第二章 生物分离和提取技术
生物活性物质的分离与提纯技术

生物活性物质的分离与提纯技术生物活性物质是指那些能够对生命体产生生理上或者药理学上显著影响的物质。
在研究生物活性物质的过程中,活性分子的分离与提纯是非常关键的步骤。
分离提纯技术是将混合的物质分离成单独的组分的一种方法。
当我们从一个复杂的混合物中分离有特殊活性的成分时,需要选择一种准确的分离提纯技术,以便在提取过程中保留活性成分的完整性。
一、离子交换色谱法离子交换色谱法是一种广泛用于生物分离和提纯的技术。
从水性溶液中分离分子时,离子交换柱可以将带电离子性分子分离出来,而留下未带电分子。
这种分离技术是通过将离子交换树脂与离子交换用来清除有问题分子的化合物结合进行的,该化合物可以与样品中的毒素或其他有害物质结合,并将这些化合物从样品中移除。
这种技术还可以用于分离DNA和RNA的不同形式,例如线性化和超螺旋化形式。
二、层析技术层析技术是将混合物中的不同成分通过在固相和液相之间交替传递中逐渐分离的技术。
在层析柱中,分子将在移动相流动时根据其特定化学性质进行分离。
例如,根据分子大小,首先流过去的是较小的分子,然后是较大的分子。
静态工艺也可以使用此技术。
三、电泳分离技术电泳是另一种分离提纯技术,通过使用电场分离分子。
这使得通过在凝胶中移动受电泳影响的分子成为可能,其中不同的分子将根据其分子量迁移不同的距离。
在DNA和RNA分离,筛选和可视化的过程中使用了电泳。
这种技术还被用于蛋白质分离,丰富和结晶。
四、透析透析是通过固定膜的膜分离技术针对较小分子进行的一种分离技术。
透析可以分离溶液中单一的小分子,并通过选择合适的膜来去除溶液中的杂质。
这种技术通常用来清除小分子,例如盐或药物残留物。
总之,分离和提纯是分子生物学和生物化学领域极为重要的步骤。
离子交换色谱法、层析技术、电泳分离技术和透析等技术能够帮助人们将混杂的混合物分离成单独的组成部分,以便进行更精确的研究并应用生物活性物质。
在不同的实验中应用不同的分离技术可以将研究活性物质的精度提高到新的水平,从而推动人们在生命科学领域和药物研究中有更大的发现。
生物活性物质提取和分离技术

生物活性物质提取和分离技术生物活性物质指的是具有生物学效应的物质,它们可以用于药物、化妆品、保健品等领域。
生物活性物质的提取和分离是整个生产过程的重要步骤。
本文将介绍一些常用的生物活性物质提取和分离技术。
一、超声波提取法超声波提取法是一种利用超声波的力量来促进提取物的过程。
它的主要原理是通过超声波的作用使提取物中的化学键发生断裂,从而促进溶液中的成分释放。
具体操作步骤如下:1. 将样品用适当的溶剂浸泡一段时间。
2. 将样品和溶剂放入超声波提取器中。
3. 开始超声波提取过程,持续一定时间。
4. 将提取液处理后即可得到目标物。
超声波提取法具有高效、无需高温高压、无污染等优点,因此广泛应用于生物活性物质的提取。
二、超临界流体提取法超临界流体提取法是一种利用超临界流体(即超过临界点的液态物质)的溶解作用来提取目标物的新技术。
它具有溶液中溶解度高、提取速度快、溶剂回收易等特点。
具体操作步骤如下:1. 将样品用适当的溶剂浸泡一段时间。
2. 将浸泡后的样品放入高压容器中。
3. 注入超临界流体进行提取。
4. 经过调节压力和温度等参数后,得到提取液。
超临界流体提取法具有无残留、高回收率,不损伤目标物等优点。
三、微波辅助提取法微波辅助提取法是一种利用微波辐射来促进提取物的过程。
它的主要原理是微波能量通过振动分子的方式,将样品内部的化学结构打破,从而促进提取过程。
具体操作步骤如下:1. 将样品加入微波捕获器中。
2. 加入适量的溶剂后,加入酸或碱等试剂。
3. 开始微波辅助提取过程。
4. 取出提取液并进行后续处理。
微波辅助提取法具有快速、高效、能够同时提取多种目标物等优点。
四、凝胶过滤法凝胶过滤法是利用凝胶滤膜对不同大小分子的物质进行分离的技术。
它的原理是利用滤膜孔径的大小,从而使大分子物质无法穿过而被拦截下来。
具体操作步骤如下:1. 将提取物滤过凝胶滤膜。
2. 分离不同分子大小的物质。
3. 对分离得到的目标物进行后续处理。
生物活性物质的提取和分离技术

生物活性物质的提取和分离技术生物活性物质是指可以对生物体产生生理、药理或者化学影响的物质。
生物活性物质广泛存在于植物、动物和微生物中,具有广泛的生物效应,如抗炎、抗菌、抗肿瘤等。
