当前位置：文档之家 › 生物工程下游技术5.3双水相萃取NEW-2006

生物工程下游技术5.3双水相萃取NEW-2006

  • 格式：ppt
  • 大小：2.72 MB
  • 文档页数：58

下载文档原格式

  / 58

合集下载

萃取技术—双水相萃取技术(药物分离纯化课件)

萃取技术—双水相萃取技术(药物分离纯化课件)

内侧流 外侧 分配 萃取物
体 流体 系数
细胞色素 C 磷酸盐 PEG 0.18 肌红蛋白 磷酸盐 PEG 0.009 过氧化氢酶 磷酸盐 PEG 0.12 尿激酶 磷酸盐 PEG 0.65
内侧流 速,cm/s
16.3 4.0 16.3 16.3
外侧流 传质系 速,cm/s 数,cm/s
6.6 5.5?0 -6 5.0 7.5?0 -7 5.0 2.8?0 -5 5.0 2.0?0 -4
双水相萃取的应用--双水相萃取技术（萃取技术）
1.双水相萃取的应用
双水相分离条件 （1） 目的分子与细胞应分配在不同的相 （2） 分配系数应足够大 （3） 离心机容易分离
双水相萃取的应用
分离物质
举例
体系
NaDS-硫酸葡聚糖
酶 核酸 生长素 病毒 干扰素
细胞组织
过氧化氢酶的分离 分离有活性核酸DNA 人生长激素的纯化 脊髓病毒和线病毒纯化 分离β－干扰素
双水相萃取的应用--双水相萃取技术（萃取技术）
2.双水相萃取分离技术的发展方向 （1）廉价双水相体系的开发
优点： (1)蛋白质溶解度大。蛋白质在PPT浓度到15％以前没有沉淀，但在PEG浓度大于
5％时，溶解度显著地减小，在盐溶液中的溶解度更小。 (2)粘度小。PPT的粘度是粗dextran的1/2,传质好。 ⑶价格便宜。PPT几十$/kg,粗dex几百$/kg
系线
TMB：系线连接双节线上两点的 直线。
在临界点处，分配系数为1
临界点
药物分离与纯化技术课程
3．双水相相图
系线反映的信息:
(1)系线长度：衡量两相间相对差别的尺度。越长则两相间性质差 别越大，反之则越小；趋向于零时，（双节线上的点，临界点）， 两相差别消失，成为均一相。

06双水相萃取法

06双水相萃取法

很大进展。在提纯有生理活性的生物物质方面，与其他提取方
法相比，它具有许多优势。现在双水相萃取已被广泛用于蛋白
质、酶、核酸、病毒、细胞、细胞器等生物产品的分离和纯化，
并逐步向工业化生产迈进，展现了在食品工业、生物学研究和
生物工程方面的巨大应用前景。
双水相现象是当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶
于同一溶剂时，由于聚合物之间或聚合物与盐之间的
1.2 相图
把双水相体系中的组成成分，分 别以不同的浓度相混，然后观察其 成相过程，把此过程以图的形式描 绘下来，即称为此种双水相体系的 相图。 不同的双水相体系，其成相条件 是不同的，相图常被用于研究不同 双水相体系中的成相现象。

a 系线 b 两相区 系线 双节线 双节线 均相区 均相区
程速度快，回收效率高，能耗较小， 速度快。如选择适当体系，同收率 可达80％以上，提纯倍数可达2～20 倍。 ③易于进行连续化操作，设备简单， 且可直接与后续提纯工序相连接， 无需进行特殊处理。
④双水相体系的相间表而张力大 大低于有机溶剂与水相之间的相间 张力，相分离条件温和，因而会保 持绝大部分生物分子的活性，可直 接用在发酵液中。
是近年来出现的引人注目、极有前途的新型分离技术。
一、双水相萃取的基本特性
2 种天然的或合成的亲水性聚合物的水溶液相互混合时，最常
见的现象是，由于2 种聚合物间存在较强的斥力或空间阻碍，
使2者无法相互渗透，不能形成均一相，故达到平衡后形成两
相，这2 种聚合物分别位于互不相溶的两相中，即形成聚合物 /聚合物双水相体系。另外，某些聚合物溶液和一些无机盐溶 液相混时，在一定浓度下，由于盐析作用，也会形成两相，即 除高聚物、无机盐外，能形成双水相体系的物质还有高分子电 解质、低分子量化合物。

