生物分离工程：03-沉淀(2008)

沉淀一种初级分离技术又是一种制备高纯度产品的方法

广泛用于实验室和工业规模蛋白质等生物产品的分离、浓缩和纯化1

沉淀Precipitation

?

结晶Crystallization

通过加入某些物质或规整的晶体颗粒借助外部条件的变化来降低溶质的溶解度，使要分离的物质 (产物或者待除去物)以固体聚集物的形式从溶剂中分开的方法不定形的固体颗粒，沉淀物一般比较疏松，构成成分复杂，可能是几个组分的聚集物，或者夹杂有相当的杂质、吸附盐类或剩余的溶剂2

沉淀Precipitation

固液分离过程

改变溶解度1.添加另一种溶剂 (非溶剂) 2.添加另一种组分 (盐、聚合物等) 3.改变环境条件 (pH、温度等)

抗生素

典型例子蛋白质

3.1蛋白质的表面特性

蛋白质的溶液特性5

蛋白质构造的骨架R OH H H

COO+ H3 N

NC N C C C N C C O C N C R C R C R C -O HH H O N H H H N N+ O C R C NC C C H CN C O O O H R R

O

O

R

α

αH

O

α

O

α

O

N-C-C-N-C-C-N-C-C6

R group

组成蛋白质氨基酸的分类20种氨基酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸异亮氨酸脯氨酸

1.非极性、疏水、中性

甘氨酸蛋氨酸苯丙氨酸色氨酸

丝氨酸

2.极性、亲水、中性

苏氨酸

半胱氨酸天冬

酪氨酸

3.极性、亲水、酸性谷氨酸赖氨酸精氨酸组氨酸

天冬氨酸

4.极性、亲水、碱性7

蛋白质表面的极性或非极性分布Hydrophobic area Hydrophilic area

超氧化歧化酶 Superxoide dismutase(SOD)8

无所不在的水合作用 ( Hydration )水分子易与极性粒子发生水合

+

+

- -++-+++ -+ --+ - -++ - -++ - -++ - -+++ -+ -

水分子与疏水分子的水笼( Clathrate )效应

●水分子会包围在非极性分子四周，形成类似竹笼的构造，隔离非极性分子，水分子本身的流动性因此而降低

水分子与极性分子的水合作用

水分子与极性分子的“水笼”效应水化层蛋白质形成稳定的胶体溶液防止蛋白质凝聚沉淀11

蛋白分子间的静电排斥作用分子作用力静电斥力

分子作用力静电斥力12

<>

蛋白分子周围的离子分布带电微粒引起周围溶液中离子分布的变化；双电层：紧密层和扩散层扩散层内靠近紧密层，存在假想的颗粒运动剪切面，所包围的溶液以及其中的离子与带电微粒一起运动，可以看作一个整体。剪切面电位——zeta决定静电相互作用电位(ζ)

|ζ|> 30 mV13

3.2非溶剂沉淀Precipitation with non-solvent

非溶剂沉淀所谓非溶剂是相对于溶质及溶质所溶解的原溶液而言的，溶质在这种溶剂中的性质变化跟它在原溶液中的性质变化有较大差异。比较简单的沉淀方法，一般可以简单地把非溶剂加入到进料溶液中，非

溶剂与料液互溶，但能使溶质沉淀出来。

抗生素蛋白质

有机溶剂 (乙醇、丙酮或异丁醇)

水

水

与水互溶的有机溶剂15

非溶剂沉淀µ i (沉淀 )=µ i (溶液 )=µ i (溶液 )+ RT ln yi0混合溶剂化学位µi0(混合溶剂)原溶剂化学位µ i0(原溶剂)

2

1

固体溶质化学位µ i (固体)饱和浓度

溶质浓度 yi

当加入非溶剂时，标准态化学位增大，结果使得溶液变为过饱和，于是产生沉淀，以降低溶液中的溶质浓度，从而达到新的饱和浓度，再次成为稳定状态。16

化学位µi