【原创精品】现代分离技术教案.doc

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1、第一讲 绪论2学时、通过本章学习应该掌握的内容1、何谓分离技术 2、分离技术的分类与特点3、现代分离技术与食品工业4、食品分离过程的特点及其方法5、食品分离技术的评价及其发展趋向1.1何谓分离技术 分离过程就是通过一定的手段，将混合物分成互不相同的几种产品的操作过程，它包括提取和除杂两个部分。分离过程运用的手段可以是物理的，化学的，或者是物理和化学手段的互相结合。1.2分离技术的分类与特点 目前工业上分离技术的形式多种多样，常见的有二三十种。随着放大技术和工业规模的扩大，将会有更多的分离技术从实验室规模扩大到工业化生产方面来。1.2.1所有的分离技术，都可分为机械分离和传质分离两大类。机械分离

2、：处理两相或两相以上的混合物，其目的是简单地将各相加以分离，过程中间不涉及传质过程。例如过滤、沉降、离心分离、旋风分离等。这些过程有相当部分已经成为食品工程中常规的单元操作，不是本课要讨论的内容。 传质分离：分离过程中间有传质现象发生，传质分离技术处理的物料可以是均相体系，亦可以是非均相体系，但更多的是均相体系。传质分离过程包括平衡分离过程和速率控制分离过程。平衡分离过程是指借助于分离媒介（热能、溶剂、吸附剂），使均相混合物系统变成两相系统，再以各组分在媒介中的不同分配系数为依据而实现分离的过程。速率控制分离过程则主要是根据混合物中各个组分扩散速度的差异来实现分离的过程，分离过程所处理的原料产

3、品通常属于同一相态，仅仅是组成上存在差异，利用浓度差、压力差以及温度差等作为分离推动力。表1-1 分离过程分类举例过程名称原料分离剂产品分离原理实例平衡分离过程蒸发液体热液体+蒸汽蒸汽压差异果汁浓缩蒸馏液体热液体+蒸汽蒸汽压差异石油馏分分离离子交换液体固体树脂液体+固体树脂质量作用定律硬水软化凝胶过滤液体固体凝胶液体+固体凝胶分子大小的差异蛋白质分离干燥含湿固体热固体+蒸汽水分蒸发食物脱水速率控制分离过程热扩散气体或液体温度梯度气体或液体不同的热扩散速率同位素分离电渗析液体电场，离子交换膜液体不同的电荷离子对膜的选择性渗透含盐水脱盐电泳液体（含胶体）电场液体胶体在电场下的迁移速率差异蛋白质和酶

4、的分离反渗透液体压力梯度和膜两种液体渗透压海水脱盐、果汁浓缩超滤液体（含高分子物质或胶体）压力梯度和膜两种液体不同大小的分子对膜的透过率差异废水处理、蛋白质浓缩1.2.2 按分离技术的应用规模来分类，则又可将分离技术分为：分离技术实验室规模工业应用规模 分析分离制备分离 1.2.3 如果按分离性质分类则有: 物理分离法：以被分离对象在物理性质方面的差异作为分离依据，采用有效的物理手段进行分离，包括热扩散法、梯度磁性分离法以及过滤、沉淀、离心分离等各种机械分离法。化学分离法：依据被分离对象在化学性质方面的差异，采用有效的化学手段进行分离的技术，如沉淀分离法、溶剂萃取法、离子交换法等。物理化学分离

5、法：被分离对象中，有时存在着不止一个特性方面的差异，包括在物理和化学方面的差异，据此可以采用物理手段与化学手段相结合的技术进行分离。 一般来说，被分离组分之间的性质差别越大越多，分离的手段越多，分离越容易，分离得到的结果越精细，产品越好。1.3分离技术与食品工业1.3.1 食品分离技术是食品工业的基础。绝大多数食品工业都离不开食品分离技术，其中不少食品行业都是以分离过程为主要生产工序。例如油料生产要从油料种子中将植物油分离出来；淀粉生产从小麦籽粒等中将淀粉分离出来；速溶咖啡、速溶茶的生产需要从咖啡和茶原料中提取出水溶性成分并去除对产品品质不利的其他成分。这些行业，离开了分离技术，生产根本无法进

6、行；分离水平不高，产品的质量也提高不了。1.3.2 食品分离技术能提高食品原料的综合利用程度。在食品加工过程中，运用分离技术就可以有效利用食品原料中的各种成分，提高原料的综合利用程度，就提高了食品原料的利用价值。过去采用压榨法分离植物油，由于原料要经过热处理，其中的蛋白质因为受热而变性，只能用作饲料，大大降低了其利用价值；若采用低温脱溶的萃取法或水溶法分离，则能保持原料中蛋白质不变性，可以有效地加以分离和利用。采用有效的分离方法，可以从茶叶下脚料中分理出茶多酚、儿茶素单体、咖啡碱、茶碱、可可碱等组成成分，使原料利用率大为增值。1.3.3 分离技术能保持和改进食品的营养和风味。食品加工过程中，经