双水相萃取详细资料

双水相萃取详细资料

三步两水相萃取酶的流程：
细胞匀浆液
第一步双水相萃取
+PEG +盐（或是葡聚糖）
分离机
下相 ） 细胞碎片
杂蛋白 （核酸、多糖）
上 相（PEG相
（目标产物）如prot、E +盐
第二步双水相萃取 静置分层
下 相（盐相） 核酸多糖
上 相（PEG相） 目标产物
杂蛋白
（亲水性较强）
+盐
第三步双水相萃取 静置分层
分子间作用力与熵增加相比占主导地位。
➢ 作用力为斥力：形成两个水相，两种高聚物分 别富集于上、下两相。
➢ 作用力为引力：也形成两个水相，但两种高聚 物都分配于一相，另一相几乎为溶剂。
➢ 作用力没有强烈的引力或斥力：完全互溶，形
成均相的高聚物水溶液
• 聚合物的不相容性：两种聚合物分子间存在斥力，在 达到平衡后，分成两相，两种聚合物分别进入到一相 中。
优点：1.与固定床反应器相比，不需载体，不存在多孔载体中的 扩散阻力，故反应速度快，生产能力较高；2.生物催化剂在两水 相系统中教稳定；3.两相间表面张力低，轻微搅拌即能形成高度 分散的系统，分散相液滴在10μm一下，有很大的表面积，有利于 底物和产物的传递。
PEG系统中细胞碎片分配到下相中较容易 分配在上相中的蛋白质可通过加入适量的盐（有时也可 加入适量的PEG），尽兴第二次双水相萃取，以除去多 糖和核酸，它们的亲水相较强因而容易分配在盐相中， 而蛋白质就留在了PEG相中；在第三步萃取中，应该使 蛋白质分配在盐相中（例如：调节pH），以使和主体 PEG分离。色素由于其疏水性，通常分配在上相。主体 PEG可循环使用，而盐相蛋白质则可用超滤方法去除残 余的PEG以提高产品的纯度。

生物工业下游技术 第六章 双水相萃取法

生物工业下游技术 第六章 双水相萃取法
第六章
双水相萃取法
谢 虹
普通的有机溶剂萃取法难于应用 于蛋白质的分离： 许多蛋白质都有极强的亲水性，不 溶于有机溶剂； 蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。
基因工程产品如蛋白质和酶往往是胞内产 品，需经细胞破碎后才能提取、纯化，细胞颗 粒尺寸的变化给固—液分离带来了困难，同时 这类产品的活性和功能对pH值、温度和离子强 度等环境因素特别敏感。 由于它们在有机溶剂中的溶解度低并且 会变性，因此传统的溶剂萃取法并不适合。
因此基因工程产品的商业化迫切需要 开发适合大规模生产的、经济简便的、快 速高效的分离纯化技术。 其中双水相萃取技术(two-aqueous phase extraction,ATPS)，又称水溶液两 相分配技术(Partion of two aqueous phase extraction)是近年来出现的引人 注目、极有前途的新型分离技术。
• 辣椒的主要成分是辣椒素和辣椒色素，以及 具有特殊香味的挥发物。辣椒中产生辣椒味 的物质是辣椒碱，辣椒红色素和辣椒碱能溶 于乙醇、乙醚、氯仿、苯等有机溶剂和碱溶 液中。 • 辣椒碱在辣椒中的含量一般为0.2％～0.5%， 但只要辣椒红色素中有十万分之一的浓度就 可明显地感觉到辣味。由于辣椒碱对人体血 管有刺激作用，所以在提取辣椒红色素的同 时要除去辣椒碱。
周围将聚集同种分子而排斥异种分子，当 达到平衡时，即形成分别富含不同聚合物 的两相。
在生化工程中广泛应用的双水相体系有： 聚乙二醇（PEG）/葡聚糖(Dex)体系，该 双水相的上相富含PEG，下相富含Dex。 除双聚合物系统外，聚合物与无机盐的混 合溶液也可形成双水相，例如，PEG/磷酸 钾(KPi)、PEG/磷酸铵、PEG/硫酸钠等常用 于生物产物的双水相萃取。PEG/无机盐系 统的上相富含PEG，下相富含无机盐。

