1、现代食品分离技术现代食品分离技术第二章第二章 沉淀分离技术沉淀分离技术n知识点知识点：盐析法，等电点沉淀法，有机溶盐析法，等电点沉淀法，有机溶剂剂 沉淀法，选择性变性沉淀法，金属离子沉淀法，选择性变性沉淀法，金属离子沉淀法。沉淀法。n重点重点：上述几种沉淀方法的概念、原理及上述几种沉淀方法的概念、原理及其适用范围；盐析法的影响因素对沉淀效其适用范围；盐析法的影响因素对沉淀效果的影响，并能根据实际情况予以灵活应果的影响，并能根据实际情况予以灵活应用和选择。用和选择。n难点难点：常用沉淀方法的灵活运用常用沉淀方法的灵活运用第一节第一节 沉淀分离的目的及其方法沉淀分离的目的及其方法1.沉淀定义沉淀定
2、义：溶液中的溶质在适当条件下由：溶液中的溶质在适当条件下由液相变成液相变成固相固相而析出的过程。而析出的过程。2.沉淀目的沉淀目的：浓缩和去杂，液相变固相：浓缩和去杂，液相变固相3.应用要求应用要求：选择性，目标成分的活性和化学结构的：选择性，目标成分的活性和化学结构的不破坏性，无有害残留不破坏性，无有害残留4.沉淀分类沉淀分类：无机沉淀剂、有机沉淀剂、非离子多聚：无机沉淀剂、有机沉淀剂、非离子多聚体沉淀剂、等电点沉淀、共沉淀分离、变性沉淀分体沉淀剂、等电点沉淀、共沉淀分离、变性沉淀分离离n很多金属盐类的溶解性比较低，如硫酸很多金属盐类的溶解性比较低，如硫酸盐、碳酸盐、草酸盐。所以，当添加适盐
3、、碳酸盐、草酸盐。所以，当添加适当的无机沉淀剂形成上述各种化合物时，当的无机沉淀剂形成上述各种化合物时，便会形成沉淀。便会形成沉淀。第二节第二节 无机沉淀剂沉淀分离法无机沉淀剂沉淀分离法第二节第二节 无机沉淀剂沉淀分离法无机沉淀剂沉淀分离法一、金属盐类沉淀分离法一、金属盐类沉淀分离法利用金属离子与酸根在形成盐类时溶解度低而得以沉利用金属离子与酸根在形成盐类时溶解度低而得以沉淀分离。淀分离。柠檬酸工业中钙盐法柠檬酸工业中钙盐法 第一步第一步 钙盐中和钙盐中和2C6H8O7.H2O+CaCO3 Ca3(C6H5O7)2.4H20+CO2+H2O第二步第二步 酸解酸解Ca3(C6H5O7)2.4H2
4、0+3H2SO4+H2O 2C6H8O7.H2O+3CaSO4.H2On谷氨酸能与谷氨酸能与Zn2+、Ca2+、Cu2+等金属等金属离子作用生成谷氨酸盐沉淀。离子作用生成谷氨酸盐沉淀。n此类沉淀影响因素主要此类沉淀影响因素主要温度温度和和pH值值n常有共沉淀作用和吸附作用发生，因此常有共沉淀作用和吸附作用发生，因此分离作用不是很理想，一般用作粗分离。分离作用不是很理想，一般用作粗分离。二、盐析二、盐析应用应用：蛋白质和酶的粗提纯：蛋白质和酶的粗提纯特点特点：成本低、操作简单、安全、对生物活性成：成本低、操作简单、安全、对生物活性成分破坏作用小。分破坏作用小。主要内容：主要内容：1、原理、原理
