1、第二節 吸 附一、概述吸附：一種物質從一相移動到另外一相的現象。吸附法的特點：（1）處理能力較小 （2）對溶質的作用較小 （3）可直接從發酵液中分離所需的產物 （4）溶質和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關系通常為非線形關系二、吸附的原理及目的原理： 利用吸附劑與雜質、色素物質、有毒物質、抗生素之間的分子引力而吸附在吸附劑上目的： 吸附發酵產品、除去發酵液中的雜質或色素物質、有毒物質等優點：操作簡單、原料易得，便于土法生產缺點：吸附性能不穩定、選擇性不高、吸附劑的容量有限、收率不穩定、不能連續操作，強度大三、吸附平衡 吸附平衡是指在一定溫度和壓力下，氣固或液固兩相充分接觸，最后吸附質在兩相中達到

2、動態平衡；也可以是含有一定量的吸附質的惰性流體通過吸附劑固定床層，吸附質流動相和固定相中反復分配，最后在動態下達到穩定的動態平衡 吸附等溫線： 在一定T下，q（吸附質濃度）隨平衡濃度C變化的曲線（q=f(C)）叫吸附等溫線。用數學公式描述則叫吸附等溫式。四、吸附劑的種類 吸附劑必須具備的條件：（1）顆粒密度小，表面積大（2）顆粒大小均勻（3）吸附能力大，但要容易洗脫下來1、疏水或非極性吸附劑 活性炭是疏水性的物質、它最適宜從極性溶媒，尤其是水溶液中吸附非極性物質。吸附芳香族化合物的能力大于無環化合物。 由于活性炭作為吸附劑的選擇件差。故應用抗生素的提取和精制時，單級吸附不能使抗生素純度提高很多

3、，只是用于抗生素的初步提煉，除去溶液中的色素。 2、親水或極性吸附劑 適用于非極性或極性較小的溶媒。如硅膠、氧化鋁，活性土皆屬此類。 另外，吸附劑可以是中性、酸性或堿性。碳化鈣、硫酸鎂等屬中性吸附劑。氧化鋁、氧化鎂等屬堿性吸附劑。酸性硅膠、鋁硅酸屬酸性吸附劑。 堿性的吸附劑適宜于吸附酸性的物質，而酸性的吸附劑適宜干吸附堿性的物質。氧化鋁及某些活性土為兩性化合物，因為經酸或堿處理后很容易獲得另外的性質。3、各種離子交換樹脂吸附劑 各種有機離子交換樹脂也是屬于極性吸附劑，因為它是兩性化合物，具有離子交換劑的性質。工業發酵中常用于發酵產品的脫色和分離雜質。五、吸附操作方式 靜態吸附 被處理液與吸附劑

4、攪拌混合，而被處理液沒有自上而下流過吸附劑的流動，這種吸附操作叫靜態吸附。 動態吸附 被處理液通過吸附劑自上向下流動而進行吸附。第三節 離子交換法一、基本原理 樹脂的活性基團能與溶液中的相同電性基團相交換，該交換是經過一系列的物理、化學過程完成的，包括吸附、吸收、穿透、擴散、離子交換、離子親和等過程，有關理論介紹如下。1、物理吸附 物體表面具有表面自由能，其自由能變化的趨勢是向減少方向進行的。當表面因吸附某些物質后，其表面自由能降低，體系趨于穩定狀態。 樹脂具有巨大的比表面積，其進行離子交換時，首先是吸附作用，將交換物吸附到樹脂表面。2、晶格理論3、雙電層理論4、膜理論 可理解為分子篩，能對分

5、子、離子進行大小分級。 離子交換樹脂根據交聯度大小不同，具有大小不同的孔隙，對進入樹脂顆粒內部的離子起到從離子大小上進行限制的篩分作用。根據靜電作用規律，能進入樹脂內部的離子是能穿過樹脂孔隙的帶電與樹脂可交換離子帶同號電荷的離子。二、離子交換樹脂的結構1、化學結構：不具活性的網絡骨架和分布于這種網絡骨架上的單分子活性基團構成 2、立體交聯結構：3、孔結構：三、分類 1、陽離子交換劑 強酸型、中酸型、弱酸型 2、陰離子交換劑 強堿性、中強堿性、弱堿性 3、兩性離子交換劑 4、選擇性離子交換樹脂（螯合型離子交換樹脂） 5、吸附樹脂 6、電子交換樹脂（氧化還原樹脂）四、離子交換樹脂的理化性能1、顆粒