因此,生物活性物质的提取和分离技术在生物药物研究和生产中具有重要的意义。
一、提取技术生物活性物质的提取技术是指从生物体中提取出有效成分的过程。
提取技术包括传统的浸提、浸泡、水蒸气蒸馏、微波提取等方法,以及新型的超声波提取、PFE萃取等方法。
浸提法是利用溶剂将需要提取的成分从原料中分离出来。
将细粉末或切碎的原料与溶剂混合后,静置一段时间使其充分浸泡后,通过过滤或离心分离出溶液,即可得到提取物。
浸提法操作简单,但是提取效率低。
PFE萃取技术是以二氧化碳为萃取剂,通过高压和高温条件将二氧化碳转变成超临界流体,使溶剂和矩阵中物质的溶解性增大,从而实现萃取。
该技术提取效率高,适用于多种原料。
但是,在反应过程中,需要对压力和温度严格控制,操作较为复杂。
二、分离技术从提取物中分离出纯化的生物活性物质是生物活性物质研究中重要的一步。
分离技术包括色谱技术、电泳技术、过滤技术等。
色谱技术是分离生物活性物质的传统方法之一。
常用的色谱技术包括薄层色谱、GC、HPLC等。
其中,HPLC是目前最常用的色谱技术。
该技术可以对混合物进行精确分离,分离效率高,且操作简单。
电泳技术是一种采用电场作为驱动力的生物分离技术,适用于分离蛋白质、核酸等大分子生物活性物质。
常用的电泳技术包括SDS-PAGE、蛋白质电泳等。
该技术分离程度高,分离结果精确。
三、结合技术在实际应用中,生物活性物质的提取和分离技术往往会结合多种技术进行。
如超声波辅助萃取结合薄层色谱技术等。
该方法操作简单,适用于多种原料,提高了生物活性物质的提取效率及纯化程度。
总之,生物活性物质的提取和分离技术是生物药物研究和生产的重要的前提。
随着科技的发展,越来越多的新型技术被应用于生物活性物质的提取和分离中,加速了生物活性物质的研究进程。
生物分离工程第二章

此,将式(1)中的g用Zg代替,可得离心沉降速度Vs
为
s
2
2
d
2 P
(
S
9 L
L)N 2r
或
s
dr dt
Sr
2.N
12
即:
vs dP 2 (S L ) r 2 18 L
13
提高离心沉降速度的主要措施
vs dP 2 (S L ) r 2 18 L
d - 颗粒直径; ρS - 固体颗粒密度; ρL -液体介质密度; µL- 液体介质粘度; ω -旋转角速度; r -转轴中心到颗粒中心距离
第二章 细胞分离与破碎
1
总体学习目的和要求
通过本章学习,要求掌握细胞分离 和目标产物释放的原理和方法,熟知各 种方法的优缺点和应用范围。
2
固液分离的目的
• 收集含生化物质的液相,分离除去固体悬浮物 (细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和 它们的絮凝体等)。
• 收集胞内产物的细胞或菌体,分离除去液相。
7
子絮凝剂:架桥作用形成大絮凝团 – 引入外力
8
离心沉降
• 离心沉降是利用沉降设备使流体和颗粒旋转, 在离心力的作用下,由于颗粒和流体间存在密度 差,所以颗粒沿径向与流体产生相对运动,从而 使颗粒和流体分离。
9
应用
• 1878年 瑞典 牛奶——奶油 • 1896年 用于回收酵母 • 离心分离技术在生工方面主要用于:分
干燥 处理
珠磨法 撞压击榨法 高
压 匀 浆
超 酶溶法 声 破 碎
溶胞 作用 化学法 物理法
44
四、细胞破碎方法及其原理
机械破碎 物理破碎
通过机械运动产生的剪切 力,使组织、细胞破碎。
生物活性物质的分离与提取技术

生物活性物质的分离与提取技术随着人们对生物资源开发利用的需求不断增加,生物活性物质的分离与提取技术成为了各界研究的热点。
生物活性物质是指具有生物学活性和药用活性的物质,包括天然产物、植物提取物、微生物代谢物等。
本文将介绍一些常用的生物活性物质分离与提取技术,并以角鲨糖苷为例进一步探讨其技术优劣以及市场前景。
一、生物活性物质分离技术(1)层析法层析法是目前应用最广泛的生物活性物质分离技术之一。
层析法根据生物大分子在不同介质中迁移速度的不同来实现物质的分离。
例如,离子交换层析法可以通过样品中物质与特定离子交换树脂的离片进行竞争吸附和解离,从而达到分离目的。
此外,还有凝胶过滤、亲和层析等不同种类的层析法,可以针对不同的分离目标选择合适的方法。
(2)电泳法电泳法是通过物质在电场中的迁移速度差异,实现对物质的快速分离的一种技术。
电泳法具有分离速度快、分离效率高、分离效果稳定等优点,因此常被用于大分子蛋白质、核酸和多肽等生物活性物质的分离。