5、盐溶盐溶 盐析盐析2、盐的选择、盐的选择3、影响盐析效果的因素、影响盐析效果的因素4、脱盐处理、脱盐处理1.盐溶与盐析的原理盐溶与盐析的原理n（1）盐溶盐溶n在低浓度下，蛋白质和酶类的溶解度随盐浓度在低浓度下，蛋白质和酶类的溶解度随盐浓度的提高而增大，称为盐溶。主要是中性盐离子的提高而增大，称为盐溶。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。对蛋白质分子表面活性基团及水活度的影响。na 无机盐离子在蛋白质表面上吸附，使颗粒带无机盐离子在蛋白质表面上吸附，使颗粒带相同电荷而相互排斥相同电荷而相互排斥；nb 无机盐离子增加了蛋白质的亲水性，改善了无机盐离子增加了蛋白质的亲水性，改善了
6、与水膜的结合，与水膜的结合，增加了蛋白质分子与溶剂分子增加了蛋白质分子与溶剂分子相互作用相互作用，使蛋白质浓度增加。，使蛋白质浓度增加。分子在其等电点时，容易互相吸引，聚合成沉淀，加分子在其等电点时，容易互相吸引，聚合成沉淀，加入盐离子会破坏这些吸引力，使分子散开，溶入水中。入盐离子会破坏这些吸引力，使分子散开，溶入水中。（2）盐析原理）盐析原理n盐离子与蛋白质分子争夺水分子，降低了用于溶盐离子与蛋白质分子争夺水分子，降低了用于溶解蛋白质的有效水量，减弱了蛋白质的水合程度，解蛋白质的有效水量，减弱了蛋白质的水合程度，破坏了蛋白表面的水化膜破坏了蛋白表面的水化膜，导致蛋白质溶解度下降；，导致蛋白
7、质溶解度下降；n盐离子电荷的盐离子电荷的中和作用中和作用，使蛋白质溶解度下降；，使蛋白质溶解度下降；n盐离子引起原本在蛋白质分子周围有序排列的水盐离子引起原本在蛋白质分子周围有序排列的水分子的极化，使分子的极化，使水活度降低水活度降低。盐析原理图盐析原理图蛋白质分子表面的疏水性区域，都聚集许多水分子，当盐类蛋白质分子表面的疏水性区域，都聚集许多水分子，当盐类加入时，这些水分子被抽出，以便与盐离子进行水合，暴露加入时，这些水分子被抽出，以便与盐离子进行水合，暴露出疏水性区域互相结合，形成沉淀。出疏水性区域互相结合，形成沉淀。蛋白质的溶解度与溶液中盐的离子强度之间的关系蛋白质的溶解度与溶液中盐的离
8、子强度之间的关系（Cohn表达式）表达式）lg(S/S0)=-KsIlgS=lgS0-KsIS0：蛋白质在纯水中的溶解度；蛋白质在纯水中的溶解度；S：蛋白质在离子强度为蛋白质在离子强度为I的溶液中的溶解度；的溶液中的溶解度；Ks：盐析常数；：盐析常数；I：离子强度：离子强度注：注：M表示溶液中各种离子的物质量浓度，表示溶液中各种离子的物质量浓度，z为各种离子的价数。为各种离子的价数。221MzI当温度和当温度和pH值一定时，对于某一溶质来说，其值一定时，对于某一溶质来说，其S0是一个常数，即是一个常数，即lgS0=的大小的大小取决于取决于溶质的性质，与溶质的性质，与温度温度和和pH有关有关。分
9、段盐析法：分段盐析法：保持溶液的离子强度不变，改变保持溶液的离子强度不变，改变溶液的溶液的pH和温度，使不同的溶质在不同的和温度，使不同的溶质在不同的pH和温度下有最大的析出和温度下有最大的析出.nKs取决于盐的性质，并且与取决于盐的性质，并且与离子的价数离子的价数、平均平均半径半径有关。高价阴离子有较高的有关。高价阴离子有较高的Ks，高价阳，高价阳离子有较低的离子有较低的Ks。Ks越大，盐析效果越好。越大，盐析效果越好。nKs分段盐析法：分段盐析法：在一定的在一定的pH和温度下，改变和温度下，改变盐离子的离子强度盐离子的离子强度I值，使不同的溶质在不同值，使不同的溶质在不同的离子强度下有最大