7、常运用到热处理，如果没有良好的分离技术，食品不但保持不了原有的色、香、味等风味，而且还会使营养受到不应有的破坏。采用现代分离技术可以将一些需在高温下完成的工艺改为在常温下进行，这样就可以大大地改善食品的色、香、味及营养。例如采用膜分离技术代替常规的蒸发浓缩和真空浓缩来浓缩咖啡、果汁、茶汁等；用超滤法提取植物蛋白酶和大豆蛋白质，可以最大限度地保存生物大分子的生物活性，提高制品的质量；茶饮料在存放一定时期后会产生浑浊沉淀现象，原因在于茶多酚与其它成分结合成大分子络合物，而茶多酚又是茶的品质成分。因此，必须采取恰当的分离手段，把导致沉淀的成分去除，同时要能够保留茶多酚这种风味成分。1.3.4 分离技

8、术使产品符合食品卫生的要求。食品分离技术包括提取原料中的有益组分和去除其中的有害成分。去除原料的有害成分，可以使最终产品符合卫生法规，提高和改善原料的利用价值。例如棉籽中含有棉酚这种有害物质，在加工棉籽油和提取棉籽蛋白过程中必须把棉酚分离去除。再如油菜籽中含有芥子苷，具有毒性，在加工菜油或提取菜籽蛋白时也必须将其去除。1.3.5 分离技术现代能改变食品行业的生产面貌。过去利用盐田法制盐，一个较古老的方法是在盐田里利用太阳能将海水浓缩，然后结晶制取食盐。改进的生产工艺是将盐田里经过初步浓缩得到的卤水，再经过多效真空浓缩、结晶制取食盐。 1.4分离过程的特点及其方法1.4.1分离过程的特点 分离技

9、术的分离对象种类繁多，结构复杂。 产品质量与分离过程关系密切。 食用安全性要求高。 食品在分离过程中易腐烂变质。1.4.2 分离技术方法的确定 查找待分离组分的基础性研究资料，包括待分离组分的相对分子质量、化学结构、理化性质以及生物活性等。 选择和确立对该组分进行定性、定量测定的方法，目的在于能对分离效率有一个有效的评价。 了解原料的特性以及待分离组分的存在和含量情况。 确定选用分离技术并对分离条件进行实验选择。 对分离效果进行评价。 中间试验和工业生产应用的放大设计。1.5食品分离技术的发展趋向1.6本章作业1、现代分离技术在生物技术中的地位？2、现代分离技术的特点是什么？3、现代分离技术可

10、分为几大部分，分别包括哪些单元操作？4、在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？第二讲沉淀分离技术2学时、通过本章学习应掌握的内容1、什么是沉析？2、沉析法纯化蛋白质的优点有哪些？3、沉析的一般操作步骤是什么？4、何谓盐析？其原理是什么？5、盐析操作时常用的盐是什么？6、影响盐析的主要因素有哪些？7、有机溶剂沉析法的原理是什么？8、影响有机溶剂沉析的主要因素有哪些？9、等电点沉析的工作原理是什么？10、其它常用的沉析方法有哪些？2.1沉淀分离的目的及其方法沉淀分离技术是经典的化学分离技术。沉淀的概念是指溶液中的介质在适当条件下由液相变成固相而析出的过程

11、。沉淀技术的目的包括两个：通过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质的目的。当目标成分是以固相形式回收时，固液分离可除去留在溶液中的非必要成分；如果目标成分是以液相形式回收时，固液分离可使不必要的成分以沉淀形式去除。通过沉淀可使已纯化的产品由液态变成固态，有利于保存和进一步的加工处理。沉淀分离技术通常包括下列各种沉淀方法：无机沉淀剂沉淀分离法：通常是以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法，如盐析法，多用于各种蛋白质和酶类的分离纯化，以及某些金属离子的去除。常用的沉淀剂有：硫酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化纳等。 有机沉淀剂沉淀分离法：以有机溶剂作为沉淀剂的一种沉淀分离方法，多用于生物小分子、多糖及核酸类产品的分离

12、；有时也用于蛋白质的沉淀和金属离子的去除；用于酶的沉淀分离时，易导致酶的失活。常用到的沉淀剂有：丙酮、乙醇、甲醇等。非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法：采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀剂，适用于生物大分子的沉淀分离，如酶、核酸、蛋白质、病毒、细菌等。典型的非离子型多聚体是聚乙二醇（PEG），根据其相对分子量的大小，有PEG600、PEG4000、PEG20000等型号。等电点沉淀法：主要是利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋白质及其它属于两性电解质组分的沉淀分离，如大豆蛋白“碱提酸沉”的提取方法。共沉淀分离法：又可称为生物盐复合物沉淀法，用于多种化合物特别

