第十章物中功能性成分的提取分离方法

四、凝胶色谱
凝胶色谱，又称为凝胶过滤、分子排阻色谱或 分子筛色谱。它是指以各种凝胶为固定相，利 用流动相中所含各物质的相对分子量不同而达 到物质分离的一种色谱技术。
凝胶色谱的基本原理
当含有各种组分的样品流经凝胶色谱柱时，各组分在 柱内同时进行着两种不同的运动，即垂直向下的移动 和无定向的分子扩散运动（布朗运动）。
机械破碎
高速组织捣碎 高速匀浆 球磨
物理破碎
利用温度差 利用压力差 超声波
化学方法，酶学破碎
第二节 色谱分离技术
利用混合物中各组分的物理化学性质 （分子的 形状和大小、分子极性、吸附力、分子亲和力、 分配系数等）的不同，使各组分以不同程度分 布在两相中，其中一个相是固定的，称固定相， 另一个相是流动的，称为流动相，当流动相流 过固定相时，各组分以不同的速度移动，而达 到分离的目的。
第三节 其他提取分离技术
超临界流体萃取技术 (supercritical fluid extraction, SCFE)
超临界流体萃取技术
利用超临界流体(supercritical fluid, SCF)，即 其温度和压力略超过或靠近临界温度(Tc)和临 界压力(pc)，介于气体和液体之间的流体作为 萃取剂，从固体或液体中萃取出某种高沸点或 热敏性的成分，以达到分离和提纯的目的。
五、亲和色谱
亲和色谱是利用生物分子间所具有的专一而又可逆的 亲和力而使生物分子分离纯化的一种色谱技术。
具有专一而又可逆的亲和力的生物分子是成对互配的， 主要的有酶与底物、酶与竞争性抑制剂、酶与辅酶、 抗原与抗体、DNA与RNA、激素与其受体等。
在成对互配的生物分子中，可把任何一方作为固定相， 而对样品溶液（流动相）中的另一方分子进行亲和色 谱，达到分离纯化的目的。
(2)吸附剂对被分离物有足够的分辨 力，即对不同物质的吸附力有所 不同；
(3)吸附剂对被吸附物的吸附应是可 逆的，即在一定的条件下可以解 吸，以便洗脱；
(4)吸附剂不会溶解在所采用的溶剂 中，也不会引起被吸附物的化学 改变；
(5)吸附剂颗粒均匀，在操作时稳定， 不会破裂。
洗脱剂应具有的性质：
(1)洗脱剂不与吸附剂起化学反应， 不会使吸附剂溶解；
离子交换色谱的操作
离子交换剂预处理 装柱 离子交换剂转型（用适当的试剂处理，便离子交换剂所带的可交
换离子转变为我们所需要的离子，如阳离子交换剂用NaOH处理， 可转为Na+型，用HCl处理，则转为H+型；阴离子交换剂用NaOH 处理转为OH-型，用HCl处理转为Cl-型等） 溶剂或缓冲液平衡 上柱（加样） 洗脱和收集（洗脱液中应含有与交换剂的亲和力较大的离子，以 便把吸附在交换剂上的样品离子交换下来，样品中含有多种离子 时，与交换剂亲和力小的首先被洗脱出来） 再生（再次转型）
不溶性母体的高分子物质：苯乙烯树脂、酚醛树脂、纤维素、葡 聚糖、琼脂糖或其它聚合物。
活性基团可以是酸性基团：磺酸基(-SO3H)，磷酸基(-PO3H2)，亚 磷酸基(-PO2H)，羧基(-COOH)，酚羟基(-OH)等。引入酸性基团 的交换剂可离解出H+，与其它阳离子交换，这类离子交换剂属于 阳离子交换剂。
活性基团是碱性基团：季胺[-N+(CH3)3]，叔胺[-N(CH3)2]，仲胺[NHCH3]，伯胺[-NH2]等含氨基的基团。引入含氨基碱性基团的交 换剂，可与OH-结合后，与其它阴离子交换，这类离子交换剂属 于阴离子交换剂。
和强力酸次型序阳为离：子交换剂（含有磺酸基-SO3H等）对各种正离子的亲
超速离心机，转速：25000~80000r/min，最大相对离 心力达500000g。按照分离要求，还可以进行差速离心 、 密度梯度离心和等密度离心。
离心条件的确定
离心力 离心时间（与颗粒的沉降时间有关） 温度和pH值（防止欲分离物质的凝集、变性和失活）
Fm2rm42n2r
3600
n：转子每分钟转数，r/min
6 超临界相溶质浓度小
萃取相为液体，溶质浓度一般较高
超临界流体萃取工艺流程图
流程：原料过筛后进入萃取釜E， C02由高压泵H加压，经过换热器 R升温使其成为既具有气体的扩散 性而又有液体密度的超临界流体， 该流体通过萃取釜萃取出植物油 料后，进入第一级分离柱S1，经 减压，升温。
由于压力降低，C02流体密度减小， 溶解能力降低，植物油便被分离 出来。
力强次碱序性为阴：离子交换剂（含季胺-檬酸根 > SO42- > Cr2O4- > I- > NO3- > CrO4- > Br- > SCN- > Cl- > HCOO- > OH- > F- > CH3COO 弱碱性阴离子交换剂对氢氧根离子(OH -)有较高的亲和力，易于 转变为羟型。
色谱分离技术
分类： 按照流动相的状态分，如GC，LC等。 按照固定相的形式分，如column-chromatography,