10、的析出。的离子强度下有最大的析出。2、盐析分离法中盐的选择、盐析分离法中盐的选择n蛋白质的盐析中，以硫酸铵、硫酸钠应用最广。蛋白质的盐析中，以硫酸铵、硫酸钠应用最广。n（1）硫酸铵的特点：）硫酸铵的特点：n温度系数小：温度变化引起溶液性质的变化不大；温度系数小：温度变化引起溶液性质的变化不大；n溶解度大；溶解度大；n对蛋白质变性影响小；对蛋白质变性影响小；n价格低。价格低。n但缓冲能力小；但缓冲能力小；n含氮，影响蛋白质含量的测定。含氮，影响蛋白质含量的测定。（2）无机盐种类的影响）无机盐种类的影响 不同盐溶液中碳氧血红蛋白的溶解度与离子强度的关系（25）()NaCl;()KCl;()MgSO
11、4;()NH4)SO4;()Na2SO4;()K2SO4;()柠檬酸三钠3、影响盐析效果的因素、影响盐析效果的因素（1）蛋白质浓度：）蛋白质浓度：2.53%蛋白质浓度高，盐用量少，但是共沉淀导致选择性下降。蛋白质浓度高，盐用量少，但是共沉淀导致选择性下降。（2）离子强度的影响：）离子强度的影响：不同类型的蛋白质，盐不同类型的蛋白质，盐析时所要求的离子强度各有不同。逐渐增加离子强度，析时所要求的离子强度各有不同。逐渐增加离子强度，分步盐析。可以体现出对蛋白质的选择性。各种蛋白分步盐析。可以体现出对蛋白质的选择性。各种蛋白质的质的Ks相差越大，效果越好。相差越大，效果越好。（3）不同离子类型对盐析
12、效果的影响）不同离子类型对盐析效果的影响离子半径小、带较高电荷的离子盐析效果好！离子半径小、带较高电荷的离子盐析效果好！磷酸钾磷酸钾硫酸钠硫酸钠硫酸铵硫酸铵柠檬酸钠柠檬酸钠 硫酸镁硫酸镁（4）pH值的影响值的影响 一般在等电点下进行一般在等电点下进行（5）温度的影响）温度的影响 通常在常温下操作，对于敏感的酶类，在低温下操作。通常在常温下操作，对于敏感的酶类，在低温下操作。盐析操作4、脱盐处理、脱盐处理透析法：半透膜，具有让小分子和水扩散透析法：半透膜，具有让小分子和水扩散而不断通过，直到膜内外浓度达到平衡。而不断通过，直到膜内外浓度达到平衡。电渗析法电渗析法葡萄糖凝胶过滤法葡萄糖凝胶过滤法5
13、.硫酸铵饱和度的调整方法硫酸铵饱和度的调整方法n1.添加硫酸铵固体添加硫酸铵固体n在不宜增加溶液体积时应用，可能导致局部浓度在不宜增加溶液体积时应用，可能导致局部浓度过高过高n2.添加饱和硫酸铵溶液添加饱和硫酸铵溶液nV-需加入的饱和硫酸氨溶液的体积；需加入的饱和硫酸氨溶液的体积；nV0-待盐析溶液的体积待盐析溶液的体积nS1-原来溶液的饱和度原来溶液的饱和度nS2-需要达到的饱和度需要达到的饱和度)1/()(2120SSSVV第三节第三节 有机沉淀剂沉淀分离法有机沉淀剂沉淀分离法n一、基本原理及特点一、基本原理及特点n1.无机沉淀剂沉淀法无机沉淀剂沉淀法的缺点：分离的选的缺点：分离的选择性和
