食品分离知识点

第一章分离过程:通过一定的手段，将混合物分成互不相同的几种产品的操作过程，它包括提取和除杂两部分分离手段:物理化学或者是物理和化学手段的互相结合分离技术:是一门研究如何从混合物中把一种或几种物质分离出来的科学技术。第二章沉淀的概念:指溶液中的溶质在适当条件下由液相变成固相而析出的过程。结晶是一种特殊的沉淀技术。沉淀分离方法种类：1.无机沉淀剂沉淀分离法,通常是以盐类作为沉淀剂的一类沉淀方法如盐析法，多用于各种蛋白质和酶类的分离纯化，以及某些金属离子的去除。常用的沉淀剂有：硫酸铵、碳酸铵、硫酸钠、柠檬酸钠、氯化钠等。2.有机沉淀剂沉淀分离法,以有机溶剂作为沉淀剂的一种沉淀分离方法。常用到的沉淀剂有：丙酮、乙醇、甲醇等3.非离子多聚体沉淀剂沉淀分离法,采用非离子型的多聚体作为目标成分的沉淀剂。适用于生物大分子的沉淀分离，如酶、核酸、蛋白质、病毒、细菌等。4.等电点沉淀法主要是利用两性电解质在等电点状态下的溶解度最低而沉淀析出的原理。适用于氨基酸、蛋白质及其他属于两性电解质组分的沉淀分离，如大豆蛋白“碱提酸沉”的提取方法。5.共沉淀分离法又可称为生物盐复合物沉淀法，用于多种化合物特别是一些小分子物质的沉淀。它是利用沉淀的同时对其他待分离成分吸附共沉淀而达到除杂的目的。6.变性沉淀分离法又称为选择性变性沉淀法，是利用特定条件使目标成分变性，导致其性质的改变如溶解度下降而得以分离。适用于一些变性条件差异较大的蛋白质和酶.第二节金属盐类沉淀分离法此种方法利用金属离子与酸根在形成盐类时溶解度低而沉淀分离。在柠檬酸发酵工业中应用得较多的是钙盐法。原因：–柠檬酸的钙盐溶解度比较小，易于分离；–其次钙离子的来源(石灰)广泛，价格便宜，并且钙离子对食品造成污染少。工业上柠檬酸的生产采用的钙盐沉淀法过程分钙盐中和及酸解两个步骤。1．钙盐中和发酵液去除菌体后，加入碳酸钙，形成柠檬酸钙沉淀，柠檬酸得以与发酵液的其他杂质分离：2C6H8O7·H2O+3CaCO3Ca3(C6H5O7)·4H2O+3CO2+H2O条件：70-85℃，pH5.02.酸解得到的柠檬酸钙用硫酸处理，使之生成硫酸钙沉淀，钙和柠檬酸分离:C3(C6H5O7)·4H2O+3H2SO4+4H2O2C6H8O7.H2O+3CaSO4.H2O条件：60-85℃，pH1.8-2.0在蔗糖生产过程中，也有利用生成碳酸钙沉淀或亚硫酸钙沉淀来进行糖的除杂和澄清。谷氨酸能与Zn2+、Ca2+、Co2+、Cu2+等作用生成谷氨酸盐沉淀，也可用于从发酵液中分离谷氨酸。其中利用Zn2+进行沉淀的称为锌盐法(条件为常温温度，pH值为6.3)；利用Ca2+进行沉淀的称为钙盐法(常温温度，pH值为12.0)。缺点：常有共沉淀作用和吸附作用发生，并且一些金属盐(如硫酸钙)的溶解度也比较大，残留问题严重。因此分离效果不是很理想，用作初步分离，并且通常是与其他分离方法配合使用。盐析法原理盐溶:在低盐浓度下，蛋白质和酶类的溶解度随着盐的浓度提高而增大，这个过程称为盐溶。原因：（1）无机盐离子在蛋白质表面吸附，使颗粒带相同电荷而互相排斥。（2）无机盐离子增加了蛋白质的亲水性，改善了与水膜的结合，增加了蛋白质分子与溶剂分子相互的作用力，使蛋白质的溶解度增加。盐析：当盐浓度增加到—定程度时，在盐离子的作用下，水活度大大降低，同时蛋白质表面的电荷被大量中和，蛋白质分子外表的水化膜被破坏，蛋白质分子相互聚集而沉淀析出。在盐析法中常用到的中性盐有：硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、磷酸钠、磷酸钾、氯化钾、醋酸钠、硫氰化钾等。以硫酸铵、硫酸钠应用最广。虽然磷酸盐的盐析效果比硫酸铵好．但硫酸铵的最大优点：1.温度系数小2.温度的变化引起溶液性质的改变不大，3.溶解度大，应用于许多蛋白质和两的盐析时，对蛋白质和酶变性的影响较小4.并且硫酸铵价格低廉。1.硫酸铵的缺点：缓冲能力较小2.含氮，影响到蛋白质的定量分析．