第十章物中功能性成分的提取分離方法

第十章物中功能性成分的提取分離方法演示文稿第一頁(yè)，共二十八頁(yè)。優(yōu)選第十章物中功能性成分的提取分離方法第二頁(yè)，共二十八頁(yè)。機(jī)械破碎高速組織搗碎高速勻漿球磨物理破碎利用溫度差利用壓力差超聲波化學(xué)方法，酶學(xué)破碎第三頁(yè)，共二十八頁(yè)。利用混合物中各組分的物理化學(xué)性質(zhì)（分子的形狀和大小、分子極性、吸附力、分子親和力、分配系數(shù)等）的不同，使各組分以不同程度分布在兩相中，其中一個(gè)相是固定的，稱固定相，另一個(gè)相是流動(dòng)的，稱為流動(dòng)相，當(dāng)流動(dòng)相流過(guò)固定相時(shí)，各組分以不同的速度移動(dòng)，而達(dá)到分離的目的。第二節(jié)色譜分離技術(shù)第四頁(yè)，共二十八頁(yè)。分類：按照流動(dòng)相的狀態(tài)分，如GC，LC等。按照固定相的形式分，如column-chromatography,paper-chromatography,thin-layer等。按照分離過(guò)程依據(jù)的物理化學(xué)性質(zhì)分：如adsorption-chromatography、ion-exchange、molecularsieve，affinity-chromatography等。色譜分離技術(shù)第五頁(yè)，共二十八頁(yè)。利用吸附劑對(duì)不同物質(zhì)的吸附力不同、而使混合物中的各組分分離的方法。吸附色譜分離技術(shù)是各種色譜技術(shù)中應(yīng)用得最早的一類。由于吸附劑來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，易再生，裝置簡(jiǎn)單，又具有一定的分辨率等優(yōu)點(diǎn)，故至今仍廣泛應(yīng)用。吸附劑與被吸附物分子之間的相互作用是由范德華力所引起的，其特點(diǎn)是可逆的，即在一定的條件下，被吸附物可以離開(kāi)吸附劑表面，這稱為解吸作用。一、吸附色譜吸附色譜柱示意圖第六頁(yè)，共二十八頁(yè)。溶劑洗脫法：加入樣品溶液后，連續(xù)不斷地加入洗脫劑進(jìn)行沖洗，最初的流出液為純?nèi)軇?，然后是吸附力最弱的組分，以后逐次出現(xiàn)的物質(zhì)是按吸附力由弱到強(qiáng)的順序分別洗出，吸附力量強(qiáng)的物質(zhì)最后洗脫出來(lái)。置換法前緣洗脫法洗脫溶劑洗脫液曲線

第七頁(yè)，共二十八頁(yè)。吸附劑與洗脫劑的選擇

吸附劑應(yīng)具有的性質(zhì)：(1)吸附劑應(yīng)有適當(dāng)?shù)奈搅Γ砻娣e大；(2)吸附劑對(duì)被分離物有足夠的分辨力，即對(duì)不同物質(zhì)的吸附力有所不同；(3)吸附劑對(duì)被吸附物的吸附應(yīng)是可逆的，即在一定的條件下可以解吸，以便洗脫；(4)吸附劑不會(huì)溶解在所采用的溶劑中，也不會(huì)引起被吸附物的化學(xué)改變；(5)吸附劑顆粒均勻，在操作時(shí)穩(wěn)定，不會(huì)破裂。洗脫劑應(yīng)具有的性質(zhì)：(1)洗脫劑不與吸附劑起化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)使吸附劑溶解；(2)洗脫劑對(duì)樣品中各組分的溶解度大，粘度小，流動(dòng)性好，容易與被洗脫組分分開(kāi)；(3)洗脫劑的純度要高，免受雜質(zhì)影響。常用的洗脫劑有飽和烴、醇、酚、酮、醚、鹵代烷以及水等。極性較大的洗脫能力較強(qiáng)。第八頁(yè)，共二十八頁(yè)。二、分配色譜(紙色譜,薄層色譜,GC等)