5.3 双水相萃取

5.3 双水相萃取
5.3 双水相萃取与应用
5.3.1 概 述
双水相系统：因两种水溶性聚合物的水溶液，或一 种 水溶性聚合物水溶液与盐溶液混合时的不相容性 而形成有明显界面的两相系统。
特点：两相均含有大量的水（高达80%以上）， 界面张力小，一般只有0.5-10-4mN/m， 萃取环境和条件温和， 生物相容性好，有时有稳定作用； 分配系数可控：聚合物修饰、相系统组 成、操作条件容易放大，%)
葡聚糖(%) 图1 PEG/葡聚糖系统相图
盐(%) 图2 PEG/盐系统相图
5.3.4 双水相系统相图
成相及上、下相组成:
• 相图中 TCB 联线为一双节点线，双节点线下方为单相区；双 节点线上方为两相区。如果系统组成处于该区，如 M 点时， 系统分为两相，而上相和下相的组成分别为通过 M 点与双节 点线相交的 T 和 B 点相对应的组成。上相主要含有 PEG ，下相 主要含有葡聚糖或盐。两相平衡时，符合杠杆规则。当用υT 代表上相体积，υB代表下相体积时，则 T BM B MT • 式中 BM为B点到M点的距离，MT为M点到T点的距离。M点向下 移动时，系线长度缩短，两相差别减少，到达 C 点时，系线 长度为0，两相间的差别消失而成为一相。因此，C点成为系 统的临界点。
5.3.1 概 述
缺点和不足： • 双水相系统含较高浓度的水溶性聚合物和盐， 会带到产物中，去除需要辅助处理方法。 • 成本较高。即使水溶性聚合物和盐尽管回收再 用。 • 选择性较低，分离纯化倍数低，一般只适用于 粗分离。
5.3.1 概 述
研究最多的几种典型双水相系统：
A 聚丙二醇(PPG) 聚乙二醇(PEG)，聚乙烯醇(PVA) 葡聚糖(Dex)；聚蔗糖(Ficoll) 羟丙基葡聚糖 聚乙烯醇(PVA)；葡聚糖(Dex) 聚乙烯吡咯烷酮 聚丙烯乙二醇；甲基纤维素

生物分离工程-双水相萃取

生物分离工程-双水相萃取

358.33±9.06 350.64±8.20
1000g体系 531.97±6.89 13.17±0..41±7.66
异丙醇/硫酸铵双水相体系直接萃取发酵液中2,3-丁二醇
表4.1 在10 g体系中双水相直接萃取发酵液
No. K2,3-BD Kacetoin Kglucose
2 双水相体系的系线和相图的制作
在双水相体系组成成分确定以后,首先要配制双水相
体系, 而双水相体系的配制依据是体系的相图, 所以, 在配制双水相体系以前应先把该体系的相图(包括系线) 制作出来 以 PEG/(NH4)2SO4 体系为例: 从 PEG/(NH4)2SO4 的量可得出体系组成的质量分数,混合分相后,测出上相 和下相中PEG、(NH4)2SO4的含量, 由此可得到3个点即加 料点、上相点和下相点,然后调整PEG或(NH4)2SO4的量,重 将得到的所有的上相点和下相点在坐标图上用光滑曲线 连接起来组成双节曲线,而每1次的加料点、上相点和下 相点的连线则为系线。
聚丙二醇
甲基聚丙二醇 聚乙二醇 聚乙烯醇 聚乙烯吡咯烷酮 羟丙基葡聚糖 葡聚糖 聚乙烯醇
聚乙二醇
聚乙烯吡咯烷酮 葡聚糖 聚蔗糖
聚乙烯醇
甲基纤维素
或
羟丙基葡聚糖
聚乙烯咯烷酮 葡聚糖
甲基纤维素 羟丙基葡聚糖 葡聚糖
聚合物1
聚合物2或盐
乙基羟乙基纤维素 葡聚糖
羟丙基葡聚糖
葡聚糖
聚蔗糖
葡聚糖
聚丙二醇 甲氧基聚乙二醇 聚乙二醇 聚乙烯吡咯烷
4）外加电场的影响
当在两相分界的垂直方面上加上电场时由于 电位差增加而使分配系数发生改变 如用PEG8000 /DextranＴ 500体系分离肌红蛋白,在外加48.1 Ｖ/cm的电场强度40 min后,分配系数Ｋ从0.81变 为38.7,上相回收率从44.7%增高到98.0% 。