尤其是采用凯氏定氮法和双缩法进行测定时硫酸钠由于不含氮，不影响蛋白质的定量测定，归其缺点是在30℃以下溶解度太低，需在30℃以上操作效果较好，不利于保持酶的活性。磷酸盐、柠檬酸钠、硫氰化钾等也用于蛋白质的盐析，但由于溶解度低．或容易与其他金属离子产生沉淀，或因酸性过强，都不如硫酸铵的应用那样广泛。影响盐析效果的因素(1)蛋白质浓度的影响(2)离子强度和离子类型的影响(3)不同离子类型对盐析效果的影响(4)pH值对盐析效果的影响(5)温度的影响盐析后的脱盐处理常用的脱盐处理方法有：1.透析法2.电渗析法3.葡聚糖凝胶过滤法透析法：半透膜即具有让小分子和水扩散而不断地通过，直到膜内外浓度达到平衡；而大分子则不能透过膜而被截留在膜内侧的一种类型膜。1.生物的细胞膜2.羊皮纸3.玻璃纸以及赛路纷等即属于半透膜。透析膜，必须具有如下特点：1:选择性：只允许小分子溶质和溶剂通过，大分子不能通过；2:具有化学惰性，与溶质不起化学作用，在水、盐、稀酸中不溶解；3:有一定的机械强度和良好的再生性能。成品的透析器有：透析袋、旋转透析器、平面透析器、连续循环透析器、微量透析器、减压透析器、反流透析器。硫酸铵饱和度的调整方法硫酸铵预处理：1.用一般生化工业制备的硫酸铵即可，如果待盐析的蛋白质和酶的活性中心含疏基，如菠萝蛋白酶和木瓜蛋白酶等2.属于疏基蛋白酶类的制品，则需预处理．去除硫酸铵中的重金属离子．以消除其对酶活性的影响。方法是将硫酸铵配成浓溶液．然后通入H2S气体至饱和。放置过夜后用滤纸滤除重金属沉淀物，滤液在瓷蒸发皿中浓缩结晶，100℃干燥。硫酸铵饱和度的调整方法：1.固体加入法：2.饱和溶液加入法大豆蛋白的组成及性质：第三节有机沉淀剂沉淀分离法.有机沉淀剂的特点1：选择性比较高，即一定浓度的有机沉淀剂只沉淀分离某一种或某一类溶质组分。2：沉淀后所得产品不需脱盐，残留的沉淀剂通过挥发而易减少。3：有机沉淀剂的缺点是对某些具有生物活性的大分子物质如酶类具有失活作用，因而常常需要在低温下操作。2.3.2:沉淀分离原理：1：有机溶剂改变了溶液的介电常数，加入有机溶剂降低了溶液的介电常数，导致了溶质分子之间发生聚合而析出。2：脱水作用：有机溶剂溶解在水溶液中，减少了溶质与水的作用，因而使溶质脱水而相互聚集沉淀。有机沉淀剂的选择1：沉淀金属离子的有机沉淀剂（1）：生成螯合物的有机沉淀剂；螯合剂一般有两种基团即酸性基团和碱性基团。常见的有：(a)烃基肟类，能与二价金属离子形成结合物，如水杨酸肟在pH=2.5能沉淀Ca+2、Pd+2，在pH＝5.7能沉淀Ni2+，在pH＝7-8时能沉淀Zn2+(b)氨基酸类，半胱氨酸对Fe3+离子络合，芳香族氨基酸：Cu+2,Zn+2,Cd+2,Co+2,Ni+2,Ag+2,Mn+2.(c)蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和脯氨酸等由于能螯合一些会促进氧化作用的金属离子，可以作为抗氧化剂及抗氧化剂的增效剂。（2）：生成离子缔合物的有机沉淀剂（3）：生成三元络合物的有机沉淀剂。沉淀有机成分的有机沉淀剂1.用于沉淀水溶液中的氨基酸、蛋白质、酶、核酸、多糖、果胶以及其他生化小分子成分发生沉淀作用。2.此类沉淀剂有：乙醇、甲醇、丙酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙睛、异丙醇等，其中最常用的是乙醇和丙酮。食品中蛋白质和酶多用乙醇。影响沉淀效果的因素1．金属离子的影响.当溶液中有一些金属离子存在时，能降低大分子溶质的溶解度，同时不影响目标成分的生物活性，可使有机溶剂的用量减少。2．盐浓度的影响.溶液中盐的浓度太大或太小，对沉淀都有不良影响。沉淀蛋白质和多糖时，有机溶剂中盐的浓度以不超过5％为宜。3：溶质相对分子质量与有机溶剂用量的影响一般说来，待分离组分的相对分子质量越小，有机溶剂的用量越多。不同浓度的有机溶剂能使溶质中不同的组分先后沉淀，因而能起到分步沉淀的效果。4：温度的影响.5：pH的值影响.