《初級分離技術(shù)》教學(xué)課件

《初級分離技術(shù)》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！《初級分離技術(shù)》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用一、初級別離1.何為初級別離？初級別離是指從菌體發(fā)酵液、細(xì)胞培養(yǎng)液、胞內(nèi)抽提液〔細(xì)胞破碎液〕及其他各種生物原料初步提取目標(biāo)產(chǎn)物，使目標(biāo)產(chǎn)物得到濃縮和初步別離的下游加工過程。一、初級別離1.何為初級別離？一、初級別離2.在初級別離中常用的相關(guān)技術(shù)①沉淀分級②泡沫別離③膜別離④萃?、菸絼e離一、初級別離2.在初級別離中常用的相關(guān)技術(shù)2.1何謂沉淀分級？2.1.1定義——是物理環(huán)境的變化引起溶質(zhì)的溶解度降低，生成固體凝聚物的現(xiàn)象。沉淀與結(jié)晶的區(qū)別2.1何謂沉淀分級？2.1.1定義——是物理環(huán)境的變化引起

2.1.2特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡單、經(jīng)濟(jì)、濃縮倍數(shù)高缺點(diǎn)：針對復(fù)雜體系而言，別離度不高、選擇性不強(qiáng)2.1.2特點(diǎn)2.1.3蛋白質(zhì)外表特性1、蛋白質(zhì)是兩性高分子電解質(zhì)，主要由疏水性各不一樣的20種氨基酸組成。疏水性氨基酸殘基形成親水性氨基酸殘基蛋白質(zhì)外表由不均勻分布的荷電基團(tuán)形成荷電區(qū)、親水區(qū)和疏水區(qū)。2.1.3蛋白質(zhì)外表特性1、蛋白質(zhì)是兩性高分子電解質(zhì)，主要2.蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量在5000~1000000之間，分子直徑約1~20nm，蛋白質(zhì)的水溶液呈膠體性質(zhì)。3.蛋白質(zhì)分子間的靜電排斥作用，形成了雙電層雙電層厚度〔ζ電位〕2.蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量在5000~1000000之間，分子直水化層蛋白質(zhì)膠體溶液雙電層水2.1.4常用沉淀方法的分類2.1.4常用沉淀方法的分類1鹽析沉淀〔Saltinducedprecipitation〕1)鹽溶〔Saltingin〕：在低濃度的中性鹽存在下，蛋白質(zhì)〔酶〕等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度增大的現(xiàn)象。Atlowconcentrationofthesalt,solubilityoftheproteinsusuallyincreasesslightly.ThisistermedSaltingin.1鹽析沉淀〔Saltinducedprecipita鹽析沉淀〔Saltinducedprecipitation〕2)鹽析〔Saltingout〕：在高濃度的中性鹽存在下，蛋白質(zhì)〔酶〕等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度降低，產(chǎn)生沉淀的過程。Athighconcentrationsofsalt,thesolubilityoftheproteinsdropssharply.ThisistermedSaltingoutandtheproteinsprecipitateout.鹽析沉淀〔Saltinducedprecipitatio3)鹽析原理首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在狀態(tài)：兩性電解質(zhì)，由于靜電力的作用，分子間相互排斥，形成穩(wěn)定的分散系蛋白質(zhì)周圍形成水化膜，保護(hù)了蛋白質(zhì)粒子，防止了相互碰撞3)鹽析原理首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在狀態(tài)：3)鹽析原理低鹽溶度下，發(fā)生鹽溶，是因?yàn)椋簾o機(jī)鹽離子在蛋白質(zhì)外表上吸附，使顆粒帶一樣電荷而互相排斥。無機(jī)鹽離子增加了蛋白質(zhì)的親水性，改善了與水膜的結(jié)合，增加了蛋白質(zhì)分子與水分子的相互作用力，使溶解度增大。3)鹽析原理低鹽溶度下，發(fā)生鹽溶，是因?yàn)椋?)鹽析原理——鹽析過程隨著中性鹽的參加，蛋白質(zhì)分散體系出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象原因如下：A.無機(jī)離子與蛋白質(zhì)外表電荷中和，形成離子對，局部中和了蛋白質(zhì)的電性，使蛋白質(zhì)分子之間的排斥力減弱，從而能夠相互靠攏；B.中性鹽的親水性大，使蛋白質(zhì)脫去水化膜，疏水區(qū)暴露，由于疏水區(qū)的相互作用導(dǎo)致沉淀。3)鹽析原理——鹽析過程隨著中性鹽的參加，蛋白質(zhì)分散體系出4)影響鹽析的因素鹽的種類和濃度：離子半徑小,帶電荷多的離子鹽析效果好溶質(zhì)種類的影響溶質(zhì)濃度的影響：樣品溶度0.5-2%蛋白質(zhì)濃度大，鹽的用量小，但共沉作用明顯，分辨率低； 蛋白質(zhì)濃度小，鹽的用量大，分辨率高；4)影響鹽析的因素鹽的種類和濃度：離子半徑小,帶電荷多的離4)影響鹽析的因素pH值：影響蛋白質(zhì)表面凈電荷的數(shù)量，通常調(diào)整體系pH值，使其在pI附近；鹽析溫度：大多數(shù)情況下，高鹽濃度下，溫度升高，蛋白質(zhì)失水，蛋白質(zhì)的溶解度反而下降。操作條件應(yīng)溫和,一般在較低溫度下進(jìn)行。4)影響鹽析的因素pH值：影響蛋白質(zhì)表面凈電荷的數(shù)量，通常5)鹽析用鹽的選擇在一樣離子強(qiáng)度下，鹽的種類對蛋白質(zhì)溶解度的影響有一定差異，一般的規(guī)律為：半徑小的高價(jià)離子的鹽析作用較強(qiáng)，半徑大的低價(jià)離子作用較弱陰離子：P04>SO4>CHCOO>Cl>NO3>ClO4>I>SCN陽離子：NH4>K>Na>Mg3-2-------2++++5)鹽析用鹽的選擇在一樣離子強(qiáng)度下，鹽的種類對蛋白質(zhì)溶選用鹽析用鹽的幾點(diǎn)考慮 鹽析作用要強(qiáng)鹽析用鹽需有較大的溶解度溶解度受溫度影響較小鹽析用鹽必須是惰性的鹽溶液密度不高，以便蛋白質(zhì)沉淀和離心別離來源豐富、經(jīng)濟(jì)選用鹽析用鹽的幾點(diǎn)考慮 鹽析作用要強(qiáng)6)常用的鹽析用鹽硫酸銨：溶解度大〔25℃，767g/L〕硫酸鈉磷酸鹽檸檬酸鹽6)常用的鹽析用鹽硫酸銨：溶解度大〔25℃，767g/L〕7)鹽析用鹽的用量選擇飽和度的概念：以硫酸銨為例：25℃時(shí)，硫酸銨的飽和溶解度是767g/L，定義為100%飽和度。如果沉淀某一種蛋白質(zhì)需要60%飽和度的硫酸銨，那么需要硫酸銨固體的量是多少？7)鹽析用鹽的用量選擇飽和度的概念：硫酸銨鹽析操作硫酸銨固體參加法：通常在攪拌下，以少量屢次方式緩慢參加，待參加的硫酸銨溶解后再參加少量的硫酸銨。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液體積不大，所需調(diào)整的硫酸銨濃度不高時(shí)，可采用。硫酸銨鹽析操作硫酸銨固體參加法：硫酸銨固體加入法硫酸銨固體加入法硫酸銨鹽析操作飽和溶液參加法：較溫和的方法，參加飽和的硫酸銨溶液。飽和的硫酸銨溶液的配制:一定量的水中參加過量的硫酸銨，加熱至50-60℃保溫?cái)?shù)分鐘，趁熱過濾，在0℃或25℃平衡1-2天，有固體析出時(shí)即達(dá)100%飽和度。不同飽和度所需參加的量可用公式計(jì)算：S1：原溶液的硫酸銨飽和度S2：要達(dá)到的硫酸銨飽和度S3：加入的硫酸銨飽和度，通常為１００％硫酸銨鹽析操作飽和溶液參加法：S1：原溶液的硫酸銨飽和度鹽析沉淀后，需進(jìn)行脫鹽處理，再進(jìn)行后續(xù)操作脫鹽：透析：透析袋（半透膜）超濾鹽析沉淀后，需進(jìn)行脫鹽處理，再進(jìn)行后續(xù)操作2有機(jī)溶劑沉淀2.1概念：在含有溶質(zhì)的水溶液中參加一定量親水的有機(jī)溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出。原理：〔1〕降低了溶質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)之間的靜電引力增加，從而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀?！?〕由于有機(jī)溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質(zhì)外表水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。2有機(jī)溶劑沉淀2.1概念：在含有溶質(zhì)的水溶液中參加一定量2.2常用的有機(jī)溶劑沉淀劑乙醇：沉淀作用強(qiáng)，揮發(fā)性適中，無毒，常用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖等生物大分子的沉淀丙酮：沉淀作用更強(qiáng)，用量省，但毒性大，應(yīng)用范圍不廣要求：致變性作用要小，毒性要小、揮發(fā)性適中，水溶性要好2.2常用的有機(jī)溶劑沉淀劑乙醇：沉淀作用強(qiáng)，揮發(fā)性適中，無2.3有機(jī)溶劑沉淀的特點(diǎn)分辨率高溶劑容易別離，并可回收使用產(chǎn)品干凈，無需脫鹽等容易使蛋白質(zhì)等生物大分子失活應(yīng)注意在低溫下操作〔有機(jī)溶劑預(yù)冷〕本錢高2.3有機(jī)溶劑沉淀的特點(diǎn)分辨率高2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素溫度：低溫有利于防止溶質(zhì)變性；有利于提高收率〔溶解度下降〕；攪拌速度：散熱溶液pH值：pI2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素溫度：低溫有利于防止溶質(zhì)變2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素樣品濃度：?。喝軇┯昧看?，回收率低，但共沉淀作用小 濃：節(jié)省溶劑用量，共沉作用強(qiáng)，分辨率低金屬離子的助沉析作用：Zn2+、Ca2+