【生物工程下游技术】第七课_双水相萃取

第七章 双水相萃取技术
有机溶剂萃取的不足：
许多蛋白质都有极强的亲水性，不溶于有机溶剂 ； 蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。
溶液的分相不一定完全依赖于有机溶剂，在一定条件 下，水相也可以形成两相(即双水相系统)甚至多相。于是有 可能将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移 到另一水相中，从而完成分离任务。
这些条件不可能同时满足，分配理论也不完善，因此 常需要根据试验选择最优系统和操作条件。
采用两水相系统进行生物转化反应有下列优点：
① 与固定床反应器相比，不需载体，不存在多孔载体
中的扩散阻力，故反应速度较快，生产能力较高； ② 生物催化剂在两水相系统中较稳定；两相间表面张 力低，轻微搅拌即能形成高度分散系统，分散相液 滴在10μ m以下，有很大的表面积，有利于底物和 产物的传递。
保持生物活性和强化相际间的质量传递 ② 分相时间短(特别是聚合物/ 盐系统) ,自然分相时间一般 只有5～15min。 ③ 双水相萃取技术易于连续化操作。 ④ 目标产物的分配系数一般大于3 ,大多数情况下,目标产物
有较高的收率。
⑤ 大量杂质能够与所有固体物质一起去掉,与其它常用固液 分离方法相比,双水相萃取技术可省去1～2 个分离步骤,使 整个分离过程更经济。 ⑥ 设备投资费用少,操作简单,不存在有机溶剂残留问题。
(5)体系中微生物的影响。
1）表面自由能的影响
2）表面电荷的影响
道南电位(, Donnan potential):实际双水相系统中有电解质, 当这些离子在两相中K 1, 则两相间产生电位差
U2，U1——相1和相2的电位 Z+, Z－ ——分别表示一种盐的正负离子的离子价
F——法拉第常数 T——温度
器。
Enzymetic reaction

生物工程下游技术作业及答案[终稿]

生物工程下游技术作业及答案第三章1 凝聚:是指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。

2 絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成絮凝团的过程。

3 为有利于发酵液过滤可采用哪些方法来改变发酵液过滤特性？其简要机理如何？答：可通过以下几个方式：（1）降低液体粘度(加水稀释法和加热法)；（2）调节pH；（3）凝聚与絮凝；（4）加入助滤剂；（5）加入反应剂。

