生物分离工程第三章综述
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用1.0dm3水制备硫酸铵的饱和溶液，需加
入761g硫酸铵，饱和溶液体积为1.425dm3
加盐方式
采用硫酸铵进行盐析时可按二种方式加入：
①直接加入固体(NH4)2SO4 粉末，工业上常采 用这种方法，加入速度不能太快，应分批加入， 并充分搅拌，使其完全溶解和防止局部浓度过 高；
②是加入硫酸铵饱和溶液，在实验室和小规模 生产中，或(NH4)2SO4 浓度不需太高时，可采 用这种方式，它可防止溶液局部过浓，但加量 较多时，料液会被稀释。
虽然Cohn公式能够描述盐析状态下蛋白
质的溶解度，但它不能体现低盐浓度 （盐溶状态）下蛋白质的溶解度。
盐析操作
硫酸铵是最常用的蛋白质盐析沉淀剂 硫酸铵的溶解度在0～30℃范围内变化很小 20℃时的饱和浓度约为4.05mol/dm3
（534g/dm3)，饱和溶液密度为1.235kg/dm3
蛋白质分子表面的憎水区域和荷电区域
防止蛋白质凝聚沉淀的屏障
⑴蛋白质周围的水化层可以使蛋白质形
成稳定的胶体溶液。 ⑵蛋白质分子间静电排斥作用。（存在 双电层） 因此，可通过降低蛋白质周围的水化层 和双电层厚度（ζ 电位）降低蛋白质溶 液的稳定性，实现蛋白质的沉淀。
蛋白质胶体溶液的稳定性
沉淀操作常在发酵液经过过滤和离心（除 去不溶性杂质及细胞碎片）以后进行，得到的 沉析物可直接干燥制得成品或经进一步提纯， 如透析、超滤、层析或结晶制得高纯度生化产 品。
操作方式可分连续法或间歇法两种，规模 较小时，常采用间歇法。不管哪一种方式操作 步骤通常按三步进行：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
沉淀法操作步骤
①首先加入沉淀剂;
Cohnx 经验式（用浓度代替离子强度）
lgS= β－Ｋs m
式中m 为盐的摩尔浓度.
(16.2)
用盐析法分离蛋白质的二种方法
⑴在一定的 pH值及温度条件下，改变盐的浓度 （即离子强度）达到沉淀的目的，称为“Ｋs” 分级盐析法。
（Ks盐析：固定pH, 温度，改变盐浓度） ⑵在一定的离子强度下，改变溶液的pH值及温 度，达到沉淀的目的，称为“β”分级盐析法。 （β盐析：固定离子强度，改变pH及温度。）
蛋白质可以看作是一个表面分布有正、
负电荷的球体，这种正、负电荷是由氨 基和羧基的离子化形成的，换句话说， 该球体是带有均衡电荷分布的胶体颗粒。 因此，蛋白质的沉淀，实际上与胶体颗 粒的凝聚和絮凝现象相似。 ★静电斥力 ★吸引力
蛋白质/胶体颗粒的凝聚和絮凝现象相似
蛋白质粒子在水溶液中是带电的， 带电的原因主要是吸附溶液中的离子或
沉淀法
生物分子在水中形成稳定的溶液是有条件的， 这些就是溶液的各种理化参数。任何能够影响这 些条件的因素都会破坏溶液的稳定性。 沉淀法就是采用适当的措施改变溶液的理化 参数，控制溶液的各种成分的溶解度，从而将溶 液中的欲提取的成分和其它成分分开的技术。 沉淀法是最古老的分离和纯化生物物质的方 法，但目前仍广泛应用在工业上和实验室中。
Cohn方程式
现在常用 Cohn经验式来表示蛋白质的溶解度 与盐的浓度之间的关系： ㏒S=β－ＫsＩ 式中 S——蛋白质的溶解度，g/L; I－一离子强度等于I=1/2∑mizi2; mi——离子 i的摩尔浓度； Zi——所带电荷； β——常数，与盐的种类无关，但与温度、 pH和蛋白质种类有关; Ks——盐析常数，与温度和PH无关，但 与蛋白质和盐的种类有关。 有时为简单计，也可以用浓度代替离子强度， 则上式成为
3.1.1 蛋白质的表面特性
蛋白质的溶解行为是一个独特的性质，
由其组成、构象以及分子周围的环境所 决定。 一般而言，小分子蛋白质比大分子蛋白 质更易溶解。 蛋白质在自然环境中通常是可溶的，所 以其大部分是亲水的，但其内部大部分 是疏水的。
蛋白质是两性高分子电解质，主要由疏