13、是一些小分子物质的沉淀。它是利用沉淀的同时对其它待分离成份吸附共沉淀而达到除杂的目的。变性沉淀分离法：又称为选择性变性沉淀法，是利用特定条件使目标成分变性，导致其性质的改变如溶解度下降而得以分离。适用于一些变性条件下差异较大的蛋白质和酶类的分离纯化。采取的变性条件有pH值、温度的改变以及添加剂、利用酶的作用等，腐竹的生产是利用大豆蛋白的热变性而进行分离的一个例子。2.2沉析的特点操作简单、经济、浓缩倍数高，但针对复杂体系而言，分离度不高、选择性不强。2.3沉析操作的一般过程1、在经过滤或离心后的样品中加入沉析剂；2、沉淀物的陈化，促进晶体生长；3、离心或过滤，收集沉淀物；2.4无机沉淀剂沉淀分

14、离法 一些金属离子的各种盐类形式，如硫酸盐、碳酸盐、草酸盐等，其溶解度都很小。所以，当添加适当的无机沉淀剂形成上述各种化合物时，便会形成沉淀，使金属离子得以分离；另外，大部分蛋白质等生物大分子都可以通过在溶液中加入中性盐而沉淀析出，这一过程称为“盐析”。这节重点介绍盐析法。2.4.1 盐析法盐析分离法应用最早和最广泛的是在蛋白质和酶类的分离工作中，用盐析法分离蛋白质已有80多年的历史。由于其它分离技术的出现，盐析法在选择性方面显得有些不足，但是在粗提纯阶段，盐析法至今仍普遍得到应用。2.4.1. 1盐析原理首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在状态：（1）两性电解质，由于静电力的作用，分子间相

15、互排斥，形成稳定的分散系（2）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2.4.1.2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”现象在低盐浓度下，蛋白质和酶类的溶解度随着随着盐的浓度提高而增大，这个过程称为盐溶。这主要是中性盐离子对蛋白质分子表面活性基团及水活度的影响：（a）无机盐离子在蛋白质表面上吸附，使颗粒带相同电荷而互相排斥。（b）无机盐离子增加了蛋白质的亲水性，改善了与水膜的结合，增加了蛋白质分子与溶剂分子相互的作用力，使蛋白质的溶解度增加。（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

16、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； 在盐析过程中，蛋白质的溶解度与溶液中盐的离子强度之间的关系可用Cohn表达式表示：lg(S/S0) = - KsI或 lgS = lgS0 - KsI式中：S0-蛋白质在纯水中（I=0）的溶解度； S-蛋白质在离子强度为I的溶液中的溶解度；Ks-盐析常数；I -离子强度。其中离子强度I=1/2Mz2, M表示溶液中各种离子的物质的量浓度，z为各种离子的价数。当温度一定时，对于某一溶质来说，其S0也是一常数，即lgS0 = （截距常

17、数），所以有lgS =- KsI。值的大小取决于溶质的性质，与温度和pH值有关。Ks 取决于盐的性质，并且与离子的价数、平均半径有关。一般来说，溶质的Ks值越大，盐析的效果越好；同一溶液中，两种溶质的Ks值相差越大，则盐析的选择性就越好。表2-1列举了一些蛋白质用不同的盐类进行盐析时的Ks值。一般来说，高价阴离子如硫酸根、磷酸根等有较高的Ks值，而高价阳离子如镁离子、钙离子等，则会有较低的Ks值。至于蛋白质的性质与Ks值之间的关系，目前还没有明显的规律可寻，也没有适当的理论加以详述。2.4.1.3盐析分离中盐的选择 在蛋白质的盐析中，以硫酸铵、硫酸钠应用最广。虽然磷酸盐的盐析效果比硫酸铵好，但

18、硫酸铵的最大优点是温度系数小，温度的变化引起溶液性质的改变不大，且其溶解度大，应用于许多蛋白质和酶的盐析时，对蛋白质和酶变性的影响较小，并且硫酸铵价格低廉。硫酸铵用于蛋白质盐析时，最大的缺点是除了缓冲能力较小外，还由于含氮，影响蛋白质的定量分析，尤其是采用凯氏定氮法和双缩脲法进行测定时。硫酸钠由于不含氮，因此不影响蛋白质的定量测定，但其缺点是在30以下溶解度太低，需在30以上操作效果才好，不利于保持酶的活性。磷酸盐、柠檬酸钠等也用于蛋白质的盐析，但由于溶解度低，或容易与其它金属离子产生沉淀，或因酸性过强，都不如硫酸铵的应用那样广泛。2.4.1.4离子强度对盐析过程的影响Cohn经验公式S蛋白质