4 杂蛋白是发酵液中主要杂质，常用的除去方法有哪些？答：沉淀法；变性法；吸附法。

第四章1 细胞破碎：是指选用物理、化学、酶或机械的方法来破坏细胞壁或细胞膜。

2 细胞破碎有哪些方法？简述他们的基本原理。

答：固体剪切法；液体剪切法；超声波法；其他方法。

3 高压匀浆法与球磨法比较？答：1、高压匀浆法操作参数少，易于确定，适于大规模操作，而球磨法操作参数多，一般凭经验估计，在大规模操作中，夹套冷却控温难度较大。

2、球磨机连续操作时兼具破碎和冷却双重功能，减少了产物失活的可能性，而高压匀浆机需配备换热器进行级间冷却。

3、球磨法破碎在适当条件下一次操作即可达到较高的破损率，而高压匀浆法往往需循环2-4次才行。

4、球磨机适合于各种微生物细胞的破碎，而高压匀浆机不适合丝状真菌及含有包含体的基因工程菌。

第六章1浓差极化：是指当溶剂透过膜，而溶质留在膜上，因而使膜面浓度增大，并高于主体中浓度的现象。

2 膜的污染：随着操作时间的增加，膜透过流速的迅速下降，溶质的截留率也明显下降，这一现象被称为膜的污染。

3 简要说明各种膜（超滤膜、微孔过滤膜和纳米过滤膜）的特点及用途？答：超滤膜：能截留相对分子质量500以上的高分子的膜，应用于大分子产品，主要是酶及蛋白类产品。

微孔过滤膜：主要用于分离流体中尺寸为0.1-10µm的微生物和微粒子，以达到净化、分离和浓缩的目的。

主要用于无菌液体的生产，反渗透及超过滤的前处理。

双水相萃取ppt


天然植物药用有效成分的分离与提取
中草药是我国医药宝库中的瑰宝 ,已有数千 年的历史 ,但由于天然植物中所含的化合物 众多 ,特别是中草药有效成分的确定和提取 技术发展缓慢 ,使我国传统中药难以进军国 际市场。因此 ,采用具有较高选择性和专一 性的双水相萃取技术对中草药有效成分的 提取是一项很有意义的工作。利用双水相 萃取中草药有效成分具有代表性的工作是 对黄岑甙和黄岑素的分离。
抗生素的分离与提取
数抗生素都存在于发酵液中 ,提取工艺路线复杂 ,能耗 高 ,提取过程易变性失活。而双水相萃取在抗生素中具 有较大的应用价值 ,萃取提取涉及到各类抗生素。β 内酰胺类抗生素是抗生素家族中应用最多的一类 ,主要 由青霉素类和头孢菌素类构成。对青霉素进行工业化意 义的双水相萃取是结合传统工艺溶媒萃取法进行的。先 以 PEG2000/ (NH4) 2SO4系统将青霉素从发酵液中提取 到 PEG相 ,后用醋酸丁酯(BA)进行反萃 ,再结晶 ,处理 1000ml 青霉素发酵液 ,得青霉素晶体 7. 228g ,纯度 84. 15 % ,三步操作总收率 76. 56 %。
酶工程药物的分离与提取
酶在医药方面的应用一是作为药用酶 ,二是用作化学合 成药物中的酶催化剂。迄今 ,双水相萃取技术已广泛应 用于生物大分子、细胞、细胞器、蛋白质、核酸、病毒、 细菌、蓝藻、叶绿素、线粒体、 菌体等的分离与提取 , 几乎所有的酶均可用此技术仅通过调节 pH、合物和盐的 种类或浓度 ,选择合适的分离条件就可进行理想的分离 纯化。目前双水相萃取技术已成功应用于已较大规模提 取纯化的酶有几十种 。其中成功地实现从微生物细胞碎 片中提取纯化甲酸脱氢酶 ,其分离经 4 次连续萃取 ,已 达处理 50kg 湿细胞规模 ,处理的酶蛋白含量已高达 150g ,收率为 90 %～100 % ,由于工艺简单 ,原材料成 本较低 ,产品的价格也有大幅度降低。