(3)萃取法萃取法是一种将分配相(如水或有机溶剂)和样品分别置于两个相互接触的不同层中,通过相互溶解和重复提取来分离目标物的方法。
目前萃取法技术应用广泛,常被用于从天然植物、蛋白质等复杂物质中提取生物活性成分。
二、生物活性物质提取技术(1)超声波提取法超声波提取法是利用超声波的空化效应,对物料进行快速变化的液相和各相之间的过渡,从而达到分离目的的一种技术。
超声波提取法具有操作简便、提取时间短、提取效率高等特点,已被广泛应用于生物活性物质的提取。
(2)微波辅助提取法微波辅助提取法是指利用微波场对待提取物料进行加热,改变被提取物质和提取剂之间的相互作用,以实现有选择地提取目标物的技术。
微波辅助提取法常被用于从天然植物、中药材等生物活性物质中提取有效成分。
(3)超临界流体提取法超临界流体提取法是一种将溶剂(如二氧化碳)在临界状态下进行物质提取的技术。
超临界流体提取法具有提取效率高、无环境污染、无残留溶剂等特点,因此已被广泛应用于生物活性物质的提取。
天然药物化学 第二章 提取与分离 第二节

提取液
加入试剂
沉淀
降低溶解度 或发生沉淀反应
过滤
(一)乙醇沉淀法
(二)酸碱沉淀法
(三)利用沉淀试剂进行分离
产物
(一)乙醇沉淀法
通过改变溶剂极性而改变成分溶解度的方法
水提液+乙醇 含醇量>80%
极性改变
蛋白质、淀粉、树胶、 粘液质(亲水性成分)改变 (亲脂性成分)
如:黄连中提取小檗碱时加NaCl
五、透析法
半透膜过滤。 如:除去皂苷、多糖中的无机盐、单糖、
双糖等小分子。
课堂练习
(一)单项选择题
与判断化合物纯度无关的是( )
A.熔点的测定 B. 观察结晶的晶形
C. 闻气味
D. 测定旋光度
E. 观察色泽
(二)多项选择题
透析法适用于分离( )
A. 酚酸与羧酸 B. 多糖与单糖
杂质的存在会阻碍或延缓结晶的形成
容易结晶。
欲结晶成分在混合物中的含量越高越
溶液浓度高易于析出结晶。但过高也不好。
低温有利于结晶析出
长时间放置有利于结晶析出,且结晶大而纯。 加入少量晶种有利于结晶析出
四、盐析法
在水提液中,加入无机盐[如:NaCl,Na2SO4 , MgSO4, (NH4)2SO4等]至一定的浓度,可使某些溶解度较小的 成分沉淀出来,而与溶解度大的成分分离。
趁热过滤
沉淀
(不溶性杂质)
热溶液
有效成分 结晶
低温过滤
有效成分 析出结晶
母液
低温放置 (或蒸发出部分 溶剂后低温放置)
1.选择适宜的溶剂。 ①不与欲结晶成分发生化学反应。
②对欲结晶成分热时溶解度大,冷时溶解度小。
③常均对不用杂溶质溶。的剂)溶:解度水非、常冰大或醋者酸非、常小甲(醇冷、热均乙溶或 溶醇解、度非丙常酮大、:杂乙质酸留乙在母酯液、中三。 氯甲烷、 溶四解氯度非化常碳小、:趁石热油过醚滤 等。(选择一种 ④有一定的挥或发性两,种沸及点适以中上。)
生物活性物质的分离和提取技术

生物活性物质的分离和提取技术生物活性物质是指具有生物活性的化合物,如药物、食品添加剂、化妆品等。
它们具有复杂的化学结构和多种生物活性,对人体健康具有重要作用。
在生物活性物质的研究开发中,分离和提取技术是非常重要的。
生物活性物质来源于不同的生物体,包括植物、动物、微生物等。
分离和提取技术是一种将复杂混合物分解成单一或特定的化合物的方法。
植物是一种常见的生物活性物质来源。
为了从植物中分离和提取出生物活性物质,我们需要经过一系列的处理。
首先,我们需要从植物中采集原料,然后进行粗提取。
粗提取通常采用溶剂提取法,这种方法能够很好地将生物活性物质从植物中提取出来。
但是,粗提取中含有大量的杂质,需要进行进一步的分离和提取。
在进一步的分离和提取过程中,我们需要根据不同的性质,采用不同的分离和提取技术。
比如,对于极性物质,我们可以采用毛细管电泳技术进行分离;对于非极性物质,我们可以采用横向分子层析技术进行分离。
此外,还可以采用高效液相色谱技术和气相色谱技术等,这些技术能够有效地分离和提取出生物活性物质。
除了植物,动物和微生物也是生物活性物质的重要来源。
对于动物和微生物中的生物活性物质,其分离和提取技术也有所不同。
对于动物,我们采用的分离和提取技术主要包括胶体电泳、凝胶电泳、免疫学技术等。
对于微生物,我们可以采用发酵、微生物免疫学技术等进行提取和分离。
在生物活性物质的分离和提取过程中,还需要注意一些技术细节。