6、度：顆粒小，交換速度大2、含水量：樹脂通常是親水的樹脂交聯度小，內部空隙率大，含水量大3、密度干真密度 ：即干燥狀態下樹脂合成材料本身的密度濕真密度 ：樹脂充分膨脹后，樹脂顆粒本身的密度 濕真密度樹脂濕重/樹脂顆粒所占體積視密度 ： 樹脂充分吸水膨脹后的堆積密度 視密度 樹脂濕重/樹脂層的體積4、膨脹性交聯度小的樹脂，膨脹性大5、耐磨損強度6、耐熱性7、交換容量（1）理論交換容量單位重量或單位體積樹脂中所含有可交換離子的物質的量，mmoL/g干樹脂 mmol/mL濕樹脂表示（2）工作交換量 在一定操作條件下，離子交換樹脂所能利用的交換容量工作交換量受柱長度、樹脂顆粒度、離子性質、濃度、流速及交

7、換基團等影響五、離子交換樹脂的選擇性1、晶體解離的難易決定了組成晶體的離子間引力的大小2、取代交換劑中離子的難易又取決于溶液中可交換離子的濃度3、離子和樹脂間親和力越大，就越容易被吸附 電性越大越容易交換：Na<Ca2<Al3+ 在常溫、常壓下低濃度溶液中的離子、原子價相同，則交換量隨交換離子的原子序數的增加而增大4、在低溫和普通溫度時，離子的化合價越高，就越易吸附二價金屬離子比一價金屬離子容易吸附、三價的又比二價的容易5、溶液的pH值對各種樹脂的影響是不同的六、影響離子交換速度的主要因素（1）樹脂顆粒：越小，交換速度越快（2）樹脂的交聯度：越低，擴散越容易，速度越快（3）溶液中離

8、子濃度（4）溫度：提高溫度加快交換速度（5）離子的大小：小離子的交換速度快（6）離子價 （7）樹脂的強弱（8）樹脂層裝填的松緊度七、離子交換操作方式1、靜態法2、動態法考察上樣量、pH、速度、洗脫劑的種類、流速等的影響八、應用舉例 谷氨酸的提取第四節 膜分離 膜分離法實際上是一般過濾法的發展和延續。一般過濾法不是分子級水平的，它是利用相的不同將固體從液體或氣體中分離出來；而膜分離是分子級水平的分離方法，該法關鍵在于過程中使用的過濾介質：膜。一、膜分離法的分類及原理 透析、超濾及反滲透、微濾、電滲析、液膜技術、氣體滲透、滲透蒸發分離范圍1、透析利用具有一定孔徑大小、高分子溶質不能透過的親水膜將含

9、有高分子溶質和其他小分子溶質的溶液（左側）與純水或緩沖液（右側）分隔，由于膜兩側的溶質濃度不同，在濃差的作用下，左側高分子溶液中的小分子溶質透向右側，右側中的水透向左側，這就是透析2、超濾和微濾：超濾和微濾都是利用膜的篩分性質，以壓差微傳質推動力，用于截留高分子溶質或固體微粒。超濾：處理不含固形成分的料液，它是根據高分子溶質間或高分子與小分子溶質之間相對分子質量的差別機械分離的方法微濾：用于懸浮粒的過濾，主要用于菌體的分離和濃縮3、反滲透促使水分子透過的推動力稱為滲透壓操作壓力：幾十個大氣壓適用于1nm以下小分子的濃縮4、電滲析利用分子的荷電性質荷分子大小的差別進行分離的膜分離法，可用于小分子

10、電解質（例如氨基酸、有機酸）的分離和溶液的脫鹽5、滲透氣化 疏水膜的一側通入料液，另一側抽真空或通入惰性氣體，使膜兩側產生溶質分壓差。在分壓差的作用下，料液中的溶質溶于膜內，擴散通過膜，在透過側發生氣化，氣化的溶質被膜裝置外設置的冷凝器冷凝回收。發生了相變適用于：高濃度混合物的分離，特別適用于共沸物和揮發度相差較小的雙組分溶液的分離6、液膜分離技術 液膜通常由膜溶劑、表面活性劑、流動載體、膜增強添加劑組成。 膜溶劑：成膜的基體物質、一般為水或有機溶劑 表面活性劑：降低液膜的表面張力，對液膜的穩定性、滲透速度、分離效率和膜的重復使用有直接影響 流動載體：選擇性遷移指定溶質或離子，常為某種萃取劑