paper-chromatography, thin-layer等。 按照分离过程依据的物理化学性质分：
如adsorption-chromatography 、ion-exchange、 molecular sieve，affinity-chromatography等。
阳离子只能被阳离子交换剂吸附，阴离子只能被阴离子交换剂吸 附；亲和力大的易于吸附，难于洗脱，亲和力小的难于吸附，容 易洗脱；
离子交换剂的选择
选择离子交换剂时应考虑下列因素： (1)样品离子带何种电荷； (2)离子的浓度； (3)被分离物质相对分子量的大小； (4)离子与交换剂的亲和力大小； (5)离子交换剂及欲分离物质的物理化学特性等。
临界点是气、液界面刚刚消失的状态点。它的 密度接近于液体，粘度接近于气体，而扩散系 数大、粘度小、介电常数大等特点，使其分离 效果较好，是很好的溶剂。
纯物质的压温图（CO2）
超临界流体萃取与液体溶剂萃取的比较
超临界流体萃取法
液体溶剂萃取法
1 可选择萃取挥发性小的物质，生成 在要分离的原料中加入溶剂形成二相 超临界相
固定相，另一种与固定相溶剂互不相溶的溶剂可以沿固定相流动， 称为流动相。 当某溶质在流动相的带动下流经固定相时，该溶质在两相之间进 行连续的动态分配，由于各物质有不同的分配系数，移动速率也 就不相同，从而达到分离的目的。 分配系数是指一种溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解达到平衡时， 该溶质在两相溶剂中的浓度比值。在色谱条件确定后分配系数是 一常数，以K表示。
酶与其辅酶是成对互配的，既可把辅酶作为固定相， 使样品中的酶分离纯化，也可把酶作为固定相，使样 品中的辅酶分离纯化
离心分离技术
常速离心机（低速离心机），其最大转速在8000r/min 以内，相对离心力在l0000g以下 ；
高速离心机，转速：l0000~25000r/min，相对离心力
达l0000~l00000g；
(2)洗脱剂对样品中各组分的溶解 度大，粘度小，流动性好，容 易与被洗脱组分分开；
(3)洗脱剂的纯度要高，免受杂质 影响。
常用的洗脱剂有饱和烃、醇、酚、
酮、醚、卤代烷以及水等。极性
较大的洗脱能力较强。
二、分配色谱(纸色谱,薄层色谱,GC等)
分配色谱是利用各组分的分配系数不同而予以分离的方法。 分配色谱中，通常采用一种多孔性固体支持物吸着一种溶剂作为
2 萃取能力由T、p控制。夹带剂研究 萃取能力由温度及混合溶剂浓度控制，
不多
压力无影响
3 在常温、高压(5~30MPa)下操作， 在常温、常压下进行 可处理对热不稳定的物质
4 溶质、溶剂易于分离，改变压力温 溶质与溶剂分离常用蒸馏法，存在对热
度即可
稳定性问题
5 粘度小，扩散系数大，易达到相平 扩散系数小，有时粘度相当高 衡
膜分离技术的出现是分离技术的一个飞跃， 丰富了分离手段，大大提高了过滤效率及过 滤效果。通过引入膜分离技术可以替代离心、 沉降、蒸发、吸附等传统的分离手段，提高
生产效率、降低运行成本、简化操作。
动植物体内可能存在的主要成分及其大小
组分 酵母和真菌 细菌
胶体 病毒 蛋白质 多糖
分子量
104~106 104~106
尺寸大小(m) 1~10 3×10-1~10
10-1~1 3×10-2~3×10-1 2×10-3~10-2 2×10-3~10-2
组分 酶 抗体
单糖 有机酸 无机离子
分子量 104~106 300~103
200~400 100~500 10~100
尺寸大小m 2×10-3~10-2 6×10-4~1.2×10-3
8×10-4~1×10-3 4×10-4~8×10-4 2×10-4~4×10-4
第十章
谷物中功能性成分的提取分离方法
第一节 细胞破碎
细胞破碎的作用和方法
作
用
机
液体剪切
械
固体剪切
非
脱水
机
械
溶胞作用
超声波 研磨 压力
方
法
机械搅拌压力
杆和臼 球磨机
Hughes压榨机 ‘X’ 压榨机
空气干燥 物理作用 化学作用 酶作用
真空干燥 冷冻干燥 溶剂干燥 渗透冲击 压力释放 冻结和融化 阳阴离子洗涤剂 抗生素 甘氨酸 溶菌酶和有关的酶噬 菌体溶胞 抗菌素
大分子物质由于分子直径大，不易进入凝胶颗粒的微 孔，只能分布于凝胶颗粒的间隙中，所以以较快的速 度流过凝胶柱；而小分子物质能够进入凝胶颗粒的微 孔中，不断地进出于一个个颗粒的微孔内外，这样就 使小分子物质向下移动的速度落后于大分子物质，从 而使样品中各组分按相对分子量从大到小的顺序先后 流出色谱柱，达到分离的目的。
洗脱
溶剂洗脱液曲线
溶剂洗脱法：加入样品溶 液后，连续不断地加入洗 脱剂进行冲洗，最初的流 出液为纯溶剂，然后是吸 附力最弱的组分，以后逐 次出现的物质是按吸附力 由弱到强的顺序分别洗出， 吸附力量强的物质最后洗 脱出来。