比如,在选择溶剂进行提取时,需要注意相溶性、挥发性、毒性等;在选择分离和提取技术时,需要根据样品的性质和复杂程度进行选择;在进行分离和提取时,需要注意不同物质的相互作用等。
总之,生物活性物质的分离和提取技术是一项重要的科研工作。
它不仅能够从生物体中提取出具有生物活性的化合物,而且还能够解决化合物的分析和鉴定问题。
我们需要掌握不同的分离和提取技术,以便能够更好地开发和利用生物活性物质。
《提取和分离》课件

广泛应用于生物医药、食品工业等领域,如蛋白质的分离纯化、天然 产物的提取等。
优点
分离效果好,特别是对于性质相似的物质分离效果显著。
缺点
操作较为复杂,需要选择合适的固定相和流动相,且有时需要较高的 成本。
电泳分离法
原理
利用不同物质在电场中的迁移速度差异,使各组分在电场中实现分离。
应用
用于蛋白质、核酸等生物大分子的分离和纯化,如SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳等。
究和应用提供依据。
CHAPTER 05
案例分析
植物中有效成分的提取和分离
提取
植物中有效成分的提取通常采用溶剂 萃取法,根据不同成分在溶剂中的溶 解度差异,将有效成分从植物组织中 分离出来。常用的溶剂包括甲醇、乙 醇、丙酮等。
分离
提取后的成分可能包含多种杂质,需 要进行分离纯化。常用的分离方法包 括沉淀法、色谱法、膜分离等。
放出来。
应用范围
适用于那些具有较高稳定性、 耐受性的成分。
优点
提取效率高、时间短、对某些 活性成分的保存较好。
缺点
设备成本较高,且对某些热敏 性成分不太适用。
超临界流体提取法
原理
利用超临界流体(如二氧化碳)作为 溶剂,通过改变压力和温度来提取目 标成分。
应用范围
适用于那些具有较高挥发性、热敏性 的成分。
优点
提取效率高、对活性成分的保存较好 、无溶剂残留。
缺点
设备成本高、操作条件较为苛刻。
微波辅助提取法
原理
应用范围
利用微波产生的热量和振动效应,使目标 成分从原料中释放出来。
适用于那些具有较高极性或亲水性的成分 。
优点
缺点
提取效率高、时间短、对某些活性成分的 保存较好。
第二章_细胞破碎技术

革兰氏阳性菌的细胞壁较厚,肽聚糖占 40 %一 90%,其余是多糖和磷壁酸。 革兰氏阴性菌的肽聚糖层较薄,最外面还有一 较厚的外壁层,外壁层主要由脂蛋白,脂多糖 组成。
破碎细菌的主要阻力是来自于肽聚糖的网 状结构,其网状结构的致密程度和强度取决 于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联的 程度,如果交联程度大,则网结构就致密。
W S K 卧 式 高 效 全 能 珠 磨 机
ZM 系 列 卧 式 密 闭 珠 (砂) 磨 机
(三)超声破碎法 工作原理:利用超声波振荡器发射的1525kHz的超声波处理细胞悬浮液,由于超 声波的空化作用而使细胞破碎。 特点:超声波振荡容易引起温度的剧烈 上升,操作时可以在细胞悬浮液中投入 冰或在夹套中通入冷却剂进行冷却。
二、植物细胞
真核细胞具有真正的细胞核,其结构要比 原核生物复杂的多。和原核细胞一样,真 核细胞也具有一层细胞膜。 除了细胞膜,真核细胞具有一些有特殊作 用的细胞器。 植物和大多数真菌具有细胞壁。
动 物 细 胞 模 式 图
植 物 细 胞 模 式 图
对于已停止生长的植物细胞来说,其细胞 壁可分为初生壁和次生壁两部分。初生壁 是细胞生长时期形成的。次生壁是细胞停 止生长后,在初生壁内部形成的结构。
一、微生物细胞
细胞外层结构
革兰氏阴性菌(Gram-negative),泛指革兰氏染色反应呈红色的细菌。葡萄 球菌、链球菌。 革兰氏阳性菌(Gram Positive)是能够用革兰氏染色染成深蓝或紫色的细菌。 大肠杆菌。
各种微生物细胞壁的结构及组成
微生物 壁厚(nm) 层 革兰式阳性菌 革兰式阴性菌 酵母 20~80 单层 肽聚糖(40~90%) 多糖 胞壁酸 主要组成 蛋白质 脂多糖 破碎难易程度 难 10~25 100~300 多层 多层 肽聚糖(5~10%) 葡聚糖(30~40%) 脂蛋白 甘露聚糖 (30%) 脂多糖 磷脂 蛋白质 蛋白质 脂类 相对易 最难
植物生物化学物质的提取与分离技术研究

植物生物化学物质的提取与分离技术研究植物是广泛存在于地球上的生物种类,它们在地球上的生命系统中拥有着重要的角色,不仅是吸收二氧化碳和释放氧气的过程中,也在数千年来一直服务于人类的生活,例如食物的来源、药物的研制等等。