11、二、膜的種類及特性1、膜的種類 選擇膜應考慮的因素：分離能力；分離速度；抵抗化學、細菌和機械力的穩定性；膜材料的成本（1）均質膜或致密膜（2）微孔膜（3）非對稱膜（4）復合膜（5）離子交換膜2、膜的結構特性（1）孔道結構：不對稱膜（表面活性層和惰性層）（2）膜的孔道特性：孔徑、孔徑分布、空隙率（3）水通量:在一定條件下（一般壓力為0.1MPa，溫度為20）通過測量透過一定量純水所需的時間來測定三、膜分離設備四、影響膜分離速度的因素1、操作形式 2、流速 3、壓力 4、料液濃度五、膜的污染與清洗1、膜污染的原因（1）凝膠極化引起的凝膠層（2）溶質在膜表面的吸附層（3）膜孔堵塞（4）膜孔內的溶質吸

12、附2、常用的清洗劑水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡合劑、氧化劑、酶液六、應用舉例超濾用于除去葡萄酒中熱變性蛋白質、微濾除去葡萄汁中的細菌和各種固體顆粒第五節 層析法 又叫 凝膠過濾、凝膠層析、凝膠滲透層析、排阻滲透層析、分子篩過濾等 一、凝膠層析的原理 將具有分子大小網狀結構（孔隙）的凝膠粒子浸漬于某種溶液中時，溶液中的溶質分子凡是比網絡孔隙小的都能自由進入凝膠粒子內，大的分子由于不能潛入網格便殘留在溶液中，所以將分子大小不同的溶液（如蛋白質和硫酸銨）加入到分離柱中，只有小分子物質（硫酸銨）完全能進入凝膠粒子內，而大分子（蛋白質）則被排阻于粒子外，彼此互相篩分，加入洗液后，溶液在分離柱內

13、向下移動，先流出的洗液中，全部含有大分子物質（蛋白質），后流出的洗液中含有小分子物質（硫酸銨），從而達到分離和提純的目的。二、 凝膠層析法常用的凝膠1、天然凝膠 瓊脂和瓊脂糖凝膠 （Sepharose）：能分離較大相對分子質量的物質，但它帶有大量的電荷，層析時需使用較高離子強度的洗脫液2、人工合成凝膠（1）聚丙稀酰胺凝膠（BioGel P）（2）交聯葡聚糖凝膠（Sephedex）三、凝膠層離技術1、凝膠柱的制備（1）凝膠的預處理（2）凝膠的裝填（3）層析床的檢查（4）柱的平衡2、樣品和洗脫劑的準備洗脫劑：試劑是分析純、水是純水固體樣品溶于洗脫劑中，無顆粒3、加樣（1）加樣量的選擇脫鹽、緩沖液交

14、換等組分分離時加樣體積為床體積的30，如果要求較高的回收率，則為1520。（2）加樣方法和注意事項進樣器或注射器 、排干法 、液面下加樣4、洗脫技術洗脫流速 高速 渦流擴散嚴重，導致區帶變寬 5、樣品的檢測、收集和處理6、凝膠過濾介質的再生、清洗和儲存再生：用1.52個柱體積的洗脫劑完成洗脫過程清洗：堿液清洗（0.10.5moL/L的NaOH）、乙醇、非離子型去污劑保存： 浸泡在抑菌劑的溶液中，比如：20乙醇、0.020.05的疊氮化鈉、0.01moL/L的NaOH，0.05的三氯丁醇，0.010.02的可樂酮四、層離設備 1.分離柱 2.恒壓儲液瓶 3.恒流泵 4.洗脫液收集器 5.恒溫設備

15、 五、凝膠層析法在發酵中的應用1、脫鹽2、凝膠層析法去除熱源物質3、凝膠濃縮高分子溶液4、測定高分子物質的相對分子質量5、分析第 六 節 沉 淀 法一、沉淀法概述利用某些發酵產品能與某些酸、堿或鹽類形成不溶性的鹽或復合物而從發酵濾液或濃縮濾液中沉淀下來或結晶析出的一種提取方法1、氨基酸沉淀法： 等電點法 鹽酸鹽法 金屬鹽法 有機溶劑沉淀法； 2、酶制劑沉淀法： 鹽析法 有機溶劑沉淀法； 3、抗生素沉淀法：如四環素與鈣形成沉淀；二、等電點法兩性電解質在溶液中可解離為陽離子和陰離子，在一定pH條件下，兩種離子濃度相等時，溶液靜電荷為零，此時電解質溶解度最小而發生沉淀。 三、鹽析法 中性鹽沉淀法。添加中性鹽析劑，破壞酶蛋白的膠體性質，消除微粒周圍的水化膜和微粒上的電荷，促使酶蛋白沉淀。（一）鹽析原理（1）破壞水膜層（2）中和電荷（二）影響酶制劑鹽析的主要因素1、鹽析劑的種類：不