分配色譜是利用各組分的分配系數(shù)不同而予以分離的方法。分配色譜中，通常采用一種多孔性固體支持物吸著一種溶劑作為固定相，另一種與固定相溶劑互不相溶的溶劑可以沿固定相流動(dòng)，稱為流動(dòng)相。當(dāng)某溶質(zhì)在流動(dòng)相的帶動(dòng)下流經(jīng)固定相時(shí)，該溶質(zhì)在兩相之間進(jìn)行連續(xù)的動(dòng)態(tài)分配，由于各物質(zhì)有不同的分配系數(shù)，移動(dòng)速率也就不相同，從而達(dá)到分離的目的。分配系數(shù)是指一種溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解達(dá)到平衡時(shí)，該溶質(zhì)在兩相溶劑中的濃度比值。在色譜條件確定后分配系數(shù)是一常數(shù)，以K表示。第九頁(yè)，共二十八頁(yè)。三、離子交換色譜

離子交換色譜是利用離子交換劑上的可解離基團(tuán)（活性基團(tuán)），對(duì)各種離子的親和力不同而達(dá)到分離目的的一種色譜分離技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種物質(zhì)的分離純化。第十頁(yè)，共二十八頁(yè)。離子交換劑

含有若干活性基團(tuán)的不溶性高分子物質(zhì)，即在不溶性母體上引入若干可解離基團(tuán)（活性基團(tuán)）而成。不溶性母體的高分子物質(zhì)：苯乙烯樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、纖維素、葡聚糖、瓊脂糖或其它聚合物?；钚曰鶊F(tuán)可以是酸性基團(tuán)：磺酸基(-SO3H)，磷酸基(-PO3H2)，亞磷酸基(-PO2H)，羧基(-COOH)，酚羥基(-OH)等。引入酸性基團(tuán)的交換劑可離解出H+，與其它陽(yáng)離子交換，這類離子交換劑屬于陽(yáng)離子交換劑?；钚曰鶊F(tuán)是堿性基團(tuán)：季胺[-N+(CH3)3]，叔胺[-N(CH3)2]，仲胺[-NHCH3]，伯胺[-NH2]等含氨基的基團(tuán)。引入含氨基堿性基團(tuán)的交換劑，可與OH-結(jié)合后，與其它陰離子交換，這類離子交換劑屬于陰離子交換劑。第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)。

強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換劑（含有磺酸基-SO3H等）對(duì)各種正離子的親和力次序?yàn)椋?/p>

Fe3+>Al3+>Zn2+>Cu2+>Ni2+>Co2+>Fe2+>Ba2+>Cr2+>Ca2+>Mg2+>Cs+>Rb+>K+>Na+>H+>Li+

弱酸型陽(yáng)離子交換劑（含有羧基-COOH，酚羥基-OH等）對(duì)氫離子(H+)的親和力特別高。因此轉(zhuǎn)為氫型時(shí)很容易，僅需很少量的酸即可。強(qiáng)堿性陰離子交換劑（含季胺-N+(CH3)3等）對(duì)各種負(fù)離子的親和力次序?yàn)椋簷幟仕岣?gt;SO42->Cr2O4->I->NO3->CrO4->Br->SCN->Cl->HCOO->OH->F->CH3COO-弱堿性陰離子交換劑對(duì)氫氧根離子(OH-)有較高的親和力，易于轉(zhuǎn)變?yōu)榱u型。陽(yáng)離子只能被陽(yáng)離子交換劑吸附，陰離子只能被陰離子交換劑吸附；親和力大的易于吸附，難于洗脫，親和力小的難于吸附，容易洗脫；第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)。離子交換劑的選擇

選擇離子交換劑時(shí)應(yīng)考慮下列因素：(1)樣品離子帶何種電荷；(2)離子的濃度；(3)被分離物質(zhì)相對(duì)分子量的大??；(4)離子與交換劑的親和力大??；(5)離子交換劑及欲分離物質(zhì)的物理化學(xué)特性等。第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)。離子交換色譜的操作