19、溶解度，mol/L;I离子强度 c:离子浓度；Z：离子化合价盐浓度为0时，蛋白质溶解度的对数值。与蛋白质种类、温度、pH值有关，与盐无关；Ks盐析常数，与蛋白质和无机盐的种类有关，与温度、pH值无关。Ks盐析法：在一定pH和温度下，改变体系离子强度进行盐析的方法；盐析法：在一定离子强度下，改变pH和温度进行盐析；其中，Ks盐析法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。而盐析法由于溶质溶解度变化缓慢，且变化幅度小，因此分辨率更高，常用于初步的纯化。2.4.1.5盐析用盐的选择在相同离子强度下，盐的种类对蛋白质溶解度的影响有一定差异，一般的规律为：半径小的高

20、价离子的盐析作用较强，半径大的低价离子作用较弱（Ks）磷酸钾硫酸钠硫酸铵柠檬酸钠硫酸镁选用盐析用盐的几点考虑：（1）盐析作用要强（2）盐析用盐需有较大的溶解度（3）盐析用盐必须是惰性的（4）来源丰富、经济2.4.1.6常用的盐析用盐#硫酸铵：溶解度大（767g/L）硫酸钠磷酸盐柠檬酸盐2.4.1.7影响盐析的因素（1）溶质种类的影响：Ks和值（2）溶质浓度的影响：蛋白质浓度大，盐的用量小，但共沉作用明显，分辨率低；蛋白质浓度小，盐的用量大，分辨率高；（4）pH值：影响蛋白质表面净电荷的数量，通常调整体系pH值，使其在pI附近；（5）盐析温度：大多数情况下，高盐浓度下，温度升高，其溶解度反而下降

21、；蛋白质浓度的影响 对溶液中各种蛋白质进行分步分离时，各种蛋白质浓度不同，硫酸铵的用量差别也较大。蛋白质浓度高时，盐的用量减少。但如果各种蛋白质的Ks值比较接近，则会发生比较严重的共沉作用，使盐析分离的选择性下降。蛋白质浓度过低时，盐的用量增大，但共沉作用较小，选择性较好。溶液中的蛋白质浓度为2.5%-3.0%时进行盐析，效果比较好。离子强度和离子类型的影响 对于同一类的蛋白质，随着溶液中离子的强度由低而高的变化，蛋白质也随之发生由盐溶而至盐析的变化过程。对于不同类型的蛋白质，盐析时所要求的离子强度各有不同。用盐析法分离多种蛋白质时，总是采用低的离子强度分离出一种蛋白质，然后再逐渐增加离子强度

22、，分离出第二种、第三种乃至更多种蛋白质，这就是分步盐析法。运用此法时，各种蛋白质的Ks值差别越大，效果越好。不同离子类型对盐析效果的影响 通常认为离子半径小、带较高电荷的离子盐析效果较好；离子半径大，带低电荷的离子盐析效果差。如单价盐KCl、NaCl的盐析效果就较差。不同离子的这种差异，常用其对应于蛋白质的盐析常数Ks值的差别来表示，Ks值越大，盐析效果越好。各种盐类的Ks差别可用下列顺序表示：磷酸钾硫酸钠硫酸铵柠檬酸钠硫酸镁。pH值对盐析效果的影响 属于两性电解质的分子，如蛋白质、酶及氨基酸等，其溶解度与所带的电荷有关。当其分子所带的正负电荷为零时，分子处于等电状态，此时溶液的pH值即为该分

23、子的等电点。处于等电点的两性分子，溶解度最小；偏离等电点的两性分子，溶解度较大。因此在盐析时，一般选择在两性分子的等电点处的pH值下进行，以获得最佳的盐析效果。温度的影响 在低离子强度下，蛋白质的溶解度随着温度的升高而增大；在高离子强度下，则随着温度的升高而下降。对于蛋白质来说，盐析对温度的要求不是很严格，通常是在常温下进行操作。但是对于酶类，由于其大部分对温度都比较敏感，因此对于酶类盐析时应在较低温度下操作，以最大限度地保持酶的活性。2.4.1.8盐析后的脱盐处理常用的脱盐处理有：透析法、电渗析法和葡聚糖凝胶过滤法。这里简单介绍一下透析技术。广义地说，透析也是一种膜分离技术。用于透析的膜是一