可減少有機(jī)溶劑的用量2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素樣品濃度：3等電點(diǎn)沉淀法3.1原理： 蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)溶液pH值處于等電點(diǎn)時(shí)，分子外表凈電荷為0，雙電層和水化膜構(gòu)造被破壞，由于分子間引力，形成蛋白質(zhì)聚集體，進(jìn)而產(chǎn)生沉淀。3.2概念： 調(diào)節(jié)體系pH值，使兩性電解質(zhì)的溶解度下降，析出的操作稱為等電點(diǎn)沉淀。3等電點(diǎn)沉淀法3.1原理：《初級分離技術(shù)》教學(xué)課件由于在等電點(diǎn)附近，溶質(zhì)仍然有一定的溶解度，等電點(diǎn)沉淀法往往不能獲得高的回收率，因此等電點(diǎn)沉淀法通常與鹽析、有機(jī)溶劑沉淀法聯(lián)合使用操作時(shí)的本卷須知：〔1〕由于無機(jī)離子的影響，蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)通常會(huì)發(fā)生“漂移〞〔2〕溶質(zhì)的穩(wěn)定性〔3〕鹽析效應(yīng)由于在等電點(diǎn)附近，溶質(zhì)仍然有一定的溶解度，等電點(diǎn)沉淀法往往不4其它沉淀法選擇性變性沉淀法水溶性非離子型聚合物沉淀劑：如PEG成鹽類復(fù)合物沉淀劑離子型外表活性劑離子型多聚物沉淀劑別離核酸用沉淀劑4其它沉淀法選擇性變性沉淀法4.1選擇性變性沉淀法利用蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子對某種物理或化學(xué)因素的敏感性差異，實(shí)現(xiàn)別離。參加變性劑選擇性酸堿變性選擇性熱變性使用時(shí)需慎重??！4.1選擇性變性沉淀法利用蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子對某熱沉淀利用在較高溫度下，熱穩(wěn)定性差的蛋白質(zhì)發(fā)生變性沉淀的現(xiàn)象，別離純化熱穩(wěn)定性高的目標(biāo)蛋白的方法。需對目標(biāo)蛋白和共存雜蛋白的熱穩(wěn)定性有充分了解。熱沉淀4.2水溶性非離子型聚合物沉淀劑non-ionicpolymer:dextransandpolyethyleneglycols(PEG,聚乙二醇)可能有降低蛋白質(zhì)分子外表的水化程度或空間排阻作用。Thisworksbecausetheadditionofthepolymerreducestheamountofwateravailabletointeractwiththeprotein.4.2水溶性非離子型聚合物沉淀劑non-ionicpol4.3成鹽類復(fù)合物沉淀劑此類沉淀劑有以下三種：〔1〕高價(jià)金屬鹽：Cu2+，Ag2+，Zn2+，Ca2+ 與酸性基團(tuán)結(jié)合；〔2〕苦味酸鹽、單寧酸鹽、鞣質(zhì)等，與堿性基團(tuán)結(jié)合〔3〕無機(jī)復(fù)合鹽：磷鎢酸鹽、磷鉬酸鹽等缺點(diǎn)：容易導(dǎo)致活性蛋白的不可逆變性4.3成鹽類復(fù)合物沉淀劑此類沉淀劑有以下三種：4.4離子型外表活性劑十六烷基三甲基季銨鹽的溴化物〔CTAB〕主要用于沉淀酸性多糖。十二烷基磺酸鈉〔SDS〕主要用于沉淀膜蛋白和核蛋白。4.4離子型外表活性劑十六烷基三甲基季銨鹽的溴化物4.5離子型多聚物沉淀劑是一類溫和的沉淀劑，與目標(biāo)蛋白成鹽。核酸〔多聚陰離子〕：用于堿性蛋白的沉淀魚精蛋白〔多聚陽離子〕：用于酸性蛋白的沉淀4.5離子型多聚物沉淀劑是一類溫和的沉淀劑，與目標(biāo)蛋白成鹽2泡沫別離2.1泡沫別離〔foamseparation〕根據(jù)外表吸附的原理，利用通氣鼓泡在液相中形成的氣泡為載體對液相中的溶質(zhì)或顆粒進(jìn)展別離，因此又稱泡沫吸附別離或泡沫分級。2泡沫別離2.1泡沫別離〔foamseparation2泡沫別離2.2泡沫別離原理根據(jù)外表吸附原理，基于溶液中溶質(zhì)〔或顆?！抽g外表活性的差異，外表活性強(qiáng)的物質(zhì)優(yōu)先吸附于分散相與連續(xù)相的界面處，通過鼓泡使溶質(zhì)選擇性的聚集在氣-液界面并借助浮力上升至溶液主體上方形成泡沫層，從而別離、濃縮溶質(zhì)或凈化液相主體的過程。2泡沫別離2.2泡沫別離原理2泡沫別離2.3泡沫別離設(shè)備和過程①設(shè)備：泡沫柱和消泡器②別離過程可分為：間歇泡沫別離，連續(xù)泡沫別離外表活性物質(zhì)泡沫別離，非外表活性物質(zhì)泡沫別離濃縮純化泡沫別離，提取回收泡沫別離2泡沫別離2.3泡沫別離設(shè)備和過程2泡沫別離2.4影響泡沫別離的因素①料液性質(zhì)，如pH值，離子強(qiáng)度，其他添加劑等②外表活性劑③操作條件，如進(jìn)料濃度，氣泡尺寸，氣體流量④泡沫柱高度2泡沫別離2.4影響泡沫別離的因素2泡沫別離2.5應(yīng)用2.5.1泡沫別離的優(yōu)勢①設(shè)備簡單，易于放大②操作簡便，能耗低③可連續(xù)和間歇操作④更適合處理體積龐大的稀料液⑤別離效率高2泡沫別離2.5應(yīng)用2泡沫別離2.5.2實(shí)際應(yīng)用①細(xì)胞的收集或去除②蛋白質(zhì)、多肽和酶的提取別離③中藥有效成分的別離濃縮2泡沫別離2.5.2實(shí)際應(yīng)用3膜別離技術(shù)3.1膜別離的概念：利用膜的選擇性〔孔徑大小〕，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實(shí)現(xiàn)別離的一種技術(shù)。用半透膜作為選擇障礙層，允許某些組分透過而保存混合物中其它組份，從而到達(dá)別離目的的技術(shù)。3膜別離技術(shù)3.1膜別離的概念：利用膜的選擇性〔孔徑大小膜的概念與功能在流體相之間有一層薄的凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔開來成為兩局部，這一薄層物質(zhì)稱為膜。被膜分開的流體相物質(zhì)是液體或氣體膜的厚度應(yīng)在0.5mm以下，否那么不能稱其為膜。膜在別離過程中的功能：物質(zhì)的識(shí)別與透過，界面，反響場。膜的概念與功能在流體相之間有一層薄的凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔3.2膜別離技術(shù)的類型膜別離過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程，依據(jù)濾膜孔徑大小而到達(dá)物質(zhì)別離的目的，故而可以按別離粒子大小進(jìn)展分類。3.2膜別離技術(shù)的類型膜別離過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于3.2膜別離技術(shù)的類型1.微濾〔Microfiltration,MF〕：以多孔細(xì)小薄膜為過濾介質(zhì)，壓力為推動(dòng)力，使不溶性物質(zhì)得以別離的操作。可用于粒子粒徑為0.1μm~10μm的過濾。可應(yīng)用于消毒、澄清、細(xì)胞收集等。如培養(yǎng)基液菌體別離與濃縮，產(chǎn)品消毒。3.2膜別離技術(shù)的類型1.微濾〔Microfiltrati3.2膜別離技術(shù)的類型2.超濾〔Ultrafiltration,UF〕：別離介質(zhì)同上，但孔徑更小，可別離或濃縮粒子粒徑為1nm~50nm的可溶性物質(zhì)。適合于酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)的別離、濃縮，超濾親和純化，血漿別離，脫鹽，去熱原，在生物工程中應(yīng)用最廣。3.2膜別離技術(shù)的類型2.超濾〔Ultrafiltrat3.2膜別離技術(shù)的類型3.反滲透〔Reverseosmosis,RO〕:

滲透和滲透壓：滲透：膜（不能透過溶質(zhì)）兩側(cè)壓力相等時(shí)，在濃度差作用下，溶劑從溶質(zhì)濃度低的一側(cè)向溶質(zhì)濃度高的一側(cè)透過的現(xiàn)象。滲透壓：滲透現(xiàn)象中，促使水分子透過的推動(dòng)力。3.2膜別離技術(shù)的類型3.反滲透〔Reverseosmo3.2膜別離技術(shù)的類型反滲透：定義：在溶質(zhì)濃度高的一側(cè)施加超過滲透壓的壓力，使溶劑透過膜的操作。是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中別離出溶劑的膜別離操作，孔徑范圍在0.1~1nm之間。3.反滲透（Reverseosmosis,RO）:3.2膜別離技術(shù)的類型反滲透：3.反滲透（Reverse3.反滲透〔Reverseosmosis,RO〕：其根本原理為溶解擴(kuò)散。在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的水透過膜，而所有溶液中的大分子、小分子有機(jī)物及無機(jī)物全被戳留住。主要用于海水脫鹽，純水制造以及小分子產(chǎn)品如乙醇、糖及氨基酸濃縮等。3.2膜分離技術(shù)的類型3.反滲透〔Reverseosmosis,RO〕：3.2