植物中所含的生物化学物质则成为了人们关注研究的重要对象之一。
提取与分离技术是研究植物生物化学物质的一个重要的方面,下面将会对这个领域进行一些探讨。
一、提取技术的研究1. 超音波提取技术在植物生物化学物质的提取方面,超声波是一种常见而有效的技术。
超声波提取技术利用了超声波的物理效应,对被提取物的细胞结构产生一定的干扰和震荡,使细胞壁裂解,从而释放出生物化学物质。
该技术具有非常有效和高效的特点,品质稳定性也比较好。
超声波提取技术适用于提取大多数的植物生物化学物质,尤以脂质、香料、颜色、蛋白质等为主。
相比于传统的提取技术,超声波提取可以减少溶剂用量,提高生物化学物质的提取率,同时也提高了提取效率。
2. 微波提取技术微波提取技术是一种快速提取方法,它通过对样品施加特殊的微波能量,破坏细胞膜机构从而使生物化学物质释放出来。
与传统的提取方法相比,微波提取短时间内便可获取高品质的提取物,提取过程中不需任何溶剂,同时也不存在样品污染的问题。
由于微波提取技术操作简单、效率高、提取质量优等优点,已逐渐成为植物生物化学物质提取领域的主要方法之一。
在植物中提取香料、色素和酶等方面的应用也十分广泛。
3. 乙醇提取技术乙醇提取技术是一种比较传统的提取植物生物化学物质的方法。
在高温、高压条件下,将植物样品沉浸在乙醇中,通过传质作用将目标物质溶于乙醇中。
该提取技术较为简便、成本低且对样品稳定性影响较小,同时可以对大多数植物生物化学物质进行提取。
二、分离技术的研究1. 气相色谱技术气相色谱技术是植物生物化学物质分离与鉴定的重要分析方法。
该技术将样品与载气一起注入气相色谱柱中,在柱子中通过分子大小与亲和性的差异物质分离,最终得到目标物质的结果。
生物化学实验技术(2)常用分离技术

二.硫酸铵的使用
硫酸铵中常含有少量的重金属离子, 硫酸铵中常含有少量的重金属离子,对蛋白质巯基 有敏感作用,使用前必须用H 处理: 有敏感作用,使用前必须用H2S处理:将硫酸铵配成浓 溶液,通入H 饱和,放置过夜, 溶液,通入H2S饱和,放置过夜,用滤纸除去重金属离 浓缩结晶,100℃烘干后使用 烘干后使用。 子,浓缩结晶,100℃烘干后使用。 另外,高浓度的硫酸铵溶液一般呈酸性(PH=5.0左 另外,高浓度的硫酸铵溶液一般呈酸性(PH=5.0左 ),使用前也需要用氨水或硫酸调节至所需PH。 使用前也需要用氨水或硫酸调节至所需PH 右),使用前也需要用氨水或硫酸调节至所需PH。
第三节 其他沉淀法一.Fra bibliotek电点沉淀法 二.生成盐复合物沉淀法 三. 选择性变性沉淀 四.非离子多聚物沉淀法
一.等电点沉淀法
两性电解质分子上的净电荷为零时溶解度最低, 两性电解质分子上的净电荷为零时溶解度最低,不同的 两性电解质具有不同的等电点,以此为基础可进行分离。 两性电解质具有不同的等电点,以此为基础可进行分离。 利用等电点除杂蛋白时必须了解制备物对酸碱的稳定性, 利用等电点除杂蛋白时必须了解制备物对酸碱的稳定性, 不然盲目使用十分危险。 不少蛋白质与金属离子结合后, 不然盲目使用十分危险。 不少蛋白质与金属离子结合后,等 电点会发生偏移,故溶液中含有金属离子时,必须注意调整PH 电点会发生偏移,故溶液中含有金属离子时,必须注意调整PH 值。 等电点法常与盐析法、 等电点法常与盐析法、有机溶剂沉淀法或其他沉淀方法联 合使用,以提高其沉淀能力。 合使用,以提高其沉淀能力。
使用硫酸铵时: 使用硫酸铵时:
1)必须注意饱和度表中规定的温度,一般有0℃或室温两种, )必须注意饱和度表中规定的温度,一般有 ℃或室温两种, 加入固体盐后体积的变化已考虑在表中; 加入固体盐后体积的变化已考虑在表中; 2)分段盐析中,应考虑每次分段后蛋白质浓度的变化。一种 )分段盐析中,应考虑每次分段后蛋白质浓度的变化。 蛋白质如经二次透析,一般来说,第一次盐析分离范围( 蛋白质如经二次透析,一般来说,第一次盐析分离范围(饱 和度范围)比较宽,第二次分离范围较窄。 和度范围)比较宽,第二次分离范围较窄。 3)盐析后一般放置半小时至一小时,待沉淀完全后才过滤或 )盐析后一般放置半小时至一小时, 离心。过滤多用于高浓度硫酸铵溶液,因为此种情况下, 离心。过滤多用于高浓度硫酸铵溶液,因为此种情况下,硫 酸铵密度较大, 酸铵密度较大,若用离心法需要较高离心速度和长时间的离 心操作,耗时耗能。离心多用于低浓度硫酸铵溶液。 心操作,耗时耗能。离心多用于低浓度硫酸铵溶液。