水性各不相同的 20 种氨基酸组成。在 水溶液中，多肽链中的疏水性氨基酸残 基具有向内部折叠的趋势，使亲水性氨 基酸残基基本分布在蛋白质立体结构的 外表面。即便如此，一般仍有部分疏水 性氨基酸残基暴露在外表面，形成疏水 区。疏水性氨基酸含量高的蛋白质的疏 水区大，疏水性强。因此，蛋白质表面 由不均匀分布的荷电基团形成荷电区、 亲水区和疏水区构成。
沉淀是溶液中的溶质由液相变成固相析出 的过程。采用沉淀的手段，主要是为了通过沉
淀达到浓缩的目的，或者通过沉淀，固液分相
后，除去留在液相或沉积在固体中的非必要成 分；其次，沉淀可以将已纯化的产品由液态变 成固态，加以保存或进一步处理。沉淀方法用 于分离纯化是有选择性的，即有选择地沉淀杂
质或有选择地沉淀所需成分。
②沉淀剂的陈化，促进粒子生长；
③离心或过滤，收集沉淀物。
加沉淀剂的方式和陈化条件对产物的纯度、
收率和沉淀物的形状都有很大影响。
沉淀法的分类
根据所加入的沉淀剂的不同，沉淀法可以分为： （1）盐析法； （2）等电点沉淀法； （3）有机溶剂沉淀法； （4）非离子型聚合物沉淀法； （5）聚电解质沉淀法； （6）高价金属离子沉淀法等。 除第（3）种有机溶剂沉淀法也能适用于抗 生素等小分子外，其他各种方法只适用蛋白质等 大分子。
用硫酸铵分级盐析蛋白质时，盐析出某种蛋
自身基团的电离。因溶液是电中性的，
水中应有等当量的反离子存在。蛋白质
表面的电荷与溶液中反离子的电荷构成
双电层。
3.1.2 盐析沉淀
早在1859年，从血液中分离蛋白质，随 后: 尿蛋白、血浆蛋白。 在蛋白质溶液中加入中性盐后会压缩扩 散双电层、降低ζ电位，即中性盐既会 使蛋白质脱水，又会中和蛋白质所带电 荷，使颗粒间的相互排斥力失去，在布 朗运动的互相碰撞下，蛋白质分子结合 成聚集物而沉淀析出。
内容提要
3 初级分离
3.1沉淀分级 3.2泡沫分离
初级分离特点
初级分离：从各种原料（菌体发酵
液，细胞培养液，细胞破碎液，及 其他各种生物原料）中初步分离和 浓缩得到一定浓度的目标产品。 初级分离的对象：体积大，杂质含 量高； 初级分离技术：操作成本低，适于 大规模生产。
3.1 沉淀分级
入761g硫酸铵，饱和溶液体积为1.425dm3
加盐方式
采用硫酸铵进行盐析时可按二种方式加入：
①直接加入固体(NH4)2SO4 粉末，工业上常采 用这种方法，加入速度不能太快，应分批加入， 并充分搅拌，使其完全溶解和防止局部浓度过 高；
②是加入硫酸铵饱和溶液，在实验室和小规模 生产中，或(NH4)2SO4 浓度不需太高时，可采 用这种方式，它可防止溶液局部过浓，但加量 较多时，料液会被稀释。
虽然Cohn公式能够描述盐析状态下蛋白
质的溶解度，但它不能体现低盐浓度 （盐溶状态）下蛋白质的溶解度。
盐析操作
硫酸铵是最常用的蛋白质盐析沉淀剂 硫酸铵的溶解度在0～30℃范围内变化很小 20℃时的饱和浓度约为4.05mol/dm3
（534g/dm3)，饱和溶液密度为1.235kg/dm3
蛋白质分子表面的憎水区域和荷电区域
防止蛋白质凝聚沉淀的屏障
⑴蛋白质周围的水化层可以使蛋白质形
成稳定的胶体溶液。 ⑵蛋白质分子间静电排斥作用。（存在 双电层） 因此，可通过降低蛋白质周围的水化层 和双电层厚度（ζ 电位）降低蛋白质溶 液的稳定性，实现蛋白质的沉淀。
蛋白质胶体溶液的稳定性
沉淀操作常在发酵液经过过滤和离心（除 去不溶性杂质及细胞碎片）以后进行，得到的 沉析物可直接干燥制得成品或经进一步提纯， 如透析、超滤、层析或结晶制得高纯度生化产 品。
操作方式可分连续法或间歇法两种，规模 较小时，常采用间歇法。不管哪一种方式操作 步骤通常按三步进行：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
沉淀法操作步骤
①首先加入沉淀剂;
Cohnx 经验式（用浓度代替离子强度）
lgS= β－Ｋs m
式中m 为盐的摩尔浓度.
