717強堿性季胺型樹脂及多孔弱堿專 390苯乙烯伯胺型弱堿性陰離子交換樹脂。 B233。 ? 吸附樹脂本身以范德華力從很低濃度的溶液中吸附有機物，而構成它的一個重要方面是各種不同的表面物質。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 吸附樹脂分離維生素 ? 維生素 B12是抗生素生產的副產品，一般用羧酸型離子交換樹脂回收維生素 B12。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 離子交換平衡 ? 離子交換反應是可逆反應，溶液和樹脂中的離子之間濃度差推動他們之間的交換，濃度差越大，交換速率就越快，達到一定程度則形成離子交換平衡狀態(tài)。 ? 舉例： ? 以 Na型樹脂與溶液中 Ca2+進行交換為例，即表示單位時間內，溶液中的 Ca2+濃度減少或 Na+濃度增加量。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 離子交換速率 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 離子交換樹脂的分類 ? 其活性基團一般是磺酸基 (SO3H)。 例如：羧基樹脂交換 pH﹥7 ，酚羥基樹脂交換 pH﹥9 。 另有一些特殊的樹脂，如鰲合樹脂、兩性樹脂、氧化還原樹脂；大孔樹脂 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 離子交換樹脂的主要性能 ① 顆粒與形狀 ② 交聯(lián)度 ③ 膨脹度 ④ 穩(wěn)定性 ⑤ 交換容量 樹脂的顆粒大小，對樹脂交換能力，樹脂層中溶液流動分步均勻程度，溶液通過樹脂層壓力以及交換和反洗時樹脂的流失等都有很大影響。 ? 指一定量樹脂中可交換基團的毫克當量數，是表征樹脂性能的重要指標。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 二、離子交換法提取卡那霉素 ? 提取原則和策略 ? 卡那霉素性質 ? 樹脂類型 ? 溶液 pH ? 操作方式 ? 動態(tài)串聯(lián)方式 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 卡那霉素提取的原則和策略 提取原則： 采用對卡那霉素親和力強的樹脂 ， 進行富集 提取策略： 卡那霉素理化性質：結構 、 pKa值 、 價態(tài) 樹脂篩選：強酸型 、 弱酸型 條件選擇：溶液 pH值 、 卡那霉素濃度 、 操作方式 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 圖 1 卡 A: