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1、第一节 沉淀法第二节 吸附法第三节 离子交换法第四节 萃取法第五节 膜分离技术第十一章 发酵产物分离原理与技术第一节节 沉淀法沉淀是物理环环境的变变化引起溶质质的溶解度 降低、生成固体凝聚物的现现象。 沉淀措施因产产品性质质不同而不同。 加酸、碱、盐盐、有机溶剂剂、其它物质质。 根据所加入沉淀剂的不同，沉淀法可分为：盐析等电点有机溶剂 考一、等电电点沉淀法 利用两性电电解质质在等电电点的溶解度最低和不同 电电解质质有不同等电电点的特性，将两性电电解质质分 离的方法。 通过过加酸或碱调调pHpI，蛋白质质分子的净电净电 荷 为为零，分子聚集在一起。 注意：pH过过低，容易引起目标标蛋白质变质变
2、性。二、 盐盐析沉淀法1.盐盐与蛋白质质溶解度的关系： (1)盐盐溶：盐盐低时时，S随盐盐增加而增加； (2)盐盐析：盐盐高时时，S随盐盐增加而降低；溶解度与盐浓盐浓 度的关系可用下式表示：logS=KSI S：蛋白质质的溶解度； I：离子强度； ：常数，与蛋白质质种类类有关，与盐盐的种类类无关； KS ：盐盐析常数，与盐盐种类类有关，与温度和pH无关 ；2.机理 蛋白胶体稳定的原因是蛋白质颗粒周围水化膜和电 荷的存在。加入盐，中和表面电荷、破坏水化膜。3.影响盐析的因素 (1)盐种类：影响KS，KS越大，效果越好 (2)盐析剂用量 (3) 温度和pH：影响值而影响S。尤其是影响相 对溶解度
3、(4) 杂质4. 注意事项项 盐盐 因被提取物种类类不同而不同； 杂质杂质 对盐对盐 析有影响； 盐盐析时时的pH pI（？）； 盐盐析产产品还还需进进一步纯纯化（？）；三、有机溶剂剂沉淀法 利用某些物质质在有机溶剂剂中的溶解度不同而使其分 离的方法。 1.原理： 有机溶剂剂能降低溶液的介电电常数，使溶质质分子间间因 引力而凝集；或破坏水膜(降低水活度)而溶解度降 低；或破坏蛋白质质的某种键键，改变变其空间结间结 构而 使疏水基团团暴露而析出。 优优点：溶剂剂易除； 缺点：易使蛋白质变质变 性； 2.影响有机溶剂剂沉淀的因素: 溶剂剂的种类类和数量：丙酮酮乙醇甲醇 沉淀的温度：温度越低沉淀越完
4、全。第二节 吸附法 在发酵工业的下游加工过程中，吸附法 应用于发酵产品的除杂、脱色、有毒物 质和抗生素的提纯精制。一、吸附法的原理 吸附法是利用吸附剂与杂质、色素物质 、有毒物质、产品之间分子引力的差异 ，从而起到分离的作用。二、吸附的目的 将产品吸附浓缩于吸附剂上； 将杂质、色素等需要从发酵液中去除的 物质吸附于吸附剂上。三、吸附法的优缺点 优点： 可不用或少用有机溶剂； 操作简便、安全、设备简单； 生产过程中pH变化小，适用于稳定性较差 的生化物质。 缺点： 吸附法选择性差、收率不高。 无机吸附剂性能不稳定，不能连续操作，劳 动强度大。 炭粉等吸附剂影响环境卫生。 凝胶类吸附剂、大网格聚合
5、物吸附剂四、吸附的类型 物理吸附：吸附剂和吸附物通过分子力(范德华 力)产生的吸附。 化学吸附： 化学吸附是由于吸附剂在吸附物之 间的电子转移，通过化学键作用而产生的，属 于库仑力 范围。 离子交换吸附： 吸附剂表面如为极性分子或离 子所组成则它会吸引溶液中带相反电荷的离子 而形成双电层。这种吸附又称为极性吸附。五、吸附剂的基本要求 吸附剂要求颗粒密度小，表面积大，但 孔隙也不能太多，否则被吸附物质不易 被洗脱。 吸附剂的颗粒大小要均匀。 吸附剂的吸附能力要大，但不能影响洗 脱。六、吸附剂剂的类类型 工业业用吸附剂剂主要有三类类型: 1、疏水或非极性吸附剂剂 适合于从极性溶媒(水)中吸附溶质质
6、。 代表是活性碳，有疏水性。在极性液中，吸 附力：溶质质溶媒，有环环无环环。2、亲水或极性吸附剂适用于从非极性或小极性溶媒中吸附溶质。 代表：硅胶，氧化铝，活性土（铝硅酸）， 有酸性、碱性、中性之分。 碱性物质酸性吸附剂，反之亦然。3、离子交换树脂吸附剂属极性吸附剂，与极性吸附剂不同的是，还具有离子交换的性能。注意：根据提炼的性质选择恰当的类型。活性炭的选择性差。七、 影响吸附过程的因素1、吸附剂剂的性质质吸附剂剂的理化性质对质对 吸附的影响很大。吸附 剂剂的性质质与其原料、合成方法和再生条件有关 。一般要求吸附容量大、吸附速度快和机械强 度好。 吸附剂剂的吸附容量除其它外界条件外，主要与比表
7、 面积积有关。比表面大，空隙度高，吸附容量就越大 。 吸附速度主要与颗颗粒度和孔径分布有关，颗颗粒度越 小，吸附速度就越快，但压压力损损失要增大。孔径适 当，有利于吸附物向空隙中扩扩散。 吸附剂剂的机械强度则则影响其使用寿命。2、吸附物的性质质有下列一些规则规则 可用来预测预测 吸附的相对对量。 能使表面张张力降低的物质质，易为为表面吸附； 溶质质从较较易溶解的溶剂剂中吸附时时，吸附量较较少 。 极性吸附剂剂易吸附极性物质质，非极性吸附剂剂易 吸附非极性物质质。 对对于同系列物质质，吸附量的变变化是有规则规则 的。 如按极性减小的次序排列，次序越在后面的物质质 ，极性越低，因而越易为为非极性吸
8、附剂剂所吸附 而越难为难为 极性吸附剂剂所吸附。3、 溶液pH值值的影响pH值值影响某些化合物的离解度。 4、温度的影响吸附热热越大，则则温度对对吸附的影响越大 。 5、其它组组分的影响当从含有两种以上组组分的溶液中吸附时时 ，根据溶质质的性质质可以互相促进进，干扰扰 或互不干扰扰。一般说说来，对对混合物的吸 附较纯较纯 物质质的吸附为为差。第三节 离子交换法 离子交换作用：是指一 个溶液中的某一种离子 与一个固体中的另一种 具有相同电荷的离子互 相调换位置，即溶液中 的离子跑到固体上去， 把固体上的离子替换下 来。这里溶液称流动相 ，而固体称固定相。 用于蛋白质、氨基酸、 核酸、酶、抗生素的
9、分 离。一、基本原理 离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，它的分子中含有 可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子 或阴离子起交换作用。 交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加 新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，所以可以把离子交换 剂上的原子离子全部洗脱下来，同时溶液中的离子全部被交换 并吸附在树脂上。 如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂上，用洗脱液 洗脱时，其被洗脱的能力则决定于各自洗脱反应的平衡常数。 离子交换过程有两个阶段吸附和解吸附。吸附在离子交换剂 上的物质可以通过改变pH使吸附的物质失去电荷而达到解离但 更多的是通过增加离子强度，使加入的
10、离子与被吸附物质竞争 离子交换剂上的电荷位置，使被吸附物质与离子交换剂解开。 不同物质与离子交换剂之间形成电键数目不同，即亲和力大小 有差异 ，因此只要选择适当的洗脱条件便可将混合物中的组分 逐个洗脱下来，达到分离纯化的目的。二、离子交换换的类类型 按组组分：(有机、无机)离子交换剂换剂 。 按性能：(阳、阴、两性、吸附型、选择选择 型 、氧化还还原型)离子交换剂换剂 。（1）阳离子交换剂换剂 强酸型: (-R-SO3H) 中性: 弱酸性:（2）阴离子交换剂换剂 都含有氨基 强：季胺盐盐-N+(CH3)3; 弱：叔-N(CH3)2,、仲(-NHCH3)、伯(-NH2)。（3）两性离子交换剂换剂
11、 交换剂换剂 本体上同时带时带 有酸性和碱性基团团。三、离子交换树换树 脂的理化性能1、 对对离子交换树换树 脂的一般要求： （1）容量大。（活性基团团/重量）。多含活性基团团；基团团能完全电电离。 （2）良好的可逆性。 （3）适宜的机械强度。 （4）化学稳稳定性。2、离子交换树换树 脂的处处理、再生、转转型、保存 （1）处处理：树树脂浸泡酸处处理碱处处理液水洗 （2）再生：使用过过的树树脂恢复到原状况的方法（往往只 作简单转简单转 型处处理）。 （3）转转型：使树树脂上带带上使用时时希望的离子。 如： Na型：用氢氢氧化钠钠； H型：用盐盐酸处处理； NH4+型：用氨水处处理；（4）保存：中
12、性盐盐保存 阴离子交换树换树 脂，Cl型较较OH稳稳定。 阳离子交换树换树 脂。Na型稳稳定。 3、交换树换树 脂的理化特性（1）颗颗粒度： 颗颗粒小，交换换速度快，压压力损损失较较大。（2）含水量： 一般40-60%。（3）比重： 干真密度：干燥状态态下树树脂材料本身的比重。干真密度树树脂的干燥质质量/减去树树脂内空隙的真体积积 湿真密度：充分膨胀胀后树树脂颗颗粒本身的比重。湿真密度树树脂湿重/树树脂颗颗粒所占体积积 视视密度：指树树脂充分吸水膨胀胀后的堆积积密度。视视密度树树脂湿重/树树脂层层的体积积（4）膨胀胀性：因可交换换离子不同而不同。（5）耐磨损损强度：树树脂在使用过过程中会产产生
13、 磨损损。（6）耐热热性：有一定的耐热热性能，温度过过高 或过过低，对对强度和容量都会有影响。一般：阳离子比阴离子树树脂的耐热热性高，其 中盐盐型比游离型的耐热热性高。（7）交换换容量：指树树脂交换换能力的大小，是衡量树树 脂性能的重要指标标。 两种表示方法： 理论论(全)交换换量：树树脂的特性决定。 工作(操作)交换换量：受操作条件、柱长长度、粒度、离子 性质质、浓浓度、流速、交换换基团团等因素的影响。一般:弱酸（碱） 强酸（碱）树树脂交联联度越小，交换换容量越大四、影响离子交换换速度的主要因素（1）树树脂颗颗粒的大小 颗颗粒越小，单单位体积树积树 脂的表面积积愈大， 有利于离子间间的接触，
14、交换换速度愈快。（2）树树脂的交联联度 在一定条件下，降低树树脂交联联度，能提高 交换换速度。（3）溶液中离子的浓浓度 当溶液中离子的浓浓度在一定范围围内增加时时，能加快 交换换速度，相反亦然。（4）温度 提高温度能使固相或液相的扩扩散系数增大，交换换速 度增加。（5）离子大小 交换换小离子的速度较较快，交换换大离子的速度较较慢。（6）离子价 吸附速度：离子价小的离子 离子价大的离子（7）酸碱的强弱 交换换速度：强酸(碱)性树树脂 弱酸(碱)性树树脂与活性基团团的解离程度有关。（8）树树脂层层装填的松紧紧度 装填疏松有利扩扩散，交换换速度相应应也有所提高。五、离子交换换操作方式1、分批法： 交
15、换换在一容器中进进行。2、固定床法：也称柱过滤过滤 法 交换换在动态动态 下进进行。为为什么分批法不如固定床法好呢？ 用分批法，因为为交换换受到平衡的限制，树树脂 的饱饱和度不高。而固定床法，树树脂的饱饱和度 高（当然同样样存在平衡限制的情况），因为为 液体在流动动的过过程中，平衡状态态因新的溶液 的流入而逐渐渐被打破，使离子交换换速度加快 。第四节节 萃取法 溶剂剂萃取法是20世纪纪40年代兴兴起的一项项 化工分离技术术，它是用一种溶剂剂将产产物 自另一种溶剂剂(如水)中提取出来，达到 浓缩浓缩 和提纯纯的目的。 溶剂剂萃取法比化学沉淀法分离程度高， 比离子交换换法选择选择 性好，传质传质 快，比蒸 馏馏法能耗低且生产产能力大，周期短，便 于连续连续 操作、容易实现实现 自动动化等。 新型的萃取技术 超临界萃取 反胶团萃取 双水相萃取 液膜萃取一、萃取的原理 利用物质在两种成相的溶剂中溶解度的 不同，使所需的目的物质从一种溶剂中 转移到另一种溶剂中，从而达到分离纯 化的目的。 溶剂萃取法是以分配定律为基础的。 在萃取中，被提取的溶液称为料液，其 中欲提取的物质称为溶质。 分配定律：在恒温恒压压的条件下，一种 物质质在两种成相的溶剂剂（A与B，或上相 与下