微濾超濾反滲透○:微粒子●:大分子＋:小分子……..：水

微濾超濾3.2膜別離技術(shù)的類型超濾和反滲透目的：將溶質(zhì)通過一層具有選擇性的薄膜，從溶液中別離出來。別離時(shí)的推動(dòng)力都是壓強(qiáng)，由于被別離物質(zhì)的分子量和直徑大小差異及膜孔構(gòu)造不同，其采用的壓強(qiáng)大小不同。反滲透膜的操作壓力常達(dá)1~10MPa。3.2膜別離技術(shù)的類型超濾和反滲透《初級分離技術(shù)》教學(xué)課件超濾：需要增加流體的靜壓力，改變天然過程的方向，才可能發(fā)生含有低分子量化合物的溶劑流通過膜，此時(shí)的推動(dòng)力是流體靜壓力與滲透壓的壓差；反滲透：過程類似于超濾，只是純?nèi)軇┩ㄟ^膜，而低分子量的化合物被截留。因此，操作壓力比超濾大得多。因此，超濾和反滲透通常又被稱之為“強(qiáng)制膜別離過程〞超濾：需要增加流體的靜壓力，改變天然過程的方向，才可能發(fā)生含3.2膜別離技術(shù)的類型4.透析：用具有一定孔徑大小的、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜將溶質(zhì)溶液與純水分隔，在濃差的作用下，小分子溶質(zhì)透向水側(cè)，水透向溶液一側(cè)。透析膜：孔徑5-10nm,實(shí)驗(yàn)室中常用透析袋應(yīng)用：脫鹽，血液透析特點(diǎn)：以濃差為推動(dòng)力，膜透過通量很小，不適于大規(guī)模生物分離過程，多在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用。3.2膜別離技術(shù)的類型4.透析：用具有一定孔徑大小的、高分3.2膜別離技術(shù)的類型5.電滲析：以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜別離操作。在直流電場的作用下，由于離子交換膜的阻隔作用，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化和濃縮，別離推動(dòng)力是靜電引力。3.2膜別離技術(shù)的類型5.電滲析：以電位差為推動(dòng)力，利用離3.2膜別離技術(shù)的類型電滲析的應(yīng)用：海水和苦水的淡化、廢水處理，氨基酸和有機(jī)酸等小分子的分離純化3.2膜別離技術(shù)的類型電滲析的應(yīng)用：海水和苦水的淡化、廢水3.2膜別離技術(shù)的類型6滲透氣化利用膜與被別離有機(jī)液體混合物中各組分的親和力不同而有選擇的優(yōu)先吸附溶液某一組分及各組分在膜中擴(kuò)散速度不同來到達(dá)別離的目的.3.2膜別離技術(shù)的類型6滲透氣化《初級分離技術(shù)》教學(xué)課件膜別離技術(shù)的類型生物分離中最常用的膜分離技術(shù)是：超濾、微濾和反滲透。膜別離技術(shù)的類型生物分離中最常用的膜分離技術(shù)是：超濾、微濾和3.3膜材料3.3.1膜材料的特性對于不同種類的膜都有一個(gè)根本要求：〔1〕耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般膜操作的壓力范圍在0.1~0.5MPa，反滲透膜的壓力更高，約為1~10MPa?！?〕耐高溫:高通量帶來的溫度升高和清洗的需要〔3〕耐酸堿：防止別離過程中，以及清洗過程中的水解；〔4〕化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；〔5〕生物相容性：防止生物大分子的變性；〔6〕本錢低。3.3膜材料3.3.1膜材料的特性3.3.2膜的分類按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜按膜構(gòu)造：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜按材料分：天然高分子材料、合成高分子材料、無機(jī)材料3.3.2膜的分類按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜3.3.3各種膜材料天然高分子材料：醋酸纖維有機(jī)高分子膜： 纖維素酯膜、縮合系聚合物〔聚砜類〕、聚烯烴及其共聚物、脂肪族或芳香族聚酰胺類聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；無機(jī)多孔膜：陶瓷膜、微孔玻璃等3.3.3各種膜材料天然高分子材料：醋酸纖維不同膜材料的特點(diǎn)與應(yīng)用不同膜材料的特點(diǎn)與應(yīng)用3.4膜的構(gòu)造特性①孔道構(gòu)造對稱膜不對稱膜②膜的孔道特性孔徑、孔徑分布和孔隙率3.4膜的構(gòu)造特性①孔道構(gòu)造3.5各種膜組件由膜、固定膜的支撐體、間隔物及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元。目前市售商品膜組件主要有：管式、中空纖維、螺旋卷繞式、平板式共同的特點(diǎn)盡可能大的膜外表積可靠的支撐裝置可引出透過液膜外表濃度差極化到達(dá)最小3.5各種膜組件由膜、固定膜的支撐體、間隔物及收納這些部件1管式膜組件特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、壓力損失少，處理量大、清洗安裝方便、可耐受高壓，用途較板式廣泛。結(jié)構(gòu)：將膜固定在圓管狀支撐體上構(gòu)成管式膜，管式膜并聯(lián)或串聯(lián)，收納在筒狀容器內(nèi)即構(gòu)成管式膜組件。1管式膜組件特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：將膜固定在圓管狀支撐體上構(gòu)成管式膜2平板式膜組件結(jié)構(gòu)：與板式換熱器或加壓葉濾機(jī)相似。由多枚平板膜間隔重疊加工而成，膜間襯設(shè)多孔薄膜，供料液或?yàn)V液流動(dòng)。特點(diǎn)：過濾板相對獨(dú)立、過濾面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、便于清洗、檢修和換膜。但耐受壓力低，適于超濾單元操作。2平板式膜組件結(jié)構(gòu)：與板式換熱器或加壓葉濾機(jī)相似。由多枚平3螺旋卷式膜組件構(gòu)造：將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔網(wǎng)上，兩端密封，膜上下分別襯設(shè)一張料液隔網(wǎng)，卷繞在空心管上構(gòu)成。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比表面積大，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格較便宜；缺點(diǎn)：處理懸浮物濃度較高的料液時(shí)易堵塞。3螺旋卷式膜組件構(gòu)造：將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔網(wǎng)上，特點(diǎn)是膜堆積密度大、結(jié)構(gòu)緊湊，適合低粘度、滲透產(chǎn)量大、濃縮倍數(shù)較低的料液處理和水處理。螺旋卷式膜組件特點(diǎn)是膜堆積密度大、結(jié)構(gòu)緊湊，適合低粘度、滲透產(chǎn)量大4中空纖維式膜組件構(gòu)造：由數(shù)百至數(shù)百萬根中空纖維膜〔內(nèi)徑40－80m)或毛細(xì)管膜〔內(nèi)徑0.25~2.5mm〕固定在圓筒形容器內(nèi)構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)：比表面積最大，可方便地進(jìn)行反洗，造價(jià)低，工業(yè)上普遍使用。缺點(diǎn)：易堵塞，對料液要求高。4中空纖維式膜組件構(gòu)造：由數(shù)百至數(shù)百萬根中空纖維膜〔內(nèi)徑4中空纖維超濾膜成套設(shè)備

采用中空纖維膜組件，具有膜堆積密度大、產(chǎn)水量高、操作壓力低、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，適合粘度較低的料液處理和水處理。中空纖維超濾膜成套設(shè)備采用中空纖維膜組件，具有膜堆積3.6操作特性①濃度極化模型在膜別離操作中，所有溶質(zhì)均被透過液傳送到膜外表上，不能完全透過膜的溶質(zhì)受到膜的截留作用，在膜外表附近濃度升高，這種在膜外表濃度高于主體濃度的現(xiàn)象稱為濃度極化或濃差極化。當(dāng)膜外表附近的濃度超過溶質(zhì)的溶解度時(shí)，溶質(zhì)析出，形成凝膠層，這種現(xiàn)象稱為凝膠極化。3.6操作特性①濃度極化模型操作特性②截留分子量(MMCO)截留曲線：測定分子量不同的球形蛋白質(zhì)或水溶性聚合物的截留率，所得到的膜的截留率與溶質(zhì)分子量之間關(guān)系的曲線。

MMCO只是表征膜特性的一個(gè)參數(shù)，不能作為選擇膜的唯一標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)從多方面(如孔徑分布、耐污染能力等)綜合考慮。一般將在截留曲線上截留率為0.90的溶質(zhì)分子量定義為膜的截留分子量。操作特性②截留分子量(MMCO)MMCO只是表征膜特性的一實(shí)際膜別離過程中影響截留率的因素：溶質(zhì)分子量分子特性不同分子截留率大小順序：球形＞帶支鏈＞線性；對于荷電膜，與膜相反電荷的分子截留率較低；假設(shè)膜對溶質(zhì)有吸附作用，截留率增大。其他高分子溶質(zhì)的影響其他高分子溶質(zhì)的存在使溶質(zhì)截留率增大。操作條件溫度升高，膜面流速提高，截留率降低；pH=pI時(shí)，此時(shí)截留率最大。實(shí)際膜別離過程中影響截留率的因素：③影響膜別離速度的主要因素1)操作形式終端過濾和錯(cuò)流過濾2)流速3)壓力4)料液濃度③影響膜別離速度的主要因素1)操作形式1.污染:由于溶質(zhì)與膜的相互作用而在膜外表和孔內(nèi)吸附，或因濃差極化，溶質(zhì)在膜外表產(chǎn)生沉淀或結(jié)晶，形成“凝膠層〞引起膜性能變化的現(xiàn)象。是一個(gè)不可逆過程。通常它受到膜的化學(xué)特征、蛋白質(zhì)種類、溶液的pH值、無機(jī)鹽濃度、溫度等因素的影響。影響:透過通量大幅度下降；降低目標(biāo)產(chǎn)物的回收率。膜污染是膜技術(shù)應(yīng)用的最大限制因素。3.7膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問題1.污染:3.7膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問題2.防止或減輕膜污染的措施：對料液進(jìn)展預(yù)處理；對膜進(jìn)展預(yù)處理；改變操作條件。2.防止或減輕膜污染的措施：

3.膜的清洗:

膜污染造成膜透水量隨運(yùn)行時(shí)間增長而下降。清洗的方法通常可分為物理方法與化學(xué)方法。

物理方法：一般指用高速流水沖洗。

化學(xué)清洗：通常是用化學(xué)清洗劑對膜迸行清洗。膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問題3.膜的清洗:膜分離技術(shù)應(yīng)考慮的問題清洗劑：水、鹽溶液、稀酸、稀堿、外表活性劑、醇、絡(luò)合劑、氧化劑和酶溶液等。清洗劑選用要求：優(yōu)先考慮水；溫水具有良好的去污能力；不損害膜的過濾性能。清洗劑：水、鹽溶液、稀酸、稀堿、外表活性劑、醇、絡(luò)合劑、氧化中空纖維膜組件常采用反洗和循環(huán)清洗。中空纖維膜組件常采用反洗和循環(huán)清洗。3.8膜別離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)處理效應(yīng)高，設(shè)備易于放大；可在室溫或低溫下澡作，適宜于熱敏感物質(zhì)的分高濃縮；化學(xué)強(qiáng)度和機(jī)械損害最小，減小生物制品失活；無相轉(zhuǎn)變，節(jié)能；有相當(dāng)好的選擇性，可在別離、濃縮的同時(shí)到達(dá)局部純化的目的；選擇適宜的膜與操作參數(shù)，可得到較高回收率；處理系統(tǒng)可密閉循環(huán)，防止外來污染；不外加化學(xué)物質(zhì)，透過液〔酸、堿或鹽溶液〕可循環(huán)使用，降低了本錢，并減少對環(huán)境的污染。3.8膜別離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)處理效應(yīng)高，設(shè)備易于放大；3.9膜別離過程在生物工程中的應(yīng)用過程應(yīng)用對象實(shí)例微濾消毒、澄清收集細(xì)胞培養(yǎng)懸浮液除菌，產(chǎn)品消毒，細(xì)胞收集超濾大分子物質(zhì)分離酶及蛋白質(zhì)的分離、濃縮、純化，血漿分離、脫鹽、去熱原，膜反應(yīng)器反滲透小分子物質(zhì)濃縮單加鹽、非游離酸的分離透析小分子有機(jī)物和無機(jī)離子脫除小分子有機(jī)物或無機(jī)離子3.9膜別離過程在生物工程中的應(yīng)用過程應(yīng)用對象實(shí)例微濾消毒膜生物反響器定義：膜別離過程與生物反響過程耦合的生物反響裝置。應(yīng)用于動(dòng)植物細(xì)胞高密度培養(yǎng)、微生物發(fā)酵和酶反響過程。膜生物反響器定義：膜別離過程與生物反響過程耦合的生物反響裝置膜別離技術(shù)的前景由于膜分高技木具有的高效、節(jié)能、設(shè)備簡單、操作方便、適合生物制品處理籌優(yōu)點(diǎn)，因而在下游技術(shù)中，其作用日益受到重視。根據(jù)近幾年膜工業(yè)開展速度和經(jīng)濟(jì)建立的需求分析預(yù)測：2005年，我國膜市場需求在50億元以上，年均增速繼續(xù)保持在15％左右，2021年，膜市場需求可望超過200億元，將占到世界總量的10～15％。膜別離技術(shù)的前景由于膜分高技木具有的高效、節(jié)能、設(shè)備簡單、膜別離技術(shù)的設(shè)備純化水設(shè)備膜別離技術(shù)的設(shè)備純化水設(shè)備作業(yè)1沉淀分級別離法中相應(yīng)的別離技術(shù)有哪些，原理各是什么？它們實(shí)現(xiàn)沉淀分級的共同原理是什么？2泡沫別離的原理是什么？在泡沫別離中，濃縮純化和提取回收別離過程的區(qū)別有哪些？3微濾、超濾、反滲透、透析、電滲析方法的原理各是什么？4膜污染的主要原因是什么？膜清洗的方法和預(yù)防膜污染的措施有哪些？作業(yè)1沉淀分級別離法中相應(yīng)的別離技術(shù)有哪些，原理各是什么？《初級分離技術(shù)》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！《初級分離技術(shù)》幻燈片本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用一、初級別離1.何為初級別離？初級別離是指從菌體發(fā)酵液、細(xì)胞培養(yǎng)液、胞內(nèi)抽提液〔細(xì)胞破碎液〕及其他各種生物原料初步提取目標(biāo)產(chǎn)物，使目標(biāo)產(chǎn)物得到濃縮和初步別離的下游加工過程。一、初級別離1.何為初級別離？一、初級別離2.在初級別離中常用的相關(guān)技術(shù)①沉淀分級②泡沫別離③膜別離④萃取⑤吸附別離一、初級別離2.在初級別離中常用的相關(guān)技術(shù)2.1何謂沉淀分級？2.1.1定義——是物理環(huán)境的變化引起溶質(zhì)的溶解度降低，生成固體凝聚物的現(xiàn)象。沉淀與結(jié)晶的區(qū)別2.1何謂沉淀分級？2.1.1定義——是物理環(huán)境的變化引起

