第二章 生物材料预处理技术.ppt

第二章 生物材料的预处理技术 对料液进行分离纯化，在进行固液分离之前，必须进行预处理。 胶体：粒度（0.1um－1um），丁达尔现象 生物料液中的胶体粒子：大分子DNA，蛋白质，细胞，细胞碎片等 胶体稳定性条件/Article/UploadFiles/2004319124741609.swf 双电层（以及带同种电荷） （图见下页） 水化层 预处理应破坏料液的胶体的稳定性。 絮凝效果的影响因素 絮凝剂的相对分子质量：结合考虑架桥效果及水溶性 絮凝剂的用量 料液的pH值 搅拌速度和时间：变速搅拌 杂蛋白去除方法： 等电点沉淀法（常需结合它法） 变性沉淀法：加热变性、大幅度改变pH、加有机溶剂、加表面活性剂等 吸附法：与高价盐形成胶态沉淀 加沉淀剂法：能与蛋白质形成复合沉淀的化学试剂 高价无机离子去除方法： 离子交换法 沉淀法：加入阴离子盐形成不溶性盐沉淀，如Ca 2+ 加草酸，Mg 2+ 磷酸盐，Fe 3+ 加黄血盐 杂质多糖的去除方法： 酶解法 杂质DNA的去除法： 核酸酶水解 超声波破碎 离子交换层析或亲和层析 应用实例：发酵液的预处理 一、降低发酵液黏度—加热法 将发酵液温度升高到80℃，保温即可将其黏度降低数十甚至数百倍 二、凝聚沉降分离悬浮物—凝聚剂法 如明矾凝聚法（测产品澄清液浊度） 三、絮凝法沉降分离悬浮物—絮凝剂法 如壳聚糖絮凝法（测产品澄清液浊度） * * 固液分离处理——过滤、离心 预处理的目的： 除去部分杂质 改变料液的物理性质（pH、黏度等） ——使后续分离纯化工序顺利进行 料液存在大量杂质，会导致以下问题： 如料液粘度过大、产生膜污染、高价无机离子和杂蛋白降低离子交换的吸附能力、萃取时乳化严重等等 料液中的胶体性质： 图1 胶体双电层结构 正电荷分布 负电荷分布 （一）凝聚技术 凝聚技术原理：中性盐作用下，中和胶体粒子表面电荷和脱去其水化层而使胶体粒子沉淀。 中和电荷：一般，菌体或细胞带负电荷，其周围吸附正电荷，加入中性盐后，阳离子会中和负电荷，减少了胶体间斥力，胶体粒子由于热运动碰撞而聚集沉淀。 去水化：中性盐离子的水化作用而破坏胶体粒子的水化层，使胶体粒子能相互碰撞而凝聚沉淀。 一、 凝聚和絮凝技术 常用的凝聚剂 金属离子凝聚能力比较 Al 3+ Fe 3+ H + Ca 2+ Mg 2+ K + Na + Li + 常用的凝聚剂中性盐 Al2(SO4)3·18H2O（明矾）明矾净水原理 AlCl3.6H2O、FeCl3 、ZnSO4 、MgCO3 凝聚法缺点 得到的凝聚颗粒比较小，分离仍较困难。 絮凝法可克服这一困难。 （二）絮凝技术 原理：在高分子絮凝剂的作用下，通过架桥作用，使细胞和蛋白质聚集成粗大的絮凝团而沉淀。 高分子聚合物絮凝剂，是长链线状、水溶性的聚合物 在长的链节上含有相当多的活性功能团 ——可以带有多价电荷（如阴离子或阳离子），也可以不带电性（如非离子型）。 通过静电引力、范德华分子引力或氢键作用，强烈地吸附在胶粒的表面 图2 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、均匀分布在粒子之间；b—聚合物分子链在粒子表面的吸附；c—被吸附链的重排，最后达到平衡构象；d—脱稳粒子互相碰撞，架桥形成絮团；e—絮团的打碎；虚线代表聚合物分子吸附在粒子表面直接形成絮团 常用的絮凝剂 人工合成高分子聚合物 聚丙烯酰胺类：用量少（10-6级）、絮凝体粗大、效果好，速度快，种类多，适用范围广。 聚乙烯亚胺衍生物类。 聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。 无机高分子聚合物絮凝剂：聚合铜盐，聚合铁盐。 天然有机高分子絮凝剂 壳聚糖，葡聚糖，明胶， 海藻酸钠等 微生物絮凝剂 主要为糖蛋白、黏多糖、纤维素及核酸等高分子物质。安全，无毒，不污染环境。 二、 其他预处理方法