24、种半透膜，即具有让小分子和水扩散而不断地通过，直到膜内外浓度达到平衡；而大分子则不能透过膜而被截留在膜内侧的一种膜。生物的细胞膜、羊皮纸、火棉胶、玻璃纸以及赛璐玢等即属于半透膜。用于透析的膜，必须具有如下特点：只允许小分子溶质和溶剂通过，大分子不能通过；具有化学惰性，与溶质不起化学作用，在水、盐、稀酸、碱中不溶解；有一定的机械强度和良好的再生性能。透析的方法比较简单。实验室少量样品可放入做成的透析袋内，并留出一般左右的体积，然后扎紧袋口，悬挂于盛有纯净溶剂的大容器内，即可透析。透析过程中通过搅拌和不断更新新鲜溶剂，可大大提高透析效果。2.1.5硫酸铵饱和度的调整方法硫酸铵使用前的预处理用一般生

25、化工业制备的硫酸铵即可，如果待盐析的蛋白质和酶的活性中心含巯基，如菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶等属于巯基蛋白酶类的制品，则需预处理，去除硫酸铵中的重金属离子，以消除其对酶活性的影响。方法是将硫酸铵配成浓溶液，然后通入H2S 气体至饱和。放置过夜后用滤纸滤除重金属沉淀物，滤液在瓷蒸发器中浓缩结晶，再在100下干燥即可使用。硫酸铵饱和度的调整 当盐析要求饱和度高而又不宜增大溶液的体积时，可直接加入硫酸铵的固体盐，不同的饱和度应加入的硫酸铵用量可查阅相关的分析手册。当盐析要求的饱和度不高，又必须防止局部浓度过高时，通常是采用加入饱和硫酸铵溶液法。盐析时要求的饱和度以及所需加入饱和硫酸铵溶液体积的计算如下：

26、V=V0(S2-S1)/(1-S2)式中：V-需加入饱和硫酸铵溶液的体积；V0-待盐析溶液的体积；S1-原来溶液的硫酸铵饱和度（第一次盐析时通常为0）；S2-需达到的硫酸铵饱和度。25oC时，硫酸铵的饱和溶解度是767g/L，定义为100%饱和度2.1.3影响盐析效果的因素2.3有机沉淀剂沉淀分离法2.3.1概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。2.3.2原理：（1）降低了溶质的介电常数，使溶质之间的静电引力增加，从而出现聚集现象，导致沉淀。（2）由于有机溶剂的水合作用，降低了自由水的浓度，降低了亲水溶质表面水化层的厚度，降低了亲水性，导致脱水凝聚

27、。2.3.3常用的有机溶剂沉析剂沉淀金属离子的有机沉淀剂：主要包括生成螯合物的有机沉淀剂、生成离子缔合物的有机沉淀剂以及生成三元络合物的有机沉淀剂。沉淀有机成分的有机沉淀剂：可以沉淀水溶液中氨基酸、蛋白质、酶、核酸、多糖、果胶以及其它生化小分子的沉淀剂包括：乙醇、甲醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、异丙醇等，其中最常用的是乙醇和丙酮。V=V0(S2-S1)/(1-S2)式中：V-需加入有机沉淀剂的体积；V0-原溶液的体积；S1-原溶液中有机沉淀剂的浓度；S2-需达到的有机沉淀剂浓度。乙醇：沉析作用强，挥发性适中，无毒常用于蛋白质、核酸、多糖等生物大分子的沉析；丙酮：沉析作用更强，用量省

28、，但毒性大，应用范围不广；特点：介电常数小，60%乙醇的介电常数是48丙酮的介电常数是22容易获取2.3.4有机溶剂沉析的特点（1）分辨率高；即一定浓度的有机沉淀剂只沉淀分离某一种或某一类溶质组分。（2）溶剂容易分离，并可回收使用；（3）产品洁净；沉淀后所得产品不需脱盐，残留的沉淀剂通过挥发而易于去除。（4）有机沉淀剂的缺点是容易使蛋白质等某些具有生物活性的生物大分子失活；（5）应注意在低温下操作；（6）成本高2.3.5溶剂选择（1）介电常数要小（2）致变性作用要小（甲醇）（3）毒性要小、挥发性适中（4）水溶性要好2.3.6影响有机溶剂沉淀效果的因素金属离子的助沉析作用：Zn2+、Ca2+当溶

29、液中有一些金属离子存在时，能降低大分子溶质的溶解度，同时不影响目标成分的生物活性，可使有机溶剂的用量减少，这在工业上有实用价值，如Zn2+、Ca2+、在一定的pH值条件下能与呈阴离子状态的蛋白质形成复合物，这种复合物在水和有机溶剂中的溶解度明显降低。盐浓度的影响溶液中盐的浓度太大或太小，对沉淀都有不良影响。沉淀蛋白质和多糖时，有机溶剂中盐的浓度以不超过5%为宜。样品浓度：0.52%稀：溶剂用量大，回收率低，但共沉淀作用小浓：节省溶剂用量，共沉作用强，分辨率低溶质相对分子质量与有机溶剂用量的影响一般来说，待分离组分的相对分子质量越小，有机溶剂的用量越多。不同浓度的有机溶剂能使溶质中不同的组分先后