2.1.2特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：操作簡單、經(jīng)濟(jì)、濃縮倍數(shù)高缺點(diǎn)：針對復(fù)雜體系而言，別離度不高、選擇性不強(qiáng)2.1.2特點(diǎn)2.1.3蛋白質(zhì)外表特性1、蛋白質(zhì)是兩性高分子電解質(zhì)，主要由疏水性各不一樣的20種氨基酸組成。疏水性氨基酸殘基形成親水性氨基酸殘基蛋白質(zhì)外表由不均勻分布的荷電基團(tuán)形成荷電區(qū)、親水區(qū)和疏水區(qū)。2.1.3蛋白質(zhì)外表特性1、蛋白質(zhì)是兩性高分子電解質(zhì)，主要2.蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量在5000~1000000之間，分子直徑約1~20nm，蛋白質(zhì)的水溶液呈膠體性質(zhì)。3.蛋白質(zhì)分子間的靜電排斥作用，形成了雙電層雙電層厚度〔ζ電位〕2.蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量在5000~1000000之間，分子直水化層蛋白質(zhì)膠體溶液雙電層水2.1.4常用沉淀方法的分類2.1.4常用沉淀方法的分類1鹽析沉淀〔Saltinducedprecipitation〕1)鹽溶〔Saltingin〕：在低濃度的中性鹽存在下，蛋白質(zhì)〔酶〕等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度增大的現(xiàn)象。Atlowconcentrationofthesalt,solubilityoftheproteinsusuallyincreasesslightly.ThisistermedSaltingin.1鹽析沉淀〔Saltinducedprecipita鹽析沉淀〔Saltinducedprecipitation〕2)鹽析〔Saltingout〕：在高濃度的中性鹽存在下，蛋白質(zhì)〔酶〕等生物大分子物質(zhì)在水溶液中的溶解度降低，產(chǎn)生沉淀的過程。Athighconcentrationsofsalt,thesolubilityoftheproteinsdropssharply.ThisistermedSaltingoutandtheproteinsprecipitateout.鹽析沉淀〔Saltinducedprecipitatio3)鹽析原理首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在狀態(tài)：兩性電解質(zhì)，由于靜電力的作用，分子間相互排斥，形成穩(wěn)定的分散系蛋白質(zhì)周圍形成水化膜，保護(hù)了蛋白質(zhì)粒子，防止了相互碰撞3)鹽析原理首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在狀態(tài)：3)鹽析原理低鹽溶度下，發(fā)生鹽溶，是因?yàn)椋簾o機(jī)鹽離子在蛋白質(zhì)外表上吸附，使顆粒帶一樣電荷而互相排斥。無機(jī)鹽離子增加了蛋白質(zhì)的親水性，改善了與水膜的結(jié)合，增加了蛋白質(zhì)分子與水分子的相互作用力，使溶解度增大。3)鹽析原理低鹽溶度下，發(fā)生鹽溶，是因?yàn)椋?)鹽析原理——鹽析過程隨著中性鹽的參加，蛋白質(zhì)分散體系出現(xiàn)鹽析現(xiàn)象原因如下：A.無機(jī)離子與蛋白質(zhì)外表電荷中和，形成離子對，局部中和了蛋白質(zhì)的電性，使蛋白質(zhì)分子之間的排斥力減弱，從而能夠相互靠攏；B.中性鹽的親水性大，使蛋白質(zhì)脫去水化膜，疏水區(qū)暴露，由于疏水區(qū)的相互作用導(dǎo)致沉淀。3)鹽析原理——鹽析過程隨著中性鹽的參加，蛋白質(zhì)分散體系出4)影響鹽析的因素鹽的種類和濃度：離子半徑小,帶電荷多的離子鹽析效果好溶質(zhì)種類的影響溶質(zhì)濃度的影響：樣品溶度0.5-2%蛋白質(zhì)濃度大，鹽的用量小，但共沉作用明顯，分辨率低； 蛋白質(zhì)濃度小，鹽的用量大，分辨率高；4)影響鹽析的因素鹽的種類和濃度：離子半徑小,帶電荷多的離4)影響鹽析的因素pH值：影響蛋白質(zhì)表面凈電荷的數(shù)量，通常調(diào)整體系pH值，使其在pI附近；鹽析溫度：大多數(shù)情況下，高鹽濃度下，溫度升高，蛋白質(zhì)失水，蛋白質(zhì)的溶解度反而下降。操作條件應(yīng)溫和,一般在較低溫度下進(jìn)行。4)影響鹽析的因素pH值：影響蛋白質(zhì)表面凈電荷的數(shù)量，通常5)鹽析用鹽的選擇在一樣離子強(qiáng)度下，鹽的種類對蛋白質(zhì)溶解度的影響有一定差異，一般的規(guī)律為：半徑小的高價(jià)離子的鹽析作用較強(qiáng)，半徑大的低價(jià)離子作用較弱陰離子：P04>SO4>CHCOO>Cl>NO3>ClO4>I>SCN陽離子：NH4>K>Na>Mg3-2-------2++++5)鹽析用鹽的選擇在一樣離子強(qiáng)度下，鹽的種類對蛋白質(zhì)溶選用鹽析用鹽的幾點(diǎn)考慮 鹽析作用要強(qiáng)鹽析用鹽需有較大的溶解度溶解度受溫度影響較小鹽析用鹽必須是惰性的鹽溶液密度不高，以便蛋白質(zhì)沉淀和離心別離來源豐富、經(jīng)濟(jì)選用鹽析用鹽的幾點(diǎn)考慮 鹽析作用要強(qiáng)6)常用的鹽析用鹽硫酸銨：溶解度大〔25℃，767g/L〕硫酸鈉磷酸鹽檸檬酸鹽6)常用的鹽析用鹽硫酸銨：溶解度大〔25℃，767g/L〕7)鹽析用鹽的用量選擇飽和度的概念：以硫酸銨為例：25℃時(shí)，硫酸銨的飽和溶解度是767g/L，定義為100%飽和度。如果沉淀某一種蛋白質(zhì)需要60%飽和度的硫酸銨，那么需要硫酸銨固體的量是多少？7)鹽析用鹽的用量選擇飽和度的概念：硫酸銨鹽析操作硫酸銨固體參加法：通常在攪拌下，以少量屢次方式緩慢參加，待參加的硫酸銨溶解后再參加少量的硫酸銨。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液體積不大，所需調(diào)整的硫酸銨濃度不高時(shí)，可采用。硫酸銨鹽析操作硫酸銨固體參加法：硫酸銨固體加入法硫酸銨固體加入法硫酸銨鹽析操作飽和溶液參加法：較溫和的方法，參加飽和的硫酸銨溶液。飽和的硫酸銨溶液的配制:一定量的水中參加過量的硫酸銨，加熱至50-60℃保溫?cái)?shù)分鐘，趁熱過濾，在0℃或25℃平衡1-2天，有固體析出時(shí)即達(dá)100%飽和度。不同飽和度所需參加的量可用公式計(jì)算：S1：原溶液的硫酸銨飽和度S2：要達(dá)到的硫酸銨飽和度S3：加入的硫酸銨飽和度，通常為１００％硫酸銨鹽析操作飽和溶液參加法：S1：原溶液的硫酸銨飽和度鹽析沉淀后，需進(jìn)行脫鹽處理，再進(jìn)行后續(xù)操作脫鹽：透析：透析袋（半透膜）超濾鹽析沉淀后，需進(jìn)行脫鹽處理，再進(jìn)行后續(xù)操作2有機(jī)溶劑沉淀2.1概念：在含有溶質(zhì)的水溶液中參加一定量親水的有機(jī)溶劑，降低溶質(zhì)的溶解度，使其沉淀析出。原理：〔1〕降低了溶質(zhì)的介電常數(shù)，使溶質(zhì)之間的靜電引力增加，從而出現(xiàn)聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致沉淀?！?〕由于有機(jī)溶劑的水合作用，降低了自由水的濃度，降低了親水溶質(zhì)外表水化層的厚度，降低了親水性，導(dǎo)致脫水凝聚。2有機(jī)溶劑沉淀2.1概念：在含有溶質(zhì)的水溶液中參加一定量2.2常用的有機(jī)溶劑沉淀劑乙醇：沉淀作用強(qiáng)，揮發(fā)性適中，無毒，常用于蛋白質(zhì)、核酸、多糖等生物大分子的沉淀丙酮：沉淀作用更強(qiáng)，用量省，但毒性大，應(yīng)用范圍不廣要求：致變性作用要小，毒性要小、揮發(fā)性適中，水溶性要好2.2常用的有機(jī)溶劑沉淀劑乙醇：沉淀作用強(qiáng)，揮發(fā)性適中，無2.3有機(jī)溶劑沉淀的特點(diǎn)分辨率高溶劑容易別離，并可回收使用產(chǎn)品干凈，無需脫鹽等容易使蛋白質(zhì)等生物大分子失活應(yīng)注意在低溫下操作〔有機(jī)溶劑預(yù)冷〕本錢高2.3有機(jī)溶劑沉淀的特點(diǎn)分辨率高2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素溫度：低溫有利于防止溶質(zhì)變性；有利于提高收率〔溶解度下降〕；攪拌速度：散熱溶液pH值：pI2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素溫度：低溫有利于防止溶質(zhì)變2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素樣品濃度：?。喝軇┯昧看螅厥章实?，但共沉淀作用小 濃：節(jié)省溶劑用量，共沉作用強(qiáng)，分辨率低金屬離子的助沉析作用：Zn2+、Ca2+

