雙水相萃取的應用課件.pptx

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1、雙水相萃取的應用twoaqueousphaseextraction主講人：宋孟嬌組員：于寶云劉紅高健云李洋王立華劉永花孫越陳美靜李志鵬前言萃取：利用物質在兩種互不混溶的溶劑中的分配差異進行分離的技術。有機溶劑萃?。阂耘c水互不相溶的有機溶劑作萃取劑從水相中萃取目的產(chǎn)物，廣泛應用于抗生素、有機酸、維生素等發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)。用于蛋白質、核酸、酶等生物大分子的分離很少成功。反萃?。菏褂盟芤簭挠袡C溶劑中萃取水溶性的物質。反膠團萃?。撼R界萃取：雙水相萃取雙水相系統(tǒng)：因兩種水溶性聚合物水溶液或一種水溶性聚合物的水溶液與鹽溶液混合時的不相容性而形成有明顯界面的兩相系統(tǒng)。特點：因使用的溶劑是水，因此

2、稱為雙水相，在這兩相中水分都占很大比例(85％~95％)，活性蛋白或細胞在這種環(huán)境中不會失活，但可以不同比例分配于兩相，這就克服了有機溶劑萃取中蛋白容易失活和強親水性蛋白難溶于有機溶劑的缺點。發(fā)展歷史1896年荷蘭微生物學家Berjerinck發(fā)現(xiàn)瓊脂水溶液與可溶性淀粉或明膠水溶液混合時形成雙水相現(xiàn)象。1956年瑞典lund大學的Albertsson教授及其同事開始對雙水相系統(tǒng)進行比較系統(tǒng)研究。測定了許多雙水相系統(tǒng)的相圖，考察了蛋白質、核酸、病毒、細胞及細胞顆粒在雙水相中的分配行為，為雙水相萃取系統(tǒng)的發(fā)展奠定了基礎。只局限于實驗室內的測定和理論研究。發(fā)展歷史Kula教授研究小組對雙

3、水相的應用、工藝流程、操作參數(shù)、工程設備、成本分析等進行了大量研究，在應用上獲得成功。1978年首先將雙水相萃取技術用于酶的大規(guī)模分離純化，建成了一套工業(yè)裝置，達到20kg/h的處理能力，分離純化了幾十種酶，也應用于基因工程產(chǎn)品的分離。雙水相萃取可分離多肽、蛋白質、酶、核酸、病毒、細胞、細胞器、細胞組織，以及重金屬離子等，近年來，還應用于一些小分子，如抗生素、氨基酸和植物的有效成分等的分離純化。作為反應系統(tǒng)用于酶反應，生物轉化，發(fā)酵的產(chǎn)物生產(chǎn)與分離的集成。萃取原理雙水相萃取與水-有機相萃取的原理相似,都是依據(jù)物質在兩相間的選擇性分配。當萃取體系的性質不同時,物質進入雙水相體系后,由

4、于表面性質、電荷作用和各種作用力(如憎水鍵、氫鍵和離子鍵等)的存在和環(huán)境因素的影響,使其在上、下相中的濃度不同。物質在雙水相體系中分配系數(shù)K可用下式表示：K=C2/C1其中K為分配系數(shù)，C2和C1分別為被分離物質在上、下相的濃度。生物分子的分配系數(shù)取決于溶質與雙水相系統(tǒng)間的各種相互作用，其中主要有靜電作用、疏水作用和生物親和作用等。因此，分配系數(shù)是各種相互作用的和:lnm=lnme+lnmh+lnmlme，mh，ml分別為靜電作用、疏水作用和生物親和作用對溶質分配系數(shù)的貢獻。分配系數(shù)K等于物質在兩相的濃度比,由于各種物質的K值不同,可利用雙水相萃取體系對物質進行分離。其分配情況服從

5、分配定律，即，“在一定溫度一定壓強下，如果一個物質溶解在兩個同時存在的互不相溶的液體里，達到平衡后，該物質在兩相中濃度比等于常數(shù)”，分離效果由分配系數(shù)來表征?？尚纬呻p水相的雙聚合物體系很多，如聚乙醇(PEG)/葡聚糖(Dx)，聚丙二醇/聚乙二醇和甲基纖維素/葡聚糖等。雙水相萃取中常采用的雙聚合物系統(tǒng)為PEG/Dx，該雙水相的上相富含PEG，下相富含Dx。除雙聚合物系統(tǒng)外，聚合物與無機鹽的混合溶液也可形成雙水相，例如，PEG/磷酸鉀(KPi)、PEG/磷酸銨、PEG/硫酸鈉等常用于生物產(chǎn)物的雙水相萃取。PEG/無機鹽系統(tǒng)的上相富含PEG，下相富含無機鹽。雙水相體系各種類型的雙水相體系

6、類　　型形成上相的聚合物形成下相的聚合物非離子型聚合物/非離子型聚合物聚乙二醇葡聚糖聚乙烯醇聚丙二醇聚乙二醇聚乙烯吡咯烷酮高分子電解質/非離子型聚合物羧甲基纖維素鈉聚乙二醇高分子電解質/高分子電解質葡聚糖硫酸鈉羧甲基纖維素鈉聚合物/低分子量化合物葡聚糖丙醇聚合物/無機鹽聚乙二醇磷酸鉀硫酸銨常用的雙水相體系是聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)體系和PEG/磷酸鹽體系。PEG/Dx體系一般用于小規(guī)模地分離生物大分子、膜、細胞等，PEG/無機鹽體系主要用來大規(guī)模地提純酶，這是因為PEG/無機鹽體系的萃取專一性更高，葡聚糖價格昂貴的緣故。物質在兩相中的選擇性分配是疏水鍵、氫鍵和離子鍵等相互

7、作用的結果，可溶性物質的分配情況可由分配系數(shù)K來表征，細胞這些更大顆粒的分配情況則由分配比P來表征。影響蛋白質及細胞碎片在雙水相體系中分配行為的主要參數(shù)有成相聚合物的種類、成相聚合物的分子質量和總濃度、無機鹽的種類和濃度、pH值、溫度等。雙水相萃取的基本特點(1)體系有生物親和性。兩相中的水分含量通常高達85%～95%，所用的聚乙二醇PEG、葡聚糖dextran等高聚物或磷酸鹽、硫酸鹽等無機鹽對蛋白質、核酸等生物活性物質無毒害，甚至還有穩(wěn)定保護作用，而且相界面張力比水