(16.2)
用盐析法分离蛋白质的二种方法
⑴在一定的 pH值及温度条件下，改变盐的浓度 （即离子强度）达到沉淀的目的，称为“Ｋs” 分级盐析法。
（Ks盐析：固定pH, 温度，改变盐浓度） ⑵在一定的离子强度下，改变溶液的pH值及温 度，达到沉淀的目的，称为“β”分级盐析法。 （β盐析：固定离子强度，改变pH及温度。）
蛋白质可以看作是一个表面分布有正、
负电荷的球体，这种正、负电荷是由氨 基和羧基的离子化形成的，换句话说， 该球体是带有均衡电荷分布的胶体颗粒。 因此，蛋白质的沉淀，实际上与胶体颗 粒的凝聚和絮凝现象相似。 ★静电斥力 ★吸引力
蛋白质/胶体颗粒的凝聚和絮凝现象相似
蛋白质粒子在水溶液中是带电的， 带电的原因主要是吸附溶液中的离子或
沉淀法
生物分子在水中形成稳定的溶液是有条件的， 这些就是溶液的各种理化参数。任何能够影响这 些条件的因素都会破坏溶液的稳定性。 沉淀法就是采用适当的措施改变溶液的理化 参数，控制溶液的各种成分的溶解度，从而将溶 液中的欲提取的成分和其它成分分开的技术。 沉淀法是最古老的分离和纯化生物物质的方 法，但目前仍广泛应用在工业上和实验室中。
Cohn方程式
现在常用 Cohn经验式来表示蛋白质的溶解度 与盐的浓度之间的关系： ㏒S=β－ＫsＩ 式中 S——蛋白质的溶解度，g/L; I－一离子强度等于I=1/2∑mizi2; mi——离子 i的摩尔浓度； Zi——所带电荷； β——常数，与盐的种类无关，但与温度、 pH和蛋白质种类有关; Ks——盐析常数，与温度和PH无关，但 与蛋白质和盐的种类有关。 有时为简单计，也可以用浓度代替离子强度， 则上式成为
3.1.1 蛋白质的表面特性
蛋白质的溶解行为是一个独特的性质，
由其组成、构象以及分子周围的环境所 决定。 一般而言，小分子蛋白质比大分子蛋白 质更易溶解。 蛋白质在自然环境中通常是可溶的，所 以其大部分是亲水的，但其内部大部分 是疏水的。
蛋白质是两性高分子电解质，主要由疏
水性各不相同的 20 种氨基酸组成。在 水溶液中，多肽链中的疏水性氨基酸残 基具有向内部折叠的趋势，使亲水性氨 基酸残基基本分布在蛋白质立体结构的 外表面。即便如此，一般仍有部分疏水 性氨基酸残基暴露在外表面，形成疏水 区。疏水性氨基酸含量高的蛋白质的疏 水区大，疏水性强。因此，蛋白质表面 由不均匀分布的荷电基团形成荷电区、 亲水区和疏水区构成。
沉淀是溶液中的溶质由液相变成固相析出 的过程。采用沉淀的手段，主要是为了通过沉
淀达到浓缩的目的，或者通过沉淀，固液分相
后，除去留在液相或沉积在固体中的非必要成 分；其次，沉淀可以将已纯化的产品由液态变 成固态，加以保存或进一步处理。沉淀方法用 于分离纯化是有选择性的，即有选择地沉淀杂
质或有选择地沉淀所需成分。
②沉淀剂的陈化，促进粒子生长；
③离心或过滤，收集沉淀物。
加沉淀剂的方式和陈化条件对产物的纯度、
收率和沉淀物的形状都有很大影响。
沉淀法的分类
根据所加入的沉淀剂的不同，沉淀法可以分为： （1）盐析法； （2）等电点沉淀法； （3）有机溶剂沉淀法； （4）非离子型聚合物沉淀法； （5）聚电解质沉淀法； （6）高价金属离子沉淀法等。 除第（3）种有机溶剂沉淀法也能适用于抗 生素等小分子外，其他各种方法只适用蛋白质等 大分子。
用硫酸铵分级盐析蛋白质时，盐析出某种蛋
自身基团的电离。因溶液是电中性的，
水中应有等当量的反离子存在。蛋白质
表面的电荷与溶液中反离子的电荷构成
双电层。
3.1.2 盐析沉淀
早在1859年，从血液中分离蛋白质，随 后: 尿蛋白、血浆蛋白。 在蛋白质溶液中加入中性盐后会压缩扩 散双电层、降低ζ电位，即中性盐既会 使蛋白质脱水，又会中和蛋白质所带电 荷，使颗粒间的相互排斥力失去，在布 朗运动的互相碰撞下，蛋白质分子结合 成聚集物而沉淀析出。
内容提要
3 初级分离
3.1沉淀分级 3.2泡沫分离
初级分离特点
初级分离：从各种原料（菌体发酵
液，细胞培养液，细胞破碎液，及 其他各种生物原料）中初步分离和 浓缩得到一定浓度的目标产品。 初级分离的对象：体积大，杂质含 量高； 初级分离技术：操作成本低，适于 大规模生产。
3.1 沉淀分级