第四节等电点沉淀分离的基本原理定义等电点沉淀分离法主要是利用两性电解质分子在电中性时溶解度最低，不同的两性电解质具有不同的等电点进行分离的一种方法。两性电解质：狭义两性电解质：分子中同时含有酸基和碱基的化合物。广义两性电解质：分子中同时含有质子供体和质子受体的化合物。如蛋白质、酶以及氨基酸等。RNH2—C—COOH—NH2质子受体—COOH质子供体等电点的定义：使两性电解质处于荷电性为零的pH值，即为两性电解质的等电点．通常以pI表示蛋白质的等电点沉淀分离蛋白质的分子构成与质子供体与质子受体的来源：1.蛋白质由多种氨基酸通过肽键聚合而成，相对分子质量从数万到数百万，2.侧链末端的氨基和羧基3.支链上的可离解基团：-羧基，-羧基，-羧基，咪唑基，巯基，-氨基，苯酚基，胍基等等。含有的不同数量的酸性和碱性氨基酸等，都能在水中离解。因此蛋白的等电点通常用酸碱滴定法测定影响蛋白质变性的因子1.温度2.pH值大部分蛋白质在pH＝4-10的范围内是比较稳定的，超过这个范围就会发生变化。变性的原因：酸碱的作用使蛋白质分子内的基团带电性质发生了变化，从而破坏了静电引力所形成的键，导致原来构象发生了变化。每种酶都有一个活性表现最大的pH值。这个pH值称之为酶的最适pH值。变性沉淀的方法：1.热变性沉淀分离利用各种蛋白质对热的稳定性不同的特点，使蛋白质组分之间得以分离，同时使蛋白质与水及其他可溶性物质分离开来2.选择性的酸碱变性沉淀分离利用酸碱变性原理，调节溶液pH值，可以有选择地除去杂蛋白，有利于提高酶制剂的比活和纯度。3.利用酶作用进行变性分离4.利用表面活性剂或有机溶剂引起变性多酚天然有机物络合沉淀分离法植物性的食品原料含有多酚类成分能和蛋白质、酶等生物大分子发生络合作用，并且在一定程度上改变这些生物大分子的生物活性。非离子型聚合物沉淀分离沉淀剂：聚乙二醇，葡聚糖等。第三章超临界萃取及超临界流体的概念超临界萃取是以超临界流体作为萃取剂,在临界温度和临界压力附近的条件状态下,从液体或固体物料中萃取和分离组分,又称为:压力流体萃取超临界气体萃取临界溶剂萃取与萃取和浸提比较1.其相同之处:均是以溶剂作为萃取剂,实现在相与相之间的传质分离2.不同的:超临界流体萃取是用临界点状态下的流体萃取,这种临界状态下的流体，低粘度、高扩散系数和高密度,对许多物质成分均具有很强的分离能力。然后变动压力或温度,使流体密度变化,使成分析出.超临界流体:超临界流体是指处于超过物质本身的临界温度和临界压力状态时的这样一种流体。如果气体处于临界温度之上,无论施加多大的压力,都不能将其液化。以癸酸为例，用下图具体说明超临界气体萃取的原理。癸酸的熔点31℃，沸点269℃，是一种在常温下呈固态的饱和脂肪酸。在超临界流体萃取中，主要是溶剂流体密度的大幅度增加导致溶剂对溶质的作用力大幅度增加从而形成了溶解物质的能力，这个特性给溶剂流体的回收、溶剂与萃取物(溶质)的分离带来方便。改变超临界流体密度的方法一是采用固定温度,降低压力的方法,二是采用固定压力,提高温度的方法。超临界流体最重要的性质是密度、粘度及扩散系数。超临界流体的溶解能力与密度之间的这种关系lnC=mln+常数上式表示了超临界流体的溶解度随密度的增大而增大。式中的常数值和m值就越大,超临界流体对分离组分的溶解能力就越大。超临界流体的溶解能力随着其密度的增高而提高改变超临界流体密度的方法一是采用固定温度,降低压力的方法,二是采用固定压力,提高温度的方法。常用的超临界流体有：CO2、SO2、C2H6、C2H4、C3H8、C4H10、C5H12、氟里昂13等。这些萃取剂中以CO2最为常用根据对过程中超临界流体密度调控的方法不同,可分为等温变压流程和等压变温流程以及吸附法三个基本流程。等温变压流程此种流程通过压力的变化引起超临界流体密度的变化,使得组分从超临界流体中析出分离。等压变温法等压变温法流程中,超临界流体的压力保持一定,而利用温度的变化,引起超临界流体对溶质溶解度的变化,从而实现溶质与超临界流体分离的过程。吸附法此种流程是将萃取了溶质的超临界流体,再通过一种吸附分离器，这种吸附分离