第十一章 结晶.pdf

《生化分离工程》 Bioseparation Engineering 第11章 结晶(Crystallization ） 生化分离过程的一般流程： 原料液 细胞分离(离心，过滤) 路线一 路线二 细胞－胞内产物 清液－胞外产物 路线一B 细胞破碎 路线一A 包含体 碎片分离 溶解(加盐酸胍、脲) 粗分离(盐析、萃取、超过滤等) 复性 纯化(层析、电泳) 脱盐(凝胶过滤、超过滤) 浓缩(超过滤) 精制(结晶、干燥) 11.1 定义 结晶是溶液中的溶质在一定条件下因分子或离子 有规则的排列而结合成晶体的过程。 结晶是新相生成的过程，是利用溶质之间溶解 度的差别进行分离纯化的一种扩散分离操作，这一点 与沉淀的生成原理一致的。但两者的区别在于，结晶 是内部结构的质点元（原子、分子、离子）做三维有 序规则排列、形状一定的固体粒子，而沉淀是无规则 排列的、无定形粒子。结晶的形成需在严密控制的操 作条件下进行，因此结晶的纯度远高于沉淀。 早在5000年前，中国人的祖先一开始利用结晶原 理制造食盐。目前，结晶技术广泛应用于氨基酸、有 机酸、抗生素和维生素等生物产物的精制过程中。但 是核酸除外，核酸类物质不能形成晶体，只能获得絮 状或雪花状的固体。 11.2结晶的基本原理 需要明晰的几个概念： 溶液的饱和度与过饱和度 溶解度 饱和溶液 过饱和溶液 饱和曲线与过饱和曲线——结晶操作曲线 A 、稳定区： 不饱和区， 无论怎样操作都不会有结 晶出现。 B 、第一介稳区：又称育晶 区，加入晶种结晶会生长， 但不产新晶核。 C、第二介稳区：又称刺激 起晶区，加入晶种结晶会 生长，同时有新晶核产生。 D、 不稳区：瞬时出现大量 微小晶核，发生晶核泛滥。 利用操作曲线进行结晶操作 结晶操作的开始阶段应是使溶液处于刺激起晶区或不 稳区，这样才有产生晶核的可能，蒸发浓缩是最常用的提 高溶液浓度的方法；对于温度与溶解度成反比的物质（如 螺旋霉素），可以通过升温来控制；对于温度与溶解度成 正比的物质，可以通过降温来控制；对于两性电解质，可 调节pH 。 晶核形成后，接下来要做的就是晶核成长为规则的、 颗粒状的晶体。此时，应当将溶液浓度维持在育晶区。这 一步控制上比较关键，若操作不当进入刺激起晶区或不稳 区，会有大量晶核形成，影响了晶体的大小；若进入稳定 区，将不再看到晶体的长大。因此，