可減少有機(jī)溶劑的用量2.4影響有機(jī)溶劑沉析的主要因素樣品濃度：3等電點(diǎn)沉淀法3.1原理： 蛋白質(zhì)是兩性電解質(zhì)，當(dāng)溶液pH值處于等電點(diǎn)時(shí)，分子外表凈電荷為0，雙電層和水化膜構(gòu)造被破壞，由于分子間引力，形成蛋白質(zhì)聚集體，進(jìn)而產(chǎn)生沉淀。3.2概念： 調(diào)節(jié)體系pH值，使兩性電解質(zhì)的溶解度下降，析出的操作稱為等電點(diǎn)沉淀。3等電點(diǎn)沉淀法3.1原理：《初級分離技術(shù)》教學(xué)課件由于在等電點(diǎn)附近，溶質(zhì)仍然有一定的溶解度，等電點(diǎn)沉淀法往往不能獲得高的回收率，因此等電點(diǎn)沉淀法通常與鹽析、有機(jī)溶劑沉淀法聯(lián)合使用操作時(shí)的本卷須知：〔1〕由于無機(jī)離子的影響，蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)通常會(huì)發(fā)生“漂移〞〔2〕溶質(zhì)的穩(wěn)定性〔3〕鹽析效應(yīng)由于在等電點(diǎn)附近，溶質(zhì)仍然有一定的溶解度，等電點(diǎn)沉淀法往往不4其它沉淀法選擇性變性沉淀法水溶性非離子型聚合物沉淀劑：如PEG成鹽類復(fù)合物沉淀劑離子型外表活性劑離子型多聚物沉淀劑別離核酸用沉淀劑4其它沉淀法選擇性變性沉淀法4.1選擇性變性沉淀法利用蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子對某種物理或化學(xué)因素的敏感性差異，實(shí)現(xiàn)別離。參加變性劑選擇性酸堿變性選擇性熱變性使用時(shí)需慎重??！4.1選擇性變性沉淀法利用蛋白質(zhì)、酶、核酸等生物大分子對某熱沉淀利用在較高溫度下，熱穩(wěn)定性差的蛋白質(zhì)發(fā)生變性沉淀的現(xiàn)象，別離純化熱穩(wěn)定性高的目標(biāo)蛋白的方法。需對目標(biāo)蛋白和共存雜蛋白的熱穩(wěn)定性有充分了解。熱沉淀4.2水溶性非離子型聚合物沉淀劑non-ionicpolymer:dextransandpolyethyleneglycols(PEG,聚乙二醇)可能有降低蛋白質(zhì)分子外表的水化程度或空間排阻作用。Thisworksbecausetheadditionofthepolymerreducestheamountofwateravailabletointeractwiththeprotein.4.2水溶性非離子型聚合物沉淀劑non-ionicpol4.3成鹽類復(fù)合物沉淀劑此類沉淀劑有以下三種：〔1〕高價(jià)金屬鹽：Cu2+，Ag2+，Zn2+，Ca2+ 與酸性基團(tuán)結(jié)合；〔2〕苦味酸鹽、單寧酸鹽、鞣質(zhì)等，與堿性基團(tuán)結(jié)合〔3〕無機(jī)復(fù)合鹽：磷鎢酸鹽、磷鉬酸鹽等缺點(diǎn)：容易導(dǎo)致活性蛋白的不可逆變性4.3成鹽類復(fù)合物沉淀劑此類沉淀劑有以下三種：4.4離子型外表活性劑十六烷基三甲基季銨鹽的溴化物〔CTAB〕主要用于沉淀酸性多糖。十二烷基磺酸鈉〔SDS〕主要用于沉淀膜蛋白和核蛋白。4.4離子型外表活性劑十六烷基三甲基季銨鹽的溴化物4.5離子型多聚物沉淀劑是一類溫和的沉淀劑，與目標(biāo)蛋白成鹽。核酸〔多聚陰離子〕：用于堿性蛋白的沉淀魚精蛋白〔多聚陽離子〕：用于酸性蛋白的沉淀4.5離子型多聚物沉淀劑是一類溫和的沉淀劑，與目標(biāo)蛋白成鹽2泡沫別離2.1泡沫別離〔foamseparation〕根據(jù)外表吸附的原理，利用通氣鼓泡在液相中形成的氣泡為載體對液相中的溶質(zhì)或顆粒進(jìn)展別離，因此又稱泡沫吸附別離或泡沫分級。2泡沫別離2.1泡沫別離〔foamseparation2泡沫別離2.2泡沫別離原理根據(jù)外表吸附原理，基于溶液中溶質(zhì)〔或顆?！抽g外表活性的差異，外表活性強(qiáng)的物質(zhì)優(yōu)先吸附于分散相與連續(xù)相的界面處，通過鼓泡使溶質(zhì)選擇性的聚集在氣-液界面并借助浮力上升至溶液主體上方形成泡沫層，從而別離、濃縮溶質(zhì)或凈化液相主體的過程。2泡沫別離2.2泡沫別離原理2泡沫別離2.3泡沫別離設(shè)備和過程①設(shè)備：泡沫柱和消泡器②別離過程可分為：間歇泡沫別離，連續(xù)泡沫別離外表活性物質(zhì)泡沫別離，非外表活性物質(zhì)泡沫別離濃縮純化泡沫別離，提取回收泡沫別離2泡沫別離2.3泡沫別離設(shè)備和過程2泡沫別離2.4影響泡沫別離的因素①料液性質(zhì)，如pH值，離子強(qiáng)度，其他添加劑等②外表活性劑③操作條件，如進(jìn)料濃度，氣泡尺寸，氣體流量④泡沫柱高度2泡沫別離2.4影響泡沫別離的因素2泡沫別離2.5應(yīng)用2.5.1泡沫別離的優(yōu)勢①設(shè)備簡單，易于放大②操作簡便，能耗低③可連續(xù)和間歇操作④更適合處理體積龐大的稀料液⑤別離效率高2泡沫別離2.5應(yīng)用2泡沫別離2.5.2實(shí)際應(yīng)用①細(xì)胞的收集或去除②蛋白質(zhì)、多肽和酶的提取別離③中藥有效成分的別離濃縮2泡沫別離2.5.2實(shí)際應(yīng)用3膜別離技術(shù)3.1膜別離的概念：利用膜的選擇性〔孔徑大小〕，以膜的兩側(cè)存在的能量差作為推動(dòng)力，由于溶液中各組分透過膜的遷移率不同而實(shí)現(xiàn)別離的一種技術(shù)。用半透膜作為選擇障礙層，允許某些組分透過而保存混合物中其它組份，從而到達(dá)別離目的的技術(shù)。3膜別離技術(shù)3.1膜別離的概念：利用膜的選擇性〔孔徑大小膜的概念與功能在流體相之間有一層薄的凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔開來成為兩局部，這一薄層物質(zhì)稱為膜。被膜分開的流體相物質(zhì)是液體或氣體膜的厚度應(yīng)在0.5mm以下，否那么不能稱其為膜。膜在別離過程中的功能：物質(zhì)的識(shí)別與透過，界面，反響場。膜的概念與功能在流體相之間有一層薄的凝聚相物質(zhì)，把流體相分隔3.2膜別離技術(shù)的類型膜別離過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于膜的過程，近似于篩分過程，依據(jù)濾膜孔徑大小而到達(dá)物質(zhì)別離的目的，故而可以按別離粒子大小進(jìn)展分類。3.2膜別離技術(shù)的類型膜別離過程的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)透過或被截留于3.2膜別離技術(shù)的類型1.微濾〔Microfiltration,MF〕：以多孔細(xì)小薄膜為過濾介質(zhì)，壓力為推動(dòng)力，使不溶性物質(zhì)得以別離的操作?？捎糜诹Ｗ恿綖?.1μm~10μm的過濾?？蓱?yīng)用于消毒、澄清、細(xì)胞收集等。如培養(yǎng)基液菌體別離與濃縮，產(chǎn)品消毒。3.2膜別離技術(shù)的類型1.微濾〔Microfiltrati3.2膜別離技術(shù)的類型2.超濾〔Ultrafiltration,UF〕：別離介質(zhì)同上，但孔徑更小，可別離或濃縮粒子粒徑為1nm~50nm的可溶性物質(zhì)。適合于酶、蛋白質(zhì)等生物大分子物質(zhì)的別離、濃縮，超濾親和純化，血漿別離，脫鹽，去熱原，在生物工程中應(yīng)用最廣。3.2膜別離技術(shù)的類型2.超濾〔Ultrafiltrat3.2膜別離技術(shù)的類型3.反滲透〔Reverseosmosis,RO〕:

滲透和滲透壓：滲透：膜（不能透過溶質(zhì)）兩側(cè)壓力相等時(shí)，在濃度差作用下，溶劑從溶質(zhì)濃度低的一側(cè)向溶質(zhì)濃度高的一側(cè)透過的現(xiàn)象。滲透壓：滲透現(xiàn)象中，促使水分子透過的推動(dòng)力。3.2膜別離技術(shù)的類型3.反滲透〔Reverseosmo3.2膜別離技術(shù)的類型反滲透：定義：在溶質(zhì)濃度高的一側(cè)施加超過滲透壓的壓力，使溶劑透過膜的操作。是一種以壓力差為推動(dòng)力，從溶液中別離出溶劑的膜別離操作，孔徑范圍在0.1~1nm之間。3.反滲透（Reverseosmosis,RO）:3.2膜別離技術(shù)的類型反滲透：3.反滲透（Reverse3.反滲透〔Reverseosmosis,RO〕：其根本原理為溶解擴(kuò)散。在高于溶液滲透壓的壓力作用下，只有溶液中的水透過膜，而所有溶液中的大分子、小分子有機(jī)物及無機(jī)物全被戳留住。主要用于海水脫鹽，純水制造以及小分子產(chǎn)品如乙醇、糖及氨基酸濃縮等。3.2膜分離技術(shù)的類型3.反滲透〔Reverseosmosis,RO〕：3.2