離子交換劑預(yù)處理裝柱離子交換劑轉(zhuǎn)型（用適當(dāng)?shù)脑噭┨幚?，便離子交換劑所帶的可交換離子轉(zhuǎn)變?yōu)槲覀兯枰碾x子，如陽(yáng)離子交換劑用NaOH處理，可轉(zhuǎn)為Na+型，用HCl處理，則轉(zhuǎn)為H+型；陰離子交換劑用NaOH處理轉(zhuǎn)為OH-型，用HCl處理轉(zhuǎn)為Cl-型等）溶劑或緩沖液平衡上柱（加樣）洗脫和收集（洗脫液中應(yīng)含有與交換劑的親和力較大的離子，以便把吸附在交換劑上的樣品離子交換下來(lái)，樣品中含有多種離子時(shí)，與交換劑親和力小的首先被洗脫出來(lái)）再生（再次轉(zhuǎn)型）第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)。四、凝膠色譜

凝膠色譜，又稱為凝膠過(guò)濾、分子排阻色譜或分子篩色譜。它是指以各種凝膠為固定相，利用流動(dòng)相中所含各物質(zhì)的相對(duì)分子量不同而達(dá)到物質(zhì)分離的一種色譜技術(shù)。第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)。凝膠色譜的基本原理

當(dāng)含有各種組分的樣品流經(jīng)凝膠色譜柱時(shí)，各組分在柱內(nèi)同時(shí)進(jìn)行著兩種不同的運(yùn)動(dòng)，即垂直向下的移動(dòng)和無(wú)定向的分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（布朗運(yùn)動(dòng)）。大分子物質(zhì)由于分子直徑大，不易進(jìn)入凝膠顆粒的微孔，只能分布于凝膠顆粒的間隙中，所以以較快的速度流過(guò)凝膠柱；而小分子物質(zhì)能夠進(jìn)入凝膠顆粒的微孔中，不斷地進(jìn)出于一個(gè)個(gè)顆粒的微孔內(nèi)外，這樣就使小分子物質(zhì)向下移動(dòng)的速度落后于大分子物質(zhì)，從而使樣品中各組分按相對(duì)分子量從大到小的順序先后流出色譜柱，達(dá)到分離的目的。第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)。Ve：洗脫體積，表示某一組分物質(zhì)從加進(jìn)色譜柱到最高峰出現(xiàn)時(shí)，所需的洗脫液體積；

Vo：外體積，即為色譜柱內(nèi)凝膠顆粒之間空隙的體積；

Vi：內(nèi)體積，即為色譜柱內(nèi)凝膠顆粒內(nèi)部微孔的體積。

當(dāng)某組分的Ka=0時(shí)（即Ve=Vo），說(shuō)明該組分分子完全不進(jìn)入凝膠顆粒微孔，洗脫時(shí)最先流出；若某組分的Ka=1（即Ve=Vo+Vi）時(shí)，說(shuō)明該組分分子可自由地?cái)U(kuò)散進(jìn)入凝膠顆粒內(nèi)部的微孔中，洗脫時(shí)，最后流出；若某組分的Ka在0~1之間，說(shuō)明該組分分子介乎大分子和小分子之間，洗脫時(shí)Ka值小的先流出，Ka值大的后流出。分配系數(shù)Ka第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)。五、親和色譜

親和色譜是利用生物分子間所具有的專一而又可逆的親和力而使生物分子分離純化的一種色譜技術(shù)。具有專一而又可逆的親和力的生物分子是成對(duì)互配的，主要的有酶與底物、酶與競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑、酶與輔酶、抗原與抗體、DNA與RNA、激素與其受體等。在成對(duì)互配的生物分子中，可把任何一方作為固定相，而對(duì)樣品溶液（流動(dòng)相）中的另一方分子進(jìn)行親和色譜，達(dá)到分離純化的目的。酶與其輔酶是成對(duì)互配的，既可把輔酶作為固定相，使樣品中的酶分離純化，也可把酶作為固定相，使樣品中的輔酶分離純化第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)。離心分離技術(shù)

常速離心機(jī)（低速離心機(jī)），其最大轉(zhuǎn)速在8000r/min以內(nèi)，相對(duì)離心力在l0000g以下；高速離心機(jī)，轉(zhuǎn)速：l0000~25000r/min，相對(duì)離心力達(dá)l0000~l00000g；超速離心機(jī)，轉(zhuǎn)速：25000~80000r/min，最大相對(duì)離心力達(dá)500000g。按照分離要求，還可以進(jìn)行差速離心、密度梯度離心和等密度離心。第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)。離心條件的確定

