【正文】 ering 李先磊 化學化工學院 離子交換速率 ? 離子交換反應在動態(tài)下進行，因此，離子交換的效果除受 離子濃度和選擇系數(shù) 的影響外，還要受離子從溶液中進入樹脂表面和在樹脂內部的擴散過程 的影響，這個影響因素就是 離子交換速率的影響 。這時樹脂和溶液中同時具有兩種離子。 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 第三節(jié) 離子交換法和離子交換膜電滲析分離法 一． 離子交換法原理和離子交換樹脂的結構與分類 二． 離子交換法提取卡那霉素 三． 離子交換膜電滲析法的基本原理和流程 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 一、離子交換法原理和離子交換樹脂的結構與分類 1. 離子交換法的基本原理 2. 離子交換樹脂的結構與分類 3. 離子交換樹脂的主要性能 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 離子交換法的基本原理 ? 離子交換法的基本原理： ① 一定條件下離子交換反應的方向和限度，這就是離子交換平衡 的問題，即 離子交換熱力學 ； ② 離子交換反應的歷程和達到平衡的時間，這就是離子交換速率 的問題，即 離子交換動力學 。實際上證明用大網格聚合物吸附劑提取效果更好。 ? 結構特點：比表面積、孔徑都很大，可以人為調節(jié)。 ? 吸附樹脂的吸附能力不但與吸附劑的化學結構和物理性能有關，而且與溶質和溶液的性質有關。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 四、樹脂法原理和樹脂分類 1. 樹脂法原理 2. 樹脂分類 3. 吸附樹脂分離維生素 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 樹脂法原理 ? 高分子吸附劑是一種利用離子交換樹脂，采用不同方法去掉其上的功能基團，保留多孔骨架，依據(jù)樹脂骨架和溶液分子間的分子吸附（ 并不發(fā)生離子交換 ）原理而設計的一類吸附劑，也叫吸附樹脂。以下。低流速上柱，上柱完畢后用熱水洗至流出液 0 176。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 味精離子交換樹脂脫色工藝 ? 預處理及轉型： 4%氫氧化鈉溶液去雜質，洗至 pH8， 4%鹽酸轉型，無離子水洗至流出溶液 pH7左右，用 5%氯化鈉溶液洗至進出液 pH相同； ? 上柱脫色及水洗：中和液 23 176。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 離子交換樹脂脫色 ? 原理：靠樹脂的多孔隙表面對色素進行吸附作用，樹脂的基團與色素的某些基團形成共價鍵，也有交換作用。把波美比重計浸入所測溶液中，得到的度數(shù)叫波美度。 B233。強化加入硫化鈉溶液。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 三、活性炭和離子交換樹脂吸附脫色 1. 活性炭吸附脫色 2. 離子交換樹脂脫色 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 活性炭吸附脫色 ? 發(fā)酵工業(yè)生產中常用活性炭對發(fā)酵產品進行吸附脫色，例如：味精溶液脫色。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 ④ 、 各種離子交換樹脂吸附劑 ? 各種有機離子交換樹脂也是屬于極性吸附劑，因為是兩性化合物，可以進行離子交換，所以也叫離子交換樹脂。 ? 氧化鋁為常用的親水吸附劑，屬于無機離子交換劑，常用于色層分離；具有離子交換劑的性質。 ? 活性炭 吸附選擇性差 ，不能進行精煉。 ? 活性炭：容易從水溶液中吸附溶質，吸附芳香族化合物能力大。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 吸附劑的種類 ① 吸附劑的要求 ② 疏水性或非極性吸附劑 ③ 親水性或極性吸附劑 ④ 各種離子交換樹脂吸附劑 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 ① 、 吸附劑的要求 ? 吸附劑不能溶于操作的溶液中； ? 吸附劑本身是一種多細孔粉末狀物質，顆粒密度小，表面積大，但孔隙也不要太多，否則溶質不容易被解吸； ? 吸附劑必須顆粒大小均勻； ? 吸附能力大，容易被洗脫。這種吸附又稱為極性吸附。 b. 化學吸附 化學吸附是由于吸附劑與吸附物之間的電子轉移，發(fā)生化學反應而產生的，屬于庫侖力范圍。 ? 一般多孔性固體才能作為吸附劑使用。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 二、吸附原理和吸附劑種類 1. 吸附的原理 2. 吸附劑的種類 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 吸附的原理 ? 固體表面的分子或原子與液體表面分子一樣，處于特殊的狀態(tài)，具有不飽和的剩余力，即存在著表面力，所以他們能夠吸附外界物質，使這些外界物質在吸附劑表面附近形成多分子層或單分子層，從而降低表面能，使自身達到穩(wěn)定狀態(tài)。 一． 吸附法的優(yōu)缺點 二． 吸附原理和吸附劑種類 三． 活性炭和離子交換樹脂吸附脫色 四． 樹脂法原理和樹脂分類 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 一、吸附法的優(yōu)缺點 ? 優(yōu)點 ： ① 可不用或少用有機溶劑； ② 操作簡單、安全、設備簡單； ③ 生產過程中 pH變化小，適用于穩(wěn)定性差的生化物質。 ? 常用 PEG600020220； ? PEG的沉淀效果除與沉淀劑的濃度有關外，還受離子強度、pH和溫度的影響 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 五、聚電解質沉淀法 ? 離子型的多糖化合物： 酸性多糖用的較多，如羧甲基纖維素、海藻酸鹽、果膠酸鹽、卡拉膠等 陰離子聚合物：如聚丙烯酸 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。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學化工學院 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 四、非離子型聚合物沉淀法 ? 聚乙二醇 (PEG)、葡聚糖右旋糖酐硫酸鈉等 ? 沉淀效能高；操作條件溫和，不易引起生物大分子變性；沉淀后易除去；無毒、不可燃；廣泛用于核酸、蛋白等的分離純化。 （ 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。 （ 6）對很多酶，丙酮加量在 20%~50%之間，就能產生沉淀。 （ 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。 （ 2）所選擇的溶劑必須能和水互溶，而和蛋白質不起作用。 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。 ? 蛋白質分子質量越大，產生沉淀所需加入的有機溶劑量越少。 ? 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。 ? 當有機溶劑濃度增大時，水對蛋白等分子表面上荷電基團或親水基團的水化程度降低，或者說溶劑的介電常數(shù)降低，因而靜電吸引力增大，帶電溶質互相吸引而聚集。(■ )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。(● )Na2SO4。(?)MgSO4。 4） pH ? ?值除與蛋白質和溫度有關外，還與 pH有關； ? 鹽析 pH的選擇要以不降低產物的活性為原則；