第二章提取、分离、鉴定教学提纲

三七的水提液 MgSO4 至饱和 (三七皂苷乙)
(三)简单萃取法(simple extraction)
原理:利用混合物中各成分在两种互不相溶的 溶剂中分配系数的不同而达到分离的方法。 分配系数相差越大,分离效率越高。
纳滤 反渗透
1-10nm ≤1nm
去除分子量为 3000-1000 的小分子物质,集 浓缩与透析于一体。
仅透过小分子溶剂,截留无机盐,金属离子, 和低分子量的物质。制备医用水,注射用水, 医用透析水;水的脱盐纯化
膜分离技术在中药提取分离中的应用
➢ ①用于提取中药有效成分 ➢ ②用于制备中药注射剂及大输液 ➢ ③用于制备中药口服液 ➢ ④用于制备药酒等其他中药制剂
保。 ➢ ③选择性高。 ➢ ④适用范围广(热原,细菌→有机物,无机物)。 ➢ ⑤可实现连续化和自动化操作,易与其他生产过程匹配,满足中
药现代化生产要求。
膜分离技术的类型
类型 范围
应用
微滤
≥0.1μm
截留颗粒物,液体的澄清,细菌的去除;超 滤和反渗透的前处理。
超滤
除颗粒,除菌,澄清;除病菌,热原,胶体, 10-100nm 蛋白等大分子物质。用于分离提纯和浓缩。
pH梯度萃取法
总提取物/乙酸乙酯 酸性 水萃取
酸水层 调pH12,有机溶剂萃取
有机层 NaHCO3
有机层
水层
NaHCO3层
(碱性物质)(糖等强极性、 酸化,有机溶剂萃取
有机层 NaOH液提萃取
中性物质)
生物样品分离提取技术研究

生物样品分离提取技术研究随着生物学领域技术的日益发展,生物样品分离提取技术也逐渐成为了生物研究中一个重要的环节。
生物样品分离提取技术是指将复杂生物样品中的目标物质从其复杂混杂的体系中分离出来,并提取出需要的样品成分。
其中,样品的类型和提取的内容都可能会对提取结果产生影响,因此在生物研究中,生物样品的特性和提取方法选择极为重要。
本文将对生物样品分离提取技术进行一个简要分析和总结。
一、样品特性生物样品通常来源于细胞、组织、器官或者是生物体内的分泌物等物质。
不同的样品会具有不同的特性,例如来源、种类、含量、结构、大小、多样性等等,因此对于不同的样品可能会有不同的提取方式。
关于样品要素的研究也是生物样品分离提取技术研究的重要一环。
例如,对于来源于血液中的样品,有许多种分离提取方法可供选择。
比如,可以利用血液中生化分子的性质来分离提取,例如蛋白质、核酸、糖等,或者是利用红细胞、白细胞、血小板等细胞元素来进行分离。
此外,来源于组织中的样品,可能还需要进行组织细胞的破碎、分离和提取,才能够提取出所需的生物样品成分。
在样品的提取过程中,液相、固相、气相(或者是衍生物等)的选择应该根据研究目的和样品特性来确定。
二、提取方法在生物样品分离提取技术研究中,提取方法的选择对于提取结果有重要影响。
未能选择合适的提取方法,可能会使得实验结果偏差较大,难以进行下一步的研究设计。
因此,选择适合自己的提取方法极为重要。
生物样品分离提取技术的方法较多,例如,离心法、免疫卡、共沉淀法、电泳法、柱层析法、固相萃取等等。
其核心的作用是利用给定的化学和物理方法在不同的样品中提取出所需要的化合物。
这些方法基于样品特性和研究目的的不同,可能需要选择不同的方法组合。
例如,对于蛋白质分离,可以选择凝胶电泳和免疫卡等较为常用的技术,对于核酸分离,可以使用离心法或者是凝胶电泳,对于药物分析等,可以选择柱层析法、高压液相色谱法等等。
相对而言,无论是生物样品的来源、种类以及它的提取方式等等,都是生物样品分离提取技术研究的重要方面。
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大多数细胞表面都有一定 的电荷,絮凝过程是加入 电解质后,相同电荷的排 斥以及细胞表面水合程度 不同而产生聚并的过程。 Kakii通过实验证实细胞表 面的离子键和氢键参与了 细胞的絮凝过程。
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常见的絮凝剂
絮凝剂从化学结构看,主要分为三类:高聚物、 无机盐、有机溶剂及表面活性剂。 有机溶剂:成本高、用量大。如乙醇、丙酮和甲醛 无机絮凝剂:效果好、但通用性不好 阳离子对带负电的胶粒凝聚能力的次序为:
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絮凝技术 目的:
1 、增大悬浮液中固体粒子的大小,提高其沉降 速度; 2、降低发酵液粘度(结合其他的预处理方法, 如稀释、加热等);
3、采用普通、简单、有效的过滤方法,实现固 液分离。
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1、絮凝和凝聚的区别
絮凝:指在某些高分子絮凝剂存在下,基于架桥 作用,使胶粒形成粗大的絮凝团的过程,是一种 以物理的集合为主的过程
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1、盐析法
原理 水溶性蛋白质溶液是胶体体系,分子与水有很大的亲 和力,所以又是亲水胶体。它的溶解度与其分子高度 水化有关,所以溶解的蛋白质分子周围有水化层。水 化层是胶体体系稳定的必要条件之一。如果向胶体系 统中加入电解质,随着体系的离子强度增大,蛋白质 表面的双电层厚度就会降低,静电排斥作用减弱,同 时也使得蛋白质某些疏水区的水化层脱落,疏水区域 暴露,容易发生凝聚,从而沉淀。水溶液中的蛋白质, 其溶解度一般在生理离子强度范围内(0.15~0.2mol/kg) 最大,低于或高于此范围时均降低。
需消耗大量的酸碱。因此,采用调节pH值实现等电 点沉淀有一定的局限性。 16
3. 加热法
原理:热敏性是蛋白质的一个显著特性,有些蛋 白质在50℃即失去活性而变性。一般的蛋白质在 70~80℃则不可逆的变性析出。 在柠檬酸的生产过程中,将发酵液加热到80℃可以 使蛋白质变性凝固,降低发酵液的粘度,在除去杂 蛋白的同时,过滤速度也得到了提高。
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2、等电点沉淀法
蛋白质通式:
NH2 R COOH
R COOH COO NH2 R NH2
——一种两性电解质
羧酸解离时产生H+,使蛋白质具有弱酸性:
+ H
蛋白质的氨基能与H+结合成R-NH3+,使其具有弱碱性:
NH2 R COOH + H R NH3 COOH
它在酸性溶液中带正电,在碱性溶液中带负电。
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蛋白质的等电点: 当溶液处于某一pH值时,蛋白质质点所带的净电 荷恰好为零,此时的pH值就称为蛋白质的等电点 等电点状态时,蛋白质之间的静电排斥力最小,此时 蛋白质质点迅速结合成聚集体,沉淀极易析出。 在抗生素的生产过程中,一般将发酵液的pH值调至 2~3的偏酸性范围或8~9的偏碱性范围内,使蛋白质变 性沉淀。 链霉素生产中,采用调pH至酸性(pH3.0),加热 至70℃,维持半个小时的方法来去除蛋白质,能使过 滤速度增大10-100倍,滤液粘度可降低1/6。
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条件:
1、在低离子强度和pH值约为等电点的条件下进行
2、在偏酸性范围内,多通过加入无机酸(如盐酸、 磷酸和硫酸等)调节pH值完成等电点沉淀
范围:一般多用于疏水性较大的蛋白质。 优点:省去了后续的脱盐操作,并且当沉淀操作的pH
值较低时,杂蛋白更容易变性,是蛋白质初级分离的 有效手段。
缺点:极端pH值会导致某些目的产物失活,并且
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图1-2 高分子絮凝剂的混合、吸附和絮凝作用示意图 (a)聚合物分子在液相中分散、均匀分布在离子之间; (b)聚合物分子链在粒子表面的吸附; (c)被吸附链的重排,高分子链包围在胶粒表面,产生保护作 用,是架桥作用的平衡构象; (d)脱稳粒子互相碰撞,形成架桥絮凝作用; (e)絮团的打碎
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(3) 双电层理论
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水溶性蛋白质的去除
发酵液的预处理,从根本上说,是如何使可溶性杂蛋 白形成沉淀,以便随固形物一同除去的过程
水溶性蛋白质的特征:
1、以胶体状态存在于发酵液中,其稳定性与所带电荷 有关; 2、两性物质,存在等电点,等电点多在酸性范围内。 在酸性溶液中带正电,在碱性溶液中带负电; 3、加热易变形,可使溶液粘度降低,加快过滤速度 根据蛋白质的特性,有几种去除方法?