離心力離心時(shí)間（與顆粒的沉降時(shí)間有關(guān)）溫度和pH值（防止欲分離物質(zhì)的凝集、變性和失活）n：轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，r/min

第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)。第三節(jié)其他提取分離技術(shù)

超臨界流體萃取技術(shù)(supercriticalfluidextraction,SCFE)

第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)。超臨界流體萃取技術(shù)利用超臨界流體(supercriticalfluid,SCF)，即其溫度和壓力略超過(guò)或靠近臨界溫度(Tc)和臨界壓力(pc)，介于氣體和液體之間的流體作為萃取劑，從固體或液體中萃取出某種高沸點(diǎn)或熱敏性的成分，以達(dá)到分離和提純的目的。臨界點(diǎn)是氣、液界面剛剛消失的狀態(tài)點(diǎn)。它的密度接近于液體，粘度接近于氣體，而擴(kuò)散系數(shù)大、粘度小、介電常數(shù)大等特點(diǎn)，使其分離效果較好，是很好的溶劑。第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)。純物質(zhì)的壓溫圖（CO2）

第二十三頁(yè)，共二十八頁(yè)。超臨界流體萃取與液體溶劑萃取的比較

超臨界流體萃取法液體溶劑萃取法1可選擇萃取揮發(fā)性小的物質(zhì)，生成超臨界相在要分離的原料中加入溶劑形成二相2萃取能力由T、p控制。夾帶劑研究不多萃取能力由溫度及混合溶劑濃度控制，壓力無(wú)影響3在常溫、高壓(5~30MPa)下操作，可處理對(duì)熱不穩(wěn)定的物質(zhì)在常溫、常壓下進(jìn)行4溶質(zhì)、溶劑易于分離，改變壓力溫度即可溶質(zhì)與溶劑分離常用蒸餾法，存在對(duì)熱穩(wěn)定性問(wèn)題5粘度小，擴(kuò)散系數(shù)大，易達(dá)到相平衡擴(kuò)散系數(shù)小，有時(shí)粘度相當(dāng)高6超臨界相溶質(zhì)濃度小萃取相為液體，溶質(zhì)濃度一般較高第二十四頁(yè)，共二十八頁(yè)。超臨界流體萃取工藝流程圖流程：原料過(guò)篩后進(jìn)入萃取釜E，C02由高壓泵H加壓，經(jīng)過(guò)換熱器R升溫使其成為既具有氣體的擴(kuò)散性而又有液體密度的超臨界流體，該流體通過(guò)萃取釜萃取出植物油料后，進(jìn)入第一級(jí)分離柱S1，經(jīng)減壓，升溫。由于壓力降低，C02流體密度減小，溶解能力降低，植物油便被分離出來(lái)。C02流體在第二級(jí)分離釜S2進(jìn)一步經(jīng)減壓，植物油料中的水分，游離脂肪酸便全部析出，純C02由冷凝器K冷凝，經(jīng)儲(chǔ)罐M后，再由高壓泵加壓，如此循環(huán)使用。第二十五頁(yè)，共二十八頁(yè)。膜分離技術(shù)是以選擇性透過(guò)膜為分離介質(zhì)，當(dāng)膜兩側(cè)存在某種推動(dòng)力（如壓力差、濃度差、電位差等）時(shí)，膜兩側(cè)組份選擇性地透過(guò)膜，從而達(dá)到分離、提純的目的。膜分離技術(shù)的出現(xiàn)是分離技術(shù)的一個(gè)飛躍，豐富了分離手段，大大提高了過(guò)濾效率及過(guò)濾效果。通過(guò)引入膜分離技術(shù)可以替代離心、沉降、蒸發(fā)、吸附等傳統(tǒng)的分離手段，提高生產(chǎn)效率、降低運(yùn)行成本、簡(jiǎn)化操作。

膜分離技術(shù)第二十六頁(yè)，共二十八頁(yè)。動(dòng)植物體內(nèi)可能存在的主要成分及其大小組分分子量尺寸大小(m)組分分子量尺寸大小m酵母和真菌

1~10酶104~1062×10-3~10-2細(xì)菌

3×10-1~10抗體300~1036×10-4