微濾超濾反滲透○:微粒子●:大分子＋:小分子……..：水

微濾超濾3.2膜別離技術(shù)的類型超濾和反滲透目的：將溶質(zhì)通過一層具有選擇性的薄膜，從溶液中別離出來。別離時(shí)的推動(dòng)力都是壓強(qiáng)，由于被別離物質(zhì)的分子量和直徑大小差異及膜孔構(gòu)造不同，其采用的壓強(qiáng)大小不同。反滲透膜的操作壓力常達(dá)1~10MPa。3.2膜別離技術(shù)的類型超濾和反滲透《初級分離技術(shù)》教學(xué)課件超濾：需要增加流體的靜壓力，改變天然過程的方向，才可能發(fā)生含有低分子量化合物的溶劑流通過膜，此時(shí)的推動(dòng)力是流體靜壓力與滲透壓的壓差；反滲透：過程類似于超濾，只是純?nèi)軇┩ㄟ^膜，而低分子量的化合物被截留。因此，操作壓力比超濾大得多。因此，超濾和反滲透通常又被稱之為“強(qiáng)制膜別離過程〞超濾：需要增加流體的靜壓力，改變天然過程的方向，才可能發(fā)生含3.2膜別離技術(shù)的類型4.透析：用具有一定孔徑大小的、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜將溶質(zhì)溶液與純水分隔，在濃差的作用下，小分子溶質(zhì)透向水側(cè)，水透向溶液一側(cè)。透析膜：孔徑5-10nm,實(shí)驗(yàn)室中常用透析袋應(yīng)用：脫鹽，血液透析特點(diǎn)：以濃差為推動(dòng)力，膜透過通量很小，不適于大規(guī)模生物分離過程，多在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用。3.2膜別離技術(shù)的類型4.透析：用具有一定孔徑大小的、高分3.2膜別離技術(shù)的類型5.電滲析：以電位差為推動(dòng)力，利用離子交換膜的選擇透過性，從溶液中脫除或富集電解質(zhì)的膜別離操作。在直流電場的作用下，由于離子交換膜的阻隔作用，實(shí)現(xiàn)溶液的淡化和濃縮，別離推動(dòng)力是靜電引力。3.2膜別離技術(shù)的類型5.電滲析：以電位差為推動(dòng)力，利用離3.2膜別離技術(shù)的類型電滲析的應(yīng)用：海水和苦水的淡化、廢水處理，氨基酸和有機(jī)酸等小分子的分離純化3.2膜別離技術(shù)的類型電滲析的應(yīng)用：海水和苦水的淡化、廢水3.2膜別離技術(shù)的類型6滲透氣化利用膜與被別離有機(jī)液體混合物中各組分的親和力不同而有選擇的優(yōu)先吸附溶液某一組分及各組分在膜中擴(kuò)散速度不同來到達(dá)別離的目的.3.2膜別離技術(shù)的類型6滲透氣化《初級分離技術(shù)》教學(xué)課件膜別離技術(shù)的類型生物分離中最常用的膜分離技術(shù)是：超濾、微濾和反滲透。膜別離技術(shù)的類型生物分離中最常用的膜分離技術(shù)是：超濾、微濾和3.3膜材料3.3.1膜材料的特性對于不同種類的膜都有一個(gè)根本要求：〔1〕耐壓：膜孔徑小，要保持高通量就必須施加較高的壓力，一般膜操作的壓力范圍在0.1~0.5MPa，反滲透膜的壓力更高，約為1~10MPa?！?〕耐高溫:高通量帶來的溫度升高和清洗的需要〔3〕耐酸堿：防止別離過程中，以及清洗過程中的水解；〔4〕化學(xué)相容性：保持膜的穩(wěn)定性；〔5〕生物相容性：防止生物大分子的變性；〔6〕本錢低。3.3膜材料3.3.1膜材料的特性3.3.2膜的分類按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜按膜構(gòu)造：對稱性膜、不對稱膜、復(fù)合膜按材料分：天然高分子材料、合成高分子材料、無機(jī)材料3.3.2膜的分類按孔徑大?。何V膜、超濾膜、反滲透膜3.3.3各種膜材料天然高分子材料：醋酸纖維有機(jī)高分子膜： 纖維素酯膜、縮合系聚合物〔聚砜類〕、聚烯烴及其共聚物、脂肪族或芳香族聚酰胺類聚合物、全氟磺酸共聚物和全氟羧酸共聚物、聚碳酸酯；無機(jī)多孔膜：陶瓷膜、微孔玻璃等3.3.3各種膜材料天然高分子材料：醋酸纖維不同膜材料的特點(diǎn)與應(yīng)用不同膜材料的特點(diǎn)與應(yīng)用3.4膜的構(gòu)造特性①孔道構(gòu)造對稱膜不對稱膜②膜的孔道特性孔徑、孔徑分布和孔隙率3.4膜的構(gòu)造特性①孔道構(gòu)造3.5各種膜組件由膜、固定膜的支撐體、間隔物及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元。目前市售商品膜組件主要有：管式、中空纖維、螺旋卷繞式、平板式共同的特點(diǎn)盡可能大的膜外表積可靠的支撐裝置可引出透過液膜外表濃度差極化到達(dá)最小3.5各種膜組件由膜、固定膜的支撐體、間隔物及收納這些部件1管式膜組件特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、壓力損失少，處理量大、清洗安裝方便、可耐受高壓，用途較板式廣泛。結(jié)構(gòu)：將膜固定在圓管狀支撐體上構(gòu)成管式膜，管式膜并聯(lián)或串聯(lián)，收納在筒狀容器內(nèi)即構(gòu)成管式膜組件。1管式膜組件特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)：將膜固定在圓管狀支撐體上構(gòu)成管式膜2平板式膜組件結(jié)構(gòu)：與板式換熱器或加壓葉濾機(jī)相似。由多枚平板膜間隔重疊加工而成，膜間襯設(shè)多孔薄膜，供料液或?yàn)V液流動(dòng)。特點(diǎn)：過濾板相對獨(dú)立、過濾面積大、結(jié)構(gòu)緊湊、便于清洗、檢修和換膜。但耐受壓力低，適于超濾單元操作。2平板式膜組件結(jié)構(gòu)：與板式換熱器或加壓葉濾機(jī)相似。由多枚平3螺旋卷式膜組件構(gòu)造：將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔網(wǎng)上，兩端密封，膜上下分別襯設(shè)一張料液隔網(wǎng)，卷繞在空心管上構(gòu)成。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：比表面積大，結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格較便宜；缺點(diǎn)：處理懸浮物濃度較高的料液時(shí)易堵塞。3螺旋卷式膜組件構(gòu)造：將兩張平板膜固定在多孔性濾液隔網(wǎng)上，特點(diǎn)是膜堆積密度大、結(jié)構(gòu)緊湊，適合低粘度、滲透產(chǎn)量大、濃縮倍數(shù)較低的料液處理和水處理。螺旋卷式膜組件特點(diǎn)是膜堆積密度大、結(jié)構(gòu)緊湊，適合低粘度、滲透產(chǎn)量大4中空纖維式膜組件構(gòu)造：由數(shù)百至數(shù)百萬根中空纖維膜〔內(nèi)徑40