30、沉淀，因而能起到分步沉淀的效果。 温度的影响在有机溶剂存在时，蛋白质的溶解度随着温度的降低而降低。一些具有生物活性的生化成分，如蛋白质、酶、核酸等，对温度变化较为敏感。温度升高时，容易发生变性。因此为了尽可能地保存制品的生物活性，应尽量采用低温操作。低温对于提高沉淀效果也比较有利。总之，低温有利于防止溶质变性；有利于提高收率（溶解度下降）；pH值的影响像酶、蛋白质、氨基酸等大多属于两性电解质物质，因此选择其等电点处的pH值，可最大限度地进行沉淀。在一定的有机溶剂浓度下，改变pH值，就可以进行有选择的分段沉淀，用以分离不同的组分。搅拌速度：散热（6）离子强度：离子强度低有利于沉析，0.010.0

31、5mol/L2.4等电点沉淀分离法2.4.1等电点沉淀分离的基本原理等电点沉淀分离法主要是利用两性电解质分子在电中性时溶解度最低，不同的两性电解质具有不同的等电点而进行分离的一种方法。蛋白质是多价的两性电解质，通常在偏酸性溶液中带正电，在偏碱性溶液中带负电，在其等电点处的静电荷为零，因而容易相互聚集成为较大的颗粒而沉淀。蛋白质是两性电解质，当溶液pH值处于等电点时，分子表面净电荷为0，双电层和水化膜结构被破坏，由于分子间引力，形成蛋白质聚集体，进而产生沉淀。大豆蛋白的“碱提酸沉”法就是利用该原理，其工艺流程为：豆粕原料 一二次碱提粗滤酸沉打浆回调改性喷粉成品 废渣2.4.3特点：由于在等电点附

32、近，溶质仍然有一定的溶解度，等电点沉淀法往往不能获得高的回收率，因此等电点沉淀法通常与盐析、有机溶剂沉淀法联合使用操作时的注意事项：（1）由于无机离子的影响，蛋白质的等电点通常会发生“漂移”，阳-高，阴-低（2）溶质的稳定性（3）盐析效应2.5其它沉淀法水溶性非离子型聚合物沉淀剂PEG（聚乙二醇）、NPEO（壬苯乙烯化氧）、葡聚糖、右旋糖苷硫酸酯常用的此类沉淀剂是PEG，相对分子量一般为6000；成盐类复合物沉析剂金属复合盐：与生物分子的酸性基团作用，Cu2、Ag、Zn2有机酸复合盐：与生物分子的碱性基团作用无机复合盐：磷钨酸盐、磷钼酸盐离子型表面活性剂CTAB（十六烷基三甲基季铵盐溴化物）、

33、十二烷基磺酸钠（SDS）离子型多聚物沉析剂核酸（多聚阴离子）、鱼精蛋白（多聚阳离子）氨基酸类沉析剂一类选择性沉淀剂。如组氨酸氯化汞，精氨酸苯甲醛，亮氨酸邻二甲基苯磺酸等分离核酸用沉析剂酚、氯仿、SDS分离粘多糖用沉析剂乙醇、CTAB2.6本章作业（1）常用的蛋白质沉淀方法有哪些？（2）影响盐析的主要因素有哪些？（3）何谓中性盐的饱和度？盐析操作中，中性盐的用量（40% 硫酸铵饱和度）如何计算？第三讲 萃取6学时、通过本章学习因掌握以下内容：1、什么是萃取过程？2、萃取平衡的条件？3、液液萃取的分类？4、常见物理萃取体系由那些构成要素？5、何谓萃取的分配系数？其影响因素有哪些？6、掌握多级萃取萃

34、取级数的计算方法。7、萃取设备的选择方法8、何谓超临界流体萃取？其特点有哪些？9、何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？10、反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理11、反应萃取的基本原理3.1萃取过程利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，从而达到分离的目的物理萃取、化学萃取3.2物理萃取利用溶剂对需分离组分有较高的溶解能力，分离过程纯属物理过程溶质：被萃取的物质原溶剂：原先溶解溶质的溶剂萃取剂：加入的第三组分萃取剂选择原则：使溶质在萃取相中有最大的溶解度分配系数：衡量萃取体系是否合理的重要参数- X/Y萃取分离的基本方程由物化理论可知：萃取操作达到平衡时，溶质在

