谷物中功能性成分的提取與分離方法課件

第十章

谷物中功能性成分的提取分離方法細胞破碎的作用和方法第一節(jié)細胞破碎作用方法機械液體剪切超聲波機械攪拌壓力固體剪切研磨桿和臼球磨機壓力Hughes壓榨機‘X’壓榨機非機械脫水空氣干燥真空干燥冷凍干燥溶劑干燥溶胞作用物理作用滲透沖擊壓力釋放凍結(jié)和融化化學作用陽陰離子洗滌劑抗生素甘氨酸酶作用溶菌酶和有關的酶噬菌體溶胞抗菌素機械破碎高速組織搗碎高速勻漿球磨化學方法，酶學破碎物理破碎利用溫度差利用壓力差超聲波分類：按照流動相的狀態(tài)分，如GC，LC等。按照固定相的形式分，如column-chromatography,paper-chromatography,thin-layer等。按照分離過程依據(jù)的物理化學性質(zhì)分：如adsorption-chromatography、ion-exchange、molecularsieve，affinity-chromatography等。色譜分離技術利用吸附劑對不同物質(zhì)的吸附力不同、而使混合物中的各組分分離的方法。吸附色譜分離技術是各種色譜技術中應用得最早的一類。由于吸附劑來源豐富，價格低廉，易再生，裝置簡單，又具有一定的分辨率等優(yōu)點，故至今仍廣泛應用。吸附劑與被吸附物分子之間的相互作用是由范德華力所引起的，其特點是可逆的，即在一定的條件下，被吸附物可以離開吸附劑表面，這稱為解吸作用。一、吸附色譜吸附色譜柱示意圖溶劑洗脫法：加入樣品溶液后，連續(xù)不斷地加入洗脫劑進行沖洗，最初的流出液為純?nèi)軇缓笫俏搅ψ钊醯慕M分，以后逐次出現(xiàn)的物質(zhì)是按吸附力由弱到強的順序分別洗出，吸附力量強的物質(zhì)最后洗脫出來。置換法前緣洗脫法洗脫溶劑洗脫液曲線

二、分配色譜

分配色譜是利用各組分的分配系數(shù)不同而予以分離的方法。分配色譜中，通常采用一種多孔性固體支持物吸著一種溶劑作為固定相，另一種與固定相溶劑互不相溶的溶劑可以沿固定相流動，稱為流動相。當某溶質(zhì)在流動相的帶動下流經(jīng)固定相時，該溶質(zhì)在兩相之間進行連續(xù)的動態(tài)分配，由于各物質(zhì)有不同的分配系數(shù)，移動速率也就不相同，從而達到分離的目的。分配系數(shù)是指一種溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解達到平衡時，該溶質(zhì)在兩相溶劑中的濃度比值。在色譜條件確定后分配系數(shù)是一常數(shù)，以K表示。三、離子交換色譜

離子交換色譜是利用離子交換劑上的可解離基團（活性基團），對各種離子的親和力不同而達到分離目的的一種色譜分離技術，廣泛應用于各種物質(zhì)的分離純化。離子交換劑

含有若干活性基團的不溶性高分子物質(zhì)，即在不溶性母體上引入若干可解離基團（活性基團）而成。不溶性母體的高分子物質(zhì)：苯乙烯樹脂、酚醛樹脂、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖或其它聚合物。活性基團可以是酸性基團：磺酸基(-SO3H)，磷酸基(-PO3H2)，亞磷酸基(-PO2H)，羧基(-COOH)，酚羥基(-OH)等。引入酸性基團的交換劑可離解出H+，與其它陽離子交換，這類離子交換劑屬于陽離子交換劑?；钚曰鶊F是堿性基團：季胺[-N+(CH3)3]，叔胺[-N(CH3)2]，仲胺[-NHCH3]，伯胺[-NH2]等含氨基的基團。引入含氨基堿性基團的交換劑，可與OH-結(jié)合后，與其它陰離子交換，這類離子交換劑屬于陰離子交換劑。離子交換劑的選擇選擇離子交換劑時應考慮下列因素：(1)樣品離子帶何種電荷；(2)離子的濃度；(3)被分離物質(zhì)相對分子量的大小；(4)離子與交換劑的親和力大??；(5)離子交換劑及欲分離物質(zhì)的物理化學特性等。離子交換色譜的操作

離子交換劑預處理裝柱離子交換劑轉(zhuǎn)型（用適當?shù)脑噭┨幚恚汶x子交換劑所帶的可交換離子轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兯枰碾x子，如陽離子交換劑用NaOH處理，可轉(zhuǎn)為Na+型，用HCl處理，則轉(zhuǎn)為H+型；陰離子交換劑用NaOH處理轉(zhuǎn)為OH-型，用HCl處理轉(zhuǎn)為Cl-型等）溶劑或緩沖液平衡上柱（加樣）洗脫和收集（洗脫液中應含有與交換劑的親和力較大的離子，以便把吸附在交換劑上的樣品離子交換下來，樣品中含有多種離子時，與交換劑親和力小的首先被洗脫出來）再生（再次轉(zhuǎn)型）四、凝膠色譜

凝膠色譜，又稱為凝膠過濾、分子排阻色譜或分子篩色譜。它是指以各種凝膠為固定相，利用流動相中所含各物質(zhì)的相對分子量不同而達到物質(zhì)分離的一種色譜技術。Ve：洗脫體積，表示某一組分物質(zhì)從加進色譜柱到最高峰出現(xiàn)時，所需的洗脫液體積；