14、灵敏度都比较差。择性和灵敏度都比较差。n2.有机溶剂沉淀剂有机溶剂沉淀剂的特点：的特点：n（1）选择性比较高；）选择性比较高；n（2）沉淀后所得产品不需脱盐）沉淀后所得产品不需脱盐n（3）缺点缺点是对某些生物活性的大分子物是对某些生物活性的大分子物质如酶类具有失活作用。质如酶类具有失活作用。3.有机溶剂沉淀法的原理有机溶剂沉淀法的原理n（1）有机溶剂改变了溶液的介电常数）有机溶剂改变了溶液的介电常数。n增强了溶质分子间的静电作用力，降低了溶质增强了溶质分子间的静电作用力，降低了溶质分子与溶剂分子间的相互作用，导致溶质分子分子与溶剂分子间的相互作用，导致溶质分子间发生聚合而析出。间发生聚合而析出
15、。n（2）脱水作用。）脱水作用。n有机溶剂必须溶解在水溶液中，这样就减少了有机溶剂必须溶解在水溶液中，这样就减少了溶质与水的作用，因而使溶质脱水而相互聚集溶质与水的作用，因而使溶质脱水而相互聚集沉淀。沉淀。二、有机沉淀剂的选择二、有机沉淀剂的选择n（一）沉淀金属离子的有机沉淀剂（一）沉淀金属离子的有机沉淀剂 主要有生成螯合物沉淀的有机沉淀剂、生成缔合主要有生成螯合物沉淀的有机沉淀剂、生成缔合物的有机沉淀剂以及生成三元配合物的有机沉淀剂。物的有机沉淀剂以及生成三元配合物的有机沉淀剂。（1）羟基肟类，具有）羟基肟类，具有-C=C-结构，能与二价金属离子形结构，能与二价金属离子形成螯合物。成螯合物。
16、（2）氨基酸类，像邻氨基苯甲酸等几种芳香族氨基酸，）氨基酸类，像邻氨基苯甲酸等几种芳香族氨基酸，能与铜离子、银离子等形成络合物而沉淀。能与铜离子、银离子等形成络合物而沉淀。n（二）沉淀有机成分的有机沉淀剂（二）沉淀有机成分的有机沉淀剂 使用有机溶剂沉淀水溶液中的氨基酸、蛋白质、使用有机溶剂沉淀水溶液中的氨基酸、蛋白质、酶、核酸、多糖、果胶等。酶、核酸、多糖、果胶等。食品中蛋白质和酶的沉淀多用乙醇。食品中蛋白质和酶的沉淀多用乙醇。n（三）影响沉淀效果的因素（三）影响沉淀效果的因素n1.金属离子的影响金属离子的影响n2.盐浓度的影响盐浓度的影响n3.溶质相对分子质量与有机溶剂用量的影响溶质相对分子
17、质量与有机溶剂用量的影响n4.温度的影响温度的影响n5.pH值的影响值的影响第四节第四节 等电点沉淀分离法等电点沉淀分离法n等电点：等电点：两性离子所带电荷因溶液的两性离子所带电荷因溶液的pH值不值不同而改变，当两性离子正负电荷数值相等时，同而改变，当两性离子正负电荷数值相等时，溶液的溶液的pH值即其等电点。值即其等电点。n利用利用蛋白蛋白质在等电点时溶解度最低而各种蛋白质在等电点时溶解度最低而各种蛋白质又具有不同等电点的特别进行分离的方法，质又具有不同等电点的特别进行分离的方法，称为称为等电点沉淀法等电点沉淀法。n但在等电点时，各种蛋白质仍有一定的溶解度但在等电点时，各种蛋白质仍有一定的溶解
18、度而使沉淀不完全，同时许多蛋白质的等电点十而使沉淀不完全，同时许多蛋白质的等电点十分接近，故单独使用此法效果不理想，分辨力分接近，故单独使用此法效果不理想，分辨力也差。也差。n大多用于提取后大多用于提取后去除杂蛋白去除杂蛋白，即利用变动提取，即利用变动提取液的液的pH值使某些与待提纯的蛋白质等电点相值使某些与待提纯的蛋白质等电点相距较大的杂蛋白从溶液中沉淀出。实际工作中距较大的杂蛋白从溶液中沉淀出。实际工作中常把等电点沉淀和盐析法、有机溶剂沉淀法联常把等电点沉淀和盐析法、有机溶剂沉淀法联合使用。合使用。（一）氨基酸的等电点沉淀n1.不同氨基酸的不同氨基酸的pI：n精氨酸精氨酸 10.76 赖氨