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无机离子的去除
钙离子的去除 ——加入草酸或草酸钠
1、草酸可酸化发酵液,改变发酵液的胶体状态,有助于 产物转入液相。 2、反应生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固,提高滤液质 量。 3、在沉淀钙离子的同时,草酸还会与发酵液中的镁离子 形成草酸镁,去除部分镁离子。 4、草酸的价格较高,注意回收利用以降低成本。 例如:在四环类抗生素废液中,加入硫酸铅,60℃下 反应生成草酸铅,草酸铅在90~95℃下用硫酸分解, 再经过过滤、冷却、结晶操作后就可以回收草酸。
絮凝剂种类 核酸 蛋白质 高 聚 物 纤维素 聚电解质 多糖
絮凝剂 DNA -------------
絮凝细胞 细菌 细菌 酵母
聚丙烯酰胺
聚乙烯亚胺 葡聚糖 壳聚糖 乙醇 丙酮
细菌
细菌 细菌 酵母 酵母 酵母
有 机 物
溶剂
其他有机物
腐殖酸
鞣酸 单宁 镁盐
酵母
酵母 细菌、酵母 细菌、酵母 酵母、藻类 酵母
凝聚:指在中性盐作用下,由于双电层排斥电位的 降低,而使胶体体系不稳定的现象 絮凝的优点:能耗低、易操作、工作量小
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2、 絮凝机理
(1)胶体理论 把细菌直接当作胶体溶液中的胶粒来解释絮凝 过程。絮凝是由于细胞表面的极性基团引起的表面 吸附,而使表面自由能降低的过程。 (2)高聚物架桥理论 W.C.Megreor发现细胞在表面分泌出许多高聚物如 蛋白质、多糖等,这些高聚物在细胞膜表面形成胞 外纤丝。细胞的絮凝是由于这些胞外纤丝之间架桥 交联形成的。这个理论可以解释絮凝取决于细胞生 长的胞龄以及表面分泌物的种类和数量。
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镁离子的去除
——加入三聚磷酸钠
——与镁离子形成可溶性络合物,即可消除对离子 交换树脂的影响: Na5P3O10 + Mg 2+ = MgNa3P3O10 + 2Na+ ——用磷酸盐处理,也能大大降低发酵液中钙离子 和镁离子的浓度。此法可用于环丝氨酸的提炼。
铁离子的去除
——加入黄血盐
——使其形成普鲁士兰沉淀 3K4Fe(CN)6 + 4Fe 3+ = Fe4[Fe(CN)6]3↓+ 12K+
细胞收集技术(固液分离技术)
1、过滤 2、离心 3、膜分离
则离心沉降速度为:
d p ( s L )4 2 N 2 r
3、 产物为细胞
离心或过滤——固相干燥——得到菌体 固液分离目的: 分离细胞、菌体和其他悬浮颗粒(如细胞碎片、 核酸以及蛋白质的沉淀物)
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2.2 发酵液预处理和絮凝
• 预处理:
• 高价无机离子的去除 • 蛋白质的去除 • 絮凝 • 固液分离技术
为什么?
发酵液杂质对分离提取影响最大的是:
高价无机离子和水溶性杂蛋白
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2、 调节pH值——改善过滤特性
1、对于氨基酸和蛋白质等两性物质而言,将pH值调 至等电点,即可沉淀除去。 2、在膜过滤时,发酵液中的大分子物质容易吸附于 膜上,调节pH值可改变易吸附分子的电荷性质,减 少膜的堵塞和污染。 3、在合适的pH值下,细胞和细胞碎片及某些胶体物 质会趋于絮凝状态,形成较大的颗粒,有利于过滤 操作的进行。
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优点:
有机溶剂的密度较低,产生的沉淀物易于分离
缺点:
易引起目标蛋白质变性,沉淀操作必须在低温下进行, 成本较高。一般只适用于液体处理量较少的情况。 常用于沉淀的有机溶剂有丙酮和乙醇
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发酵液处理性能的改善
1、降低发酵液的粘度——加热法和加水稀释法两种
目的:提高过滤速率 例如,在40℃时,12°Be′麦芽汁的粘度为1.2×103Pa· s,当温度升至75℃时,粘度可下降一半,过滤 速率加倍。对于链霉素的发酵液,在pH值3.0的条件 下,升温至70℃后维持半小时,可使液体粘度下降 1/6,过滤速率增大10~100倍。
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聚丙烯酸类阴离子絮凝剂,它们无毒,可用于 食品和医药工业中。 天然的高分子絮凝剂 ——壳聚糖、海藻酸钠、明胶、骨胶等
优点:无毒无害,环境友好
无机高分子聚合物: ——聚合铝盐、聚合铁盐
微生物: ——多为多糖和核酸、蛋白质 由微生物产生的具有絮凝效果的代谢物 多无毒,安全性好,高效性(用量少)
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该方法操作简单,成本低
缺点:导致目标产品的变性,目标产品为热敏性
物质时,应该谨慎使用。
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4. 溶剂沉淀法
原理:有机溶剂使蛋白质分子表面荷电基团或亲水 基团的水化程度降低,破坏蛋白质胶体的水膜,降 低溶液的介电常数。这使得蛋白质之间的静电引力 增大,产生凝聚和沉淀。 影响因素:由于有机溶剂沉淀也是利用同种分子之间 的相互作用,因此无机盐对蛋白质的溶解度影响很大, 在低离子强度和等电点附近,容易生成沉淀,所需的 有机溶剂量较少。并且随着蛋白质相对分子质量的增 大,有机溶剂沉淀越容易进行,有机溶剂的加入量也 越少。
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影响盐析的主要因素
1、蛋白质的相对分子量和立体结构,结构不对称的 高相对分子量蛋白质所需的盐浓度较低; 2、对于特定的蛋白质,主要影响因素为无机盐的种 类、浓度、温度和pH值。 离子半径小而带电荷较多的阴离子的盐析效果比 较好,含高价离子比低价型(1-1)盐的效果好。 盐析操作的温度和pH值。 高离子强度下Байду номын сангаас升高温度,蛋白质溶解度降低; pH值在接近蛋白质等电点时,有利于盐析 盐的种类,硫酸铵、硫酸钠、氯化钠
高价无机离子——影响离子交换树脂对目标物的吸附
水溶性杂蛋白
影响离子交换和大网格树脂的吸附能力 有机溶剂提取和双水相萃取时,产生乳化,难以分离 在常规过滤或膜过滤时,使滤速下降,污染滤膜