35、轻相和重相中的化学势相等。即 由上式可知，分配系数的对数值与标准状态下的化学势的差值有关因此，要提高溶质的分配系数，必须提高标准状态下，其在重相与轻相的化学势之差。可以采取的方法有：（a）改变溶剂（b）改变溶质的特性生成有用离子对可溶于萃取剂的离子对将强酸弱碱盐或强碱弱酸盐生成弱酸弱碱盐通过改变原溶剂中的pH值，改变溶质的解离单级萃取：使含溶质的溶液（h）和萃取剂（L）解出混合，静止后分成两层。多级萃取：是工业生产最常用的萃取流程分离效率高产品回收率高溶剂用量少常用的萃取设备混合沉降器旋转圆筒萃取塔离心萃取器填充塔喷雾塔旋转圆盘塔3.2超临界流体萃取（Supercritical Fluid E

36、xtraction， SFE）的基本概念超临界萃取是以超临界流体作为萃取剂，在临界温度和临界压力附近的条件状态下，从液体或固体物料中萃取出待分离的组分1、超临界流体：是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的流体。物质的临界状态是指气态和液态共存的一种边缘状态，在此状态中，液态的密度与其饱和蒸气的密度相同，因此界面消失。这样的状态只有在临界温度和临界压力下才能实现。超临界流体的特点：（a）密度接近液体萃取能力强（b）粘度接近气体传质性能好如果气体处于临界温度之上，无论施加多大的压力，都不能将其液化。对于稍为超过其临界点即在临界点附近的超临界流体，操作温度或压力的微小变化，都会引起流体密度

37、的很大变化，同时会引起其溶解能力的变化。2、超临界流体萃取的特征（1）超临界流体的溶解能力随着其密度的增大而提高，因此，通过改变超临界流体的密度，可以将待分离的成分萃取和分离。因此，利用超临界流体的此种特性，在高密度条件（低温、高压）下，与待分离的物料接触，萃取出目的产物，然后通过提高温度或降低压力的方法，在低密度条件下将萃取出来的成分与萃取剂分离，从而实现整个分离过程。（2）在接近临界点只要温度和压力有微小的变化，超临界流体的密度和溶解度都会有较大的变化。改变超临界流体密度的方法有二种：a.采用固定温度、改变压力；b.采用固定压力，改变温度。（3）萃取过程完成后，超临界流体由于状态的改变，很

38、容易从分离成分中脱除，不给产品和原料造成污染，因此尤其适用于食品和医药等行业。（4）超临界流体萃取技术中所选用的萃取剂，其临界温度不过高也不过低，并且化学性质稳定，具有无腐蚀性，因此特别适用于热敏性或易氧化的成分，如食品的香气成分、生理活性成分以及酶和蛋白质等成分的提取和提纯。（5）超临界流体萃取技术属于高压技术，需要相应的高压设备。3、超临界流体的选择提高超临界流体选择性的基本原则有两条：（1）工艺中的操作温度与超临界流体的临界温度接近；（2）超临界流体的化学性质与待萃取成分的化学性质相似。对于超临界流体的具体要求如下：作为超临界流体的萃取剂，应该是化学性质稳定，无毒性和无腐蚀性，不易燃和不

39、易爆。超临界流体的操作温度应接近于常温，以节约能源，并使操作温度低于待分离成分的分解温度。超临界流体的操作压力应尽可能的低，以降低压缩机的动力消耗。对于待分离成分要有较高的选择性和较高的溶解度。来源广泛，价格便宜。常用萃取剂：（1）极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）（2）非极性萃取剂：二氧化碳（易）4、超临界二氧化碳萃取临界点： T：304.1 P：73.8 bar优点： 缺点：临界条件温和 设备投资大产品分离简单无毒、无害不燃无腐蚀性价格便宜超临界CO2萃取流程图3.3超临界流体萃取的工艺流程及在食品工业中的应用3.3.1超临界流体萃取的典型流程1、等温变压法萃取剂经压缩达到了最大溶解能力的状

40、态点（即超临界状态）后加入到萃取器中与物料接触进行萃取。当萃取了溶质的超临界流体通过膨胀阀进入分离槽后，压力下降，超临界流体的密度也下降，对其中溶质的溶解度也下降。溶质于是析出并在槽底部收集取出。释放了溶质后的萃取剂经压缩机升温加压后再送回萃取槽中循环使用。此种反复法师超临界流体萃取中应用最方便的一种，过程中只需补充适量的萃取剂，就可以不断循环。由于过程中的压力变化不大，所以需要的能量输入也不大。2、等压变温法萃取了溶质的超临界流体经加热器升温后在分离槽析出溶质。作为萃取剂的气体经冷却器等降温升压后送回萃取槽循环使用。此种流程中，由于温度升高会使溶质的蒸气压也提高，其溶解度也会提高，往往会抵消

