沉淀分离技术在生化领域中的应用 综述

题目：沉淀分离技术在生化领域中的应用

姓名：李晓青

专业：分析化学

学号： 2012020880 指导老师：刘云春老师

沉淀分离技术在生化领域中的应用

摘要：本文介绍了沉淀分离及常用的沉淀分离方法,综述了沉淀分离技术在生化领域中的应用。

关键字：沉淀；分离技术；蛋白质分离；生化领域

1.沉淀分离的概述

沉淀分离是经典的化学分离方法,在历史上曾为化学和放射化学的发展作出重大贡献。由于沉淀分离方法简便,实验条件易于满足,再加之近年来一些高

选择性的有机沉淀剂和有机共沉淀剂的研究和应用,使传统的沉淀分离方法仍具有旺盛的生命力,被广泛应用于化学工业、食品工业及生化领域中。沉淀分离法可用于常量组分的分离,也可用于痕量组分的富集。工业上应用沉淀技术分离生化产物最典型的例子是蛋白质的分离提取。

1.1基本概念

沉淀是一个基本单元操作,被广泛应用于化工、食品、生物等领域的产品加工中[1~5]。广义而言,沉淀分离是一个溶质和溶剂之间关系可以交变的过程,通

常用添加沉淀剂的方法,改变溶质和溶剂的能量平衡,使溶质由液相变成固相而沉淀析出的过程。沉淀主要是物理变化,但也存在化学反应的沉淀;沉淀与结晶本质相同,不同的是沉淀物的形态,沉淀过程中同类分子或离子是以无规则的紊乱排列形式析出的[6,7]。

1.2 沉淀的目的

分离过程中采用沉淀技术的目的有两个:①通过沉淀,使目的产物达到浓缩和去除杂质的目的;②通过沉淀,将已纯化的产品由液态变成固态,利于保存

和进一步加工处理。

1.3 沉淀分离技术的优缺点

沉淀法的优点是设备简单、成本低、原材料易得、便于小批量生产,对一些

生物活性物质的破坏作用小,产物的浓度越高对沉淀越有利,回收率越高。其缺点是沉淀物可能聚集有多种物质或含有大量的盐类,所得产品纯度低,需重新精制,而且过滤比较困难。目前,在实验室及工业生产中应用的沉淀分离技术多种多样,常见的有以下几类[8~10]。

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2.沉淀分离方法

2.1 无机沉淀剂沉淀分离法

无机沉淀剂沉淀分离法通常以无机盐类作为沉淀剂,包括金属盐类沉淀分离法和盐析法。常用的沉淀剂有硫酸铵、碳酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、磷酸氢钠等。金属盐类沉淀分离法是利用金属离子与酸根在形成盐类后溶解度降低而沉淀分离,如在柠檬酸发酵液中加入碳酸钙,形成柠檬酸钙沉淀,与发酵液的其他杂质分离。盐析法又称为中性盐沉淀法,在蛋白质和酶等生物大分子的溶液中加入一定质量浓度的中性盐溶液,降低蛋白质分子的水分活度,中和蛋白质表面的电荷,破坏蛋白质分子外表的水化膜,从而使蛋白质分子相互凝聚而沉淀析出,如水稻氨基酰化酶的分离纯化采用的就是盐析法。

2.2 有机沉淀剂沉淀分离法

有机沉淀剂沉淀分离法以有机溶剂作为沉淀剂,其基本原理是:①有机溶剂降低了溶液的介电常数,增强了溶质分子间的静电作用,导致溶质分子间发生聚合而析出;②有机溶剂本身必须溶解在水中,减少了溶质与水的作用,使溶质脱水而互相聚集沉淀,如丙酮沉淀法提取中性ß-甘露聚糖酶、乙醇沉淀法快速制备纤维蛋白胶就采用此方法。常用的沉淀剂有:乙醇、丙酮、甲醇、异丙酮等。

高浓度有机溶剂易引起蛋白质变性失活，操作必须在低温下进行，并在加入有机溶剂时注意搅拌均匀以避免局部浓度过大。由此法析出的沉淀一般比盐析容易过滤或离心沉降，分离后的蛋白质沉淀，应立即用水或缓冲液溶解，以降低有机溶剂浓度。

2.3 等电点沉淀法

等电点沉淀法主要利用两性电解质分子在等电点时溶解度最低而沉淀析出的原理,不同的电解质等电点也不同。此法适用于氨基酸、蛋白质及其他两性电解质组分的沉淀分离。通过调节溶液的pH 值即可控制不同的等电点,从而分离出不同的电解质,如菜籽蛋白的制备就采用此方法。常用的试剂有盐酸、硫酸等。

2.4 非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法

非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法又称为有机聚合物沉淀法,即采用非离子多聚体作为沉淀剂分离生物大分子。典型的非离子聚合物有聚乙二醇(PEG )、聚乙烯吡咯烷酮(PVP )、葡聚糖等,最常用的是PEG。聚乙二醇的沉淀机理是基于体积的不相溶性,即PEG 分子从溶剂空间中排斥蛋白质,优先发生水和作用,使蛋白质浓度增加,分子间的相互作用增强互相聚集而沉淀,如PEG沉淀提取法提取HBV和DNA就是这方面的例子。

2.5 共沉淀分离法

共沉淀是指一种难溶化合物从溶液中析出时,受表面吸附的影响,溶液中某种可溶性杂质被沉淀下来而混杂于沉淀中的现象。共沉淀分离法也称为生物盐复合物沉淀法,是利用沉淀对其他待分离组分吸附共沉淀达到除杂的目的。共沉淀剂种类很多,可分为无机共沉淀剂和有机共沉淀剂两大类。无机共沉淀剂用的较多的是具有吸附作用的氢氧化物、硫化物,如Fe(OH)3,PbS,CuS,CdS,Mn(OH) 2等;有机共沉淀剂可分为形成缔合物或鳌合物的共沉淀剂和惰性共沉淀剂两类,前者有甲基紫、结晶紫、甲基橙、次甲基兰等;后者的典型代表有酚酞、ß-萘酚、间硝基苯甲酸等。

2.6 金属离子沉淀法

在蛋白质溶液中加入一定浓度的金属离子(如Zn2+、Ba2+)或金属离子的双鳌合物等,它们能与蛋白质分子中的某些特殊部位发生反应,使蛋白的等电点转移,从而降低蛋白质的溶解度,使其沉淀析出。

沉淀蛋白质的金属离子有三类：①与胺基、羧基等含氮化合物及含氮杂环化合物强烈结合的金属离子(如Mn2+,Fe2+,Co2+)；②与羧基结合不与含氮化合物结合的金属离子(如Ca2+,Ba2+,Mg2+)；③与硫基化合物结合的金属离(如

Hg2+,Cu2+ ,Pb2+)。

2.7 变性沉淀分离法

变性沉淀分离法又称为选择性变性沉淀法,包括热变性沉淀分离、选择性酸碱变性沉淀分离、利用酶作用进行变性沉淀分离等,该法是利用生物大分子对外部理化条件敏感性的差异,选择性地使一种组分发生变性导致性质的改变(溶解度下降),从而达到分离、除杂、提纯的目的,如腐竹的生产就是利用了大豆蛋白的热变性而分离的原理[11]。