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1、现代食品分离技术,第二章 沉淀分离技术,知识点：盐析法，等电点沉淀法，有机溶剂 沉淀法，选择性变性沉淀法，金属离子沉淀法。重点：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果的影响，并能根据实际情况予以灵活应用和选择。 难点：常用沉淀方法的灵活运用,第一节 沉淀分离的目的及其方法,1.沉淀定义：溶液中的溶质在适当条件下由液相变成固相而析出的过程。2.沉淀目的：浓缩和去杂，液相变固相3.应用要求：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4.沉淀分类：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、变性沉淀分离,很多金属盐类的溶解性比较低，如
2、硫酸盐、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，便会形成沉淀。,第二节 无机沉淀剂沉淀分离法,第二节 无机沉淀剂沉淀分离法,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淀分离。柠檬酸工业中钙盐法 第一步 钙盐中和2C6H8O7.H2O+CaCO3 Ca3(C6H5O7)2.4H20+CO2+H2O第二步 酸解Ca3(C6H5O7)2.4H20+3H2SO4+H2O 2C6H8O7.H2O+3CaSO4.H2O,谷氨酸能与Zn2+、 Ca2+、 Cu2+等金属离子作用生成谷氨酸盐沉淀。此类沉淀影响因素主要温度和pH值常有共沉淀作用和吸附作用发生，
3、因此分离作用不是很理想，一般用作粗分离。,二、盐析应用：蛋白质和酶的粗提纯特点：成本低、操作简单、安全、对生物活性成分破坏作用小。主要内容：1、原理 盐溶 盐析2、盐的选择3、影响盐析效果的因素4、脱盐处理,1.盐溶与盐析的原理,（1） 盐溶在低浓度下，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相互排斥；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作用，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，加入盐离子会破坏这些
4、吸引力，使分子散开，溶入水中。,（2）盐析原理,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，破坏了蛋白表面的水化膜，导致蛋白质溶解度下降；盐离子电荷的中和作用，使蛋白质溶解度下降；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，使水活度降低。,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。,蛋白质的溶解度与溶液中盐的离子强度之间的关系（Cohn表达式）lg(S/S0) = -KsIlgS = lgS0 -KsIS0：蛋白质在纯水中的溶解度；S：蛋
5、白质在离子强度为I的溶液中的溶解度；Ks：盐析常数；I：离子强度注：M表示溶液中各种离子的物质量浓度，z为各种离子的价数。,当温度和pH值一定时，对于某一溶质来说，其S0是一个常数，即lgS0=的大小取决于溶质的性质，与温度和pH有关。分段盐析法：保持溶液的离子强度不变，改变溶液的pH和温度，使不同的溶质在不同的pH和温度下有最大的析出.,Ks取决于盐的性质，并且与离子的价数、平均半径有关。高价阴离子有较高的Ks ，高价阳离子有较低的Ks 。 Ks越大，盐析效果越好。Ks分段盐析法：在一定的pH和温度下，改变盐离子的离子强度I值，使不同的溶质在不同的离子强度下有最大的析出。,2、盐析分离法中盐
6、的选择,蛋白质的盐析中，以硫酸铵、硫酸钠应用最广。（1）硫酸铵的特点：温度系数小：温度变化引起溶液性质的变化不大；溶解度大；对蛋白质变性影响小；价格低。但缓冲能力小；含氮，影响蛋白质含量的测定。,（2）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; ()MgSO4; ()NH4)SO4; ()Na2SO4; ()K2SO4; ()柠檬酸三钠,3、影响盐析效果的因素,（1）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。（2）离子强度的影响：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，分步盐