41、了升温导致超临界流体的分离效果，因而比较复杂一些。3、吸附法此种流程是将萃取了溶质的超临界流体，再通过一种吸附分离器，这种吸附分离器中装有只吸附溶质而不吸附萃取剂的吸附剂。当萃取了溶质的超临界流体通过这种吸附分离器后，溶质便与萃取剂即超临界流体分离，萃取剂经压缩后循环使用。3.3.2超临界流体萃取技术在食品工业中的应用（1）植物油的提取植物油的加工提取，过去一直采用压榨法，压榨法得率低，压榨后的蛋白质已经变性，不好利用，目前已逐渐被溶剂萃取法代替。溶剂萃取法具有得率高和蛋白质不变性的优点。但是产品中溶剂残留较难控制，并且萃取的纯度也不是很理想，如采用己烷萃取时，磷脂质残留量较高，达500-70

42、0mg/L。采用超临界CO2流体萃取大豆油时，磷脂质的残留量可降至100mg/L。超临界流体萃取技术还可用于提取胚芽油、玉米油、亚麻酸流体。（2）咖啡豆和茶叶中咖啡碱的提取咖啡碱存在于咖啡豆和茶叶中，茶叶中咖啡碱的含量3%左右，咖啡碱在医药上具有利尿和强心的作用，同时一些国家和地需的人喜欢饮用无咖啡碱的咖啡和茶饮料，因此从咖啡豆和茶叶中提取咖啡碱是一举两得的事。利用CO2作为萃取剂对咖啡豆进行超临界流体萃取，选择性极好，不造成芳香性成分的损失，因此不影响咖啡豆的风味，CO2也不残留于咖啡豆中。超临界CO2萃取咖啡碱可采用两种流程：a.水洗流程：将浸泡后的咖啡豆置于萃取器中，通入处于超临界状态的

43、CO2，压力为16.2-20.3MPa,温度为70-90，密度为0.4-0.6g/cm3。CO2将咖啡碱萃取出来后，在水洗塔用水洗脱，使咖啡碱转入水相，CO2则循环使用。水相中的咖啡碱可用蒸馏法分离。b.吸附流程：在此流程中，萃取了咖啡碱的CO2经过活性炭柱，其中的咖啡碱被活性炭吸附而与CO2分离，经解析后即得到咖啡碱，而CO2则回到萃取器中循环利用。将咖啡碱萃取CO2将咖啡碱萃取咖啡碱咖啡碱咖啡碱（3）天然香料：杏仁油、柠檬油（4）啤酒花（5）尼古丁3.4双水相萃取（Aqueous Two Phase）3.4.1双水相体系概念把两种或两种以上具有一定浓度的亲水性聚合物溶液混合后静置，这些亲水

44、性的高分子聚合物并不混为一相，而是分成多个液相，这种现象称之为聚合物的不相容性。由于这些聚合物都是以水作为溶剂，因此形成上述的两个相体系就称为双水相体系。利用双水相的成相现象及待分离组分在两相间分配系数的差异，进行组分分离或多水相提纯的技术就叫做双水相萃取技术。1、概念：利用物质在不相溶的，两水相间分配系数的差异进行萃取的方法。聚合物的不相容性最初是由Beijerinck通过把（明胶+琼脂）溶液与（明胶+可溶性淀粉）溶液混合时发现的。以后发现聚合物的这种不相容性是一种普遍现象。把多种不相容的聚合物溶液混合在一起，可以得到多相体系，最多的有时达到18个相。但最常用到的多是多水相体系。在多相体系中

45、，溶剂不一定是水，也可以是有机溶剂。一般情况下是一种聚合物在某一相，而另一种聚合物则在另一相。但是当聚合物均为两性电解质时，将溶液的酸碱度调至一定的pH值，使一种聚合物带正电，而另一种聚合物带负电。在分相时，由于这两种聚合物的正负电相吸而会聚合到同一相中，如在pH值小于4.8时，由于明胶的等电点为pH=4.8，此时明胶带正电，阿拉伯树胶带负电，此时若将这两种溶液混合，就会由于正负电性的互相吸引而聚集在一个相中。此种原理在微胶囊制备过程中有应用。聚合物间的不相容性主要是由于聚合物分子间的空间阻碍作用，使互相之间无法渗透而分离成多相。当两种聚合物溶液浓度太低时则无分相现象，这是对空间阻碍作用的最好解释。但是当某些聚合物溶液与某些无机盐溶液混合时，只要其浓度达到一定值，也会形成双水相体系，即聚合物-盐双水相体系。不同的溶质可组成不同的双水相体系，不同的双水相体系，成相条件不同。2、可以构成双水相的体系：（1）离子型高聚物非离子型高聚物水PEGDEXTRAN（聚乙二醇甲基纤维素）（2）高聚物相对低分子量化合物水PEG硫酸铵（3）高分子电解质聚合物水羧基甲基葡聚糖钠盐甲基纤维素（4）高分子电解质高分子电解质水硫酸葡聚糖钠盐羧基甲基葡聚糖钠盐3、双水相萃取的原理依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相互作用：（a）氢键（b）电