Vo：外體積，即為色譜柱內(nèi)凝膠顆粒之間空隙的體積；

Vi：內(nèi)體積，即為色譜柱內(nèi)凝膠顆粒內(nèi)部微孔的體積。

當某組分的Ka=0時（即Ve=Vo），說明該組分分子完全不進入凝膠顆粒微孔，洗脫時最先流出；若某組分的Ka=1（即Ve=Vo+Vi）時，說明該組分分子可自由地擴散進入凝膠顆粒內(nèi)部的微孔中，洗脫時，最后流出；若某組分的Ka在0~1之間，說明該組分分子介乎大分子和小分子之間，洗脫時Ka值小的先流出，Ka值大的后流出。分配系數(shù)Ka五、親和色譜

親和色譜是利用生物分子間所具有的專一而又可逆的親和力而使生物分子分離純化的一種色譜技術。具有專一而又可逆的親和力的生物分子是成對互配的，主要的有酶與底物、酶與競爭性抑制劑、酶與輔酶、抗原與抗體、DNA與RNA、激素與其受體等。在成對互配的生物分子中，可把任何一方作為固定相，而對樣品溶液（流動相）中的另一方分子進行親和色譜，達到分離純化的目的。酶與其輔酶是成對互配的，既可把輔酶作為固定相，使樣品中的酶分離純化，也可把酶作為固定相，使樣品中的輔酶分離純化離心分離技術

常速離心機（低速離心機），其最大轉(zhuǎn)速在8000r/min以內(nèi)，相對離心力在l0000g以下高速離心機，轉(zhuǎn)速：l0000~25000r/min，相對離心力達l0000~l00000g超速離心機，轉(zhuǎn)速：25000~80000r/min，最大相對離心力達500000g。按照分離要求，還可以進行差速離心、密度梯度離心和等密度離心。第三節(jié)其他提取分離技術

超臨界流體萃取技術(supercriticalfluidextraction,SCFE)

超臨界流體萃取技術利用超臨界流體(supercriticalfluid,SCF)，即其溫度和壓力略超過或靠近臨界溫度(Tc)和臨界壓力(pc)，介于氣體和液體之間的流體作為萃取劑，從固體或液體中萃取出某種高沸點或熱敏性的成分，以達到分離和提純的目的。純物質(zhì)的壓溫圖

夾帶劑單一組分的超臨界溶劑有較大的局限性，其缺點是：(1)某些物質(zhì)在純超臨界氣體中溶解度很低，如超臨界CO2只能有效地萃取親脂性物質(zhì)，對糖、氨基酸等極性物質(zhì)，在合理的溫度與壓力下幾乎不能萃??；(2)選擇性不高，導致分離效果不好；(3)溶質(zhì)的溶解度對溫度、壓力的變化不夠敏感，使溶質(zhì)從超臨界氣體中分離出來時耗費的能量增加。針對上述問題，在純氣體溶劑中加人與被萃取物親和力強的組分，以提高其對被萃取組分的選擇性和溶解度，這類物質(zhì)稱為夾帶劑(entrainer)。例如由CO2和乙醇（夾帶劑）組成的混合溶劑萃取脂肪酸，可以增加溶解度。膜分離技術是以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，當膜兩側(cè)存在某種推動力（如壓力差、濃度差、電位差等）時，膜兩側(cè)組份選擇性地透過膜，從而達到分離、提純的目的。膜分離技術的出現(xiàn)是分離技術的一個飛躍，豐富了分離手段，大大提高了過濾效率及過濾效果。通過引入膜分離技術可以替代離心、沉降、蒸發(fā)、吸附等傳統(tǒng)的分離手段，提高生產(chǎn)效率、降低運行成本、簡化操作。

膜分離技術微濾（MF）微濾可有效去除物料中的懸浮固體、細菌、膠體及固體蛋白。一般有0.1um至2um孔徑的微濾膜。如果采用無機的膜材料，如不銹鋼管式的微濾膜，還具有以下特點：

化學穩(wěn)定性好，適用于pH2-14的過濾環(huán)境。

機械強度高，可承受10個大氣壓的內(nèi)、外壓，并可反向沖洗。

抗微生物能力強，不與微生物發(fā)生作用，可以在生物工程及醫(yī)藥科學領域中應用。

耐高溫，可使用蒸汽直接消毒、滅菌。

孔徑分布窄，分離效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，收率高，生產(chǎn)消耗低。

膜使用壽命長（7-8年），運行、清洗方便。

通量恢復徹底（耐高溫、強堿性能）。超濾(UF)超濾是根據(jù)物料組份分子量的大小對溶液進行選擇性的分離，從而實現(xiàn)溶液純化、分離或濃縮等目的。分子量的范圍由幾千至幾百萬不等。主要應用于酶、蛋白質(zhì)、多肽、細胞、病毒及多聚糖的純化和濃縮，以及抗生素發(fā)酵液的澄清、脫色等領域。管式、中空纖維、卷式納濾(NF)納濾可以截留分子量大于150-200的物質(zhì)，而部分無機鹽、小分子有機物和水則可以通過。利用納濾膜的這一特性，可以將其應用于化學藥品的濃縮及脫鹽的過程中。納濾（NF）膜介于RO與UF膜之間，對NaCl的截留率較低，只對特定的溶質(zhì)具有高脫鹽率；如對鈣、鎂離子的截留率達96%以上，并可以有效去除水中含有的三鹵甲烷中間體THM（加氯消毒時產(chǎn)生），用于飲用水的凈化、軟化。納濾軟化單元復習題1．

常用的生物細胞破碎方法有