7、析。可以体现出对蛋白质的选择性。各种蛋白质的Ks相差越大，效果越好。,（3）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！磷酸钾硫酸钠硫酸铵柠檬酸钠 硫酸镁（4）pH值的影响 一般在等电点下进行（5）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。,盐析操作,4、脱盐处理透析法：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。电渗析法葡萄糖凝胶过滤法,5.硫酸铵饱和度的调整方法,1.添加硫酸铵固体在不宜增加溶液体积时应用，可能导致局部浓度过高2.添加饱和硫酸铵溶液V-需加入的饱和硫酸氨溶液的体积；V0-待盐析溶液的体积S1-原来溶液的饱和度S2
8、-需要达到的饱和度,第三节 有机沉淀剂沉淀分离法,一、基本原理及特点1.无机沉淀剂沉淀法的缺点：分离的选择性和灵敏度都比较差。2.有机溶剂沉淀剂的特点：（1）选择性比较高；（2）沉淀后所得产品不需脱盐（3）缺点是对某些生物活性的大分子物质如酶类具有失活作用。,3.有机溶剂沉淀法的原理,（1）有机溶剂改变了溶液的介电常数。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，导致溶质分子间发生聚合而析出。（2）脱水作用。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沉淀。,二、有机沉淀剂的选择,（一）沉淀金属离子的有机沉淀剂 主要有生成螯合物沉淀的
9、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。（1）羟基肟类，具有-C=C-结构，能与二价金属离子形成螯合物。（2）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。（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、酶、核酸、多糖、果胶等。 食品中蛋白质和酶的沉淀多用乙醇。,（三）影响沉淀效果的因素1.金属离子的影响2.盐浓度的影响3.溶质相对分子质量与有机溶剂用量的影响4.温度的影响5.pH值的影响,第四节 等电点沉淀分离法,等电点：两性离子所带电荷因溶液的pH值不同而改变，当两性离子正负电荷数值相等时，溶液的pH值
10、即其等电点。利用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，称为等电点沉淀法。,但在等电点时，各种蛋白质仍有一定的溶解度而使沉淀不完全，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，分辨力也差。大多用于提取后去除杂蛋白，即利用变动提取液的pH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。实际工作中常把等电点沉淀和盐析法、有机溶剂沉淀法联合使用。,（一）氨基酸的等电点沉淀,1.不同氨基酸的pI：精氨酸 10.76 赖氨酸 9.74丙氨酸 6.00 甘氨酸 5.97天门东氨酸 2.77 谷氨酸 3.22 2.等电点法提取谷氨酸的工艺,（二
11、）蛋白质的等电点沉淀分离,1.不同蛋白质的pI：鱼精蛋白 1212.4血红蛋白 7.1明胶 4.7乳球蛋白 5.1大豆蛋白 4.32.大豆蛋白的提取,第五节 其他沉淀分离技术,一、变性沉淀1.变性沉淀分离的原理利用生物大分子对物理、化学等外部环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）2.影响蛋白质变性的因子温度、pH值、有机试剂、酶等。,3.变性沉淀分离方法（1）热变性沉淀分离（2）选择性酸碱变性沉淀分离（3）利用酶进行变性分离（凝乳酶）（4）利用表面活性剂或有机溶剂引起变性,二、非离子型聚合物沉淀分离法,1.非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
12、剂主要是聚乙二醇。2.机理目前还不太清楚，有如下几种解释:（1）聚合物与生物大分子共沉淀（2）聚合物与生物大分子以氢键结合形成复合物而沉淀（3）聚合物与生物大分子争夺水分子，生物大分子脱水而沉淀（4）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。,3.影响聚乙二醇沉淀生物大分子的因素?（1）沉淀剂相对分子质量越大，沉淀效果越好。但大于20000粘度太大。（2）生物大分子的相对分子质量越大，沉淀效果越好，若低于20000，效果不明显。（3）生物大分子的浓度要适中。（4）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。（5）等电点时，所需沉淀剂的浓度也会降低。,4.非离子型聚合物分离方法的优点？（1）操作条件温和（2）具有高的沉淀分离效果，成本低（3）选择性好（4）沉淀后的多聚物易于去除，也可以回收。,
