沉淀分离技术样本

第二讲沉淀分离技术2学时

※、经过本章学习应掌握的内容

1、什么是沉析?

2、沉析法纯化蛋白质的优点有哪些?

3、沉析的一般操作步骤是什么?

4、何谓盐析? 其原理是什么?

5、盐析操作时常见的盐是什么?

6、影响盐析的主要因素有哪些?

7、有机溶剂沉析法的原理是什么?

8、影响有机溶剂沉析的主要因素有哪些?

9、等电点沉析的工作原理是什么?

10、其它常见的沉析方法有哪些?

一、沉淀分离的目的及其方法

沉淀分离技术是经典的化学分离技术。沉淀的概念是指溶液中的介质在适当条件下由液相变成固相而析出的过程。

沉淀技术的目的包括两个: ⑴经过沉淀使目标成分达到浓缩和去杂质的目的。当目标成分是以固相形式回收时, 固液分离可除去留在溶液中的非必要成分; 如果目标成分是以液相形式回收

时, 固液分离可使不必要的成分以沉淀形式去除。⑵经过沉淀可使已纯化的产品由液态变成固态, 有利于保存和进一步的加工处理。

沉淀分离技术一般包括下列各种沉淀方法:

⑴无机沉淀剂沉淀分离法: 一般是以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法, 如盐析法, 多用于各种蛋白质和酶类的分离纯化, 以及某些金属离子的去除。常见的沉淀剂有: 硫酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化纳等。

⑵有机沉淀剂沉淀分离法: 以有机溶剂作为沉淀剂的一种沉淀分离方法, 多用于生物小分子、多糖及核酸类产品的分离; 有时也用于蛋白质的沉淀和金属离子的去除; 用于酶的沉淀分离时, 易导致酶的失活。常见到的沉淀剂有: 丙酮、乙醇、甲醇等。

⑶非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法: 采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀剂, 适用于生物大分子的沉淀分离, 如酶、核酸、蛋白质、病毒、细菌等。典型的非离子型多聚体是聚乙二醇( PEG) , 根据其相对分子量的大小, 有PEG600、PEG4000、PEG 0等型号。

⑷等电点沉淀法: 主要是利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋白质及其它属于两性电解质组分的沉淀分离, 如大豆蛋白”碱提酸沉”的提取

方法。

⑸共沉淀分离法: 又可称为生物盐复合物沉淀法, 用于多种化

合物特别是一些小分子物质的沉淀。它是利用沉淀的同时对其它待分离成份吸附共沉淀而达到除杂的目的。

⑹变性沉淀分离法: 又称为选择性变性沉淀法, 是利用特定条

件使目标成分变性, 导致其性质的改变如溶解度下降而得以分离。适用于一些变性条件下差异较大的蛋白质和酶类的分离纯化。采取的变性条件有pH值、温度的改变以及添加剂、利用酶的作用等, 腐竹的生产是利用大豆蛋白的热变性而进行分离的一个例子。

二、沉析的特点

操作简单、经济、浓缩倍数高, 但针对复杂体系而言, 分离度不高、选择性不强。

三、沉析操作的一般过程

1、在经过滤或离心后的样品中加入沉析剂;

2、沉淀物的陈化, 促进晶体生长;

3、离心或过滤, 收集沉淀物;

四、无机沉淀剂沉淀分离法

一些金属离子的各种盐类形式, 如硫酸盐、碳酸盐、草酸盐等, 其溶解度都很小。因此, 当添加适当的无机沉淀剂形成上述

各种化合物时, 便会形成沉淀, 使金属离子得以分离; 另外, 大部分蛋白质等生物大分子都能够经过在溶液中加入中性盐而沉淀析出, 这一过程称为”盐析”。这节重点介绍盐析法。

2.1 盐析法

盐析分离法应用最早和最广泛的是在蛋白质和酶类的分离工作中, 用盐析法分离蛋白质已有80多年的历史。由于其它分离技术的出现, 盐析法在选择性方面显得有些不足, 可是在粗提纯阶段, 盐析法至今仍普遍得到应用。

2.1.1盐析原理

首先需要了解生物大分子在水溶液中的存在状态:

( 1) 两性电解质, 由于静电力的作用, 分子间相互排斥, 形成稳定的分散系

( 2) 蛋白质周围形成水化膜, 保护了蛋白质粒子, 避免了相互碰撞

3、盐析过程

当中性盐加入蛋白质分散体系时可能出现以下两种情况:

( 1) ”盐溶”现象—在低盐浓度下, 蛋白质和酶类的溶解度随着随着盐的浓度提高而增大, 这个过程称为盐溶。这主要是中性盐离子对蛋白质分子表面活性基团及水活度的影响:

( a) 无机盐离子在蛋白质表面上吸附, 使颗粒带相同电荷而互相排斥。

( b) 无机盐离子增加了蛋白质的亲水性, 改进了与水膜的结合, 增加了蛋白质分子与溶剂分子相互的作用力, 使蛋白质的溶解度增加。

( 2) ”盐析”现象—高盐浓度下, 蛋白质溶解度随之下降, 原因如下:

( a) 无机离子与蛋白质表面电荷中和, 形成离子对, 部分中和了蛋白质的电性, 使蛋白质分子之间的排斥力减弱, 从而能够相互靠拢;

( b) 中性盐的亲水性大, 使蛋白质脱去水化膜, 疏水区暴露, 由于疏水区的相互作用导致沉淀;

在盐析过程中, 蛋白质的溶解度与溶液中盐的离子强度之间的关系可用Cohn表示式表示:

lg(S/S0) = - K s I

或lgS = lgS0 - K s I

式中: S0----蛋白质在纯水中( I=0) 的溶解度;

S----蛋白质在离子强度为I的溶液中的溶解度;

K s----盐析常数;

I ----离子强度。

其中离子强度I=1/2∑Mz2, M表示溶液中各种离子的物质的量浓度, z为各种离子的价数。当温度一定时, 对于某一溶质来说, 其S0也是一常数, 即lgS0 = β( 截距常数) , 因此有lgS =β- K s I。β值的大小取决于溶质的性质, 与温度和pH值有关。

K s 取决于盐的性质, 而且与离子的价数、平均半径有关。一般来说, 溶质的K s值越大, 盐析的效果越好; 同一溶液中, 两种溶质的K s值相差越大, 则盐析的选择性就越好。

表2-1列举了一些蛋白质用不同的盐类进行盐析时的K s值。一般来说, 高价阴离子如硫酸根、磷酸根等有较高的K s值, 而高价阳离子如镁离子、钙离子等, 则会有较低的K s值。至于蛋白质的性质与K s值之间的关系, 当前还没有明显的规律可寻, 也没有适当的理论加以详述。

2.1.2盐析分离中盐的选择

在蛋白质的盐析中, 以硫酸铵、硫酸钠应用最广。虽然磷酸盐的盐析效果比硫酸铵好, 但硫酸铵的最大优点是温度系数小,