19、酸赖氨酸 9.74n丙氨酸丙氨酸 6.00 甘氨酸甘氨酸 5.97n天门东氨酸天门东氨酸 2.77 谷氨酸谷氨酸 3.22 n2.等电点法提取谷氨酸的工艺等电点法提取谷氨酸的工艺（二）蛋白质的等电点沉淀分离（二）蛋白质的等电点沉淀分离n1.不同蛋白质的不同蛋白质的pI：n鱼精蛋白鱼精蛋白 1212.4n血红蛋白血红蛋白 7.1n明胶明胶 4.7n乳球蛋白乳球蛋白 5.1n大豆蛋白大豆蛋白 4.3n2.大豆蛋白的提取大豆蛋白的提取第五节 其他沉淀分离技术n一、变性沉淀一、变性沉淀n1.变性沉淀分离的原理变性沉淀分离的原理n利用生物大分子对物理、化学等外部环利用生物大分子对物理、化学等外部环境因子
20、敏感性的差异，而选择性的使某境因子敏感性的差异，而选择性的使某一组分发生变性形成沉淀。（鸡蛋）一组分发生变性形成沉淀。（鸡蛋）n2.影响蛋白质变性的因子影响蛋白质变性的因子n温度、温度、pH值、有机试剂、酶等。值、有机试剂、酶等。n3.变性沉淀分离方法变性沉淀分离方法n（1）热变性沉淀分离）热变性沉淀分离n（2）选择性酸碱变性沉淀分离）选择性酸碱变性沉淀分离n（3）利用酶进行变性分离（凝乳酶）利用酶进行变性分离（凝乳酶）n（4）利用表面活性剂或有机溶剂引起变）利用表面活性剂或有机溶剂引起变性性二、非离子型聚合物沉淀分离法二、非离子型聚合物沉淀分离法n1.非离子型聚合物是近年来出现的一类生物大非
21、离子型聚合物是近年来出现的一类生物大分子沉淀剂，这类沉淀剂主要是分子沉淀剂，这类沉淀剂主要是聚乙二醇聚乙二醇。n2.机理目前还不太清楚，有如下几种解释机理目前还不太清楚，有如下几种解释:n（1）聚合物与生物大分子共沉淀）聚合物与生物大分子共沉淀n（2）聚合物与生物大分子以氢键结合形成复合物而沉）聚合物与生物大分子以氢键结合形成复合物而沉淀淀n（3）聚合物与生物大分子争夺水分子，生物大分子脱）聚合物与生物大分子争夺水分子，生物大分子脱水而沉淀水而沉淀n（4）聚合物对生物大分子的空间排斥作用，使生物大）聚合物对生物大分子的空间排斥作用，使生物大分子被聚集在一起而沉淀。分子被聚集在一起而沉淀。n3.
22、影响聚乙二醇沉淀生物大分子的因素影响聚乙二醇沉淀生物大分子的因素?n（1）沉淀剂相对分子质量越大，沉淀效果越）沉淀剂相对分子质量越大，沉淀效果越好。但大于好。但大于20000粘度太大。粘度太大。n（2）生物大分子的相对分子质量越大，沉淀）生物大分子的相对分子质量越大，沉淀效果越好，若低于效果越好，若低于20000，效果不明显。，效果不明显。n（3）生物大分子的浓度要适中。）生物大分子的浓度要适中。n（4）当溶液的离子强度大时，使用的沉淀剂）当溶液的离子强度大时，使用的沉淀剂的浓度可以显著降低。的浓度可以显著降低。n（5）等电点时，所需沉淀剂的浓度也会降低。）等电点时，所需沉淀剂的浓度也会降低。n4.非离子型聚合物分离方法的优点？非离子型聚合物分离方法的优点？n（1）操作条件温和）操作条件温和n（2）具有高的沉淀分离效果，成本低）具有高的沉淀分离效果，成本低n（3）选择性好）选择性好n（4）沉淀后的多聚物易于去除，也可以回收。）沉淀后的多聚物易于去除，也可以回收。