第五章生物产品萃取技术


这种溶剂溶质之间的作用力随着分子靠近而强烈的增加，分
子间作用力越大，溶质的溶解度越大。超临界流体的密度越 接近液体的密度，因此对溶质的溶解能力与液体基本相同。
压力越大，超临界流体的密度越大，对溶质的溶解度也就越
大。当改变条件，随着压力的降低，超临界流体的密度减小， 溶解度急剧减小，溶质释放出来。
由此可见，在保持温度恒定条件下，通过调节压力来控 制超临界流体的萃取能力或保持压力不变改变温度来提高其 萃取能力。
(2)溶解力与P．T的关系 (P83) 超临界CO2的溶解力受P和T
的影响较大。压力P增加，超临界C02的密度增加，溶解力
也相应增加，其实验的结果也是如此。以超临界CO2 萃取
沙棘油为例，T＝39℃，P＝15MP时，油的收率为88.0％， 同样温度下，增加压力P＝25MPa时，油的收率增加到90.7 ％。但一般当压力在40MP时，超临界CO2 的溶解力就达到 了实际所能获得的最高限。
反胶团萃取的优点
在反胶束内部包含了水溶液，蛋白质等生物分子
萃取后进入反胶团内部的“水池” 中，避免了与 有机溶剂直接接触，反胶束内的微环境与生物膜 内相似，故能很好保持其生物活性，解决了蛋白 质在有机溶剂中容易变性失活和难溶于有机溶剂 的问题，为蛋白质的提取和分离开辟了一条新的 途径。 成本低，有机溶剂可反复使用；容易放大和实现 连续操作。 反胶束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白质分 离技术。
聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚 糖（Dex）、羟丙基葡聚糖
聚乙二醇（PEG） 聚乙烯醇、葡聚糖 高聚物/无机盐体系 高聚物/聚电解质体 系 聚电解质/聚电解质 体系 聚乙二醇 硫酸葡聚糖钠盐 硫酸镁、硫酸铵、硫酸钠、 磷酸钾、酒石酸钾钠 甲基纤维素
羧甲基葡聚糖钠盐 羧甲基纤维素钠盐
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

双水相系统的应用
生物行业 食品工业
表5 双水相萃取在生物分离中的应用
酶的提取和纯化
表6 从破碎的细胞中萃取分离酶
菌体
酶
双水相组 成 PEG-粗 粗 Dex PEG/盐 盐 PEG1550 /磷酸钾盐 磷酸钾盐
细胞浓度 /% 20 30 25
分配系 数 .95 8.2 5.7
Candida Boidinii Saccharomg ces Cerevisine Escherichia Coli
生长激素的纯化： 生长激素的纯化 ： 用 PEG/ 盐体系可提 纯人的生长激素,回收率 回收率Y= 60% 纯人的生长激素 回收率 干扰素的分离： 用PEG- 磷酸酯 盐体 磷酸酯/ 干扰素的分离： 系分离β- 干扰素, 系分离 干扰素 Y= 97 %; 从重组大 肠杆菌匀浆中提取α- 干扰素, 肠杆菌匀浆中提取 干扰素 Y= 99.15 % ,纯度提高 纯度提高25 倍 纯度提高
表2 葡聚糖分子对不同相对分子量蛋白质分配系数的影响 蛋白质 相对分子 量 葡聚糖 40 12384 69000 140000 250000 800000 0.18 0.18 0.06 0.11 <0.01 葡聚糖组成 葡聚糖 70 0.14 0.23 0.05 0.23 0.01 葡聚糖 葡聚糖 220 500 0.15 0.31 0.09 0.40 0.01 0.17 0.34 0.16 0.79 0.02 葡聚糖 2000 0.21 0.41 0.10 1.15 0.03
70年代中期西德的 年代中期西德的Kula M R和 Kroner 年代中期西德的 和 K H等人首先将双水相系统应用于从细胞 等人首先将双水相系统应用于从细胞 匀浆液中提取酶和蛋白质， 大大改善了 匀浆液中提取酶和蛋白质 ， 胞内酶的提取效果。 胞内酶的提取效果。 1989年Diamond等推导出生物分子在双 年 等推导出生物分子在双 水相体系中的分配模型，但尚有局限。 水相体系中的分配模型，但尚有局限。 由于成本方面的原因， 由于成本方面的原因 ， 双水相萃取技术 上的优势被削弱， 上的优势被削弱 ， 真正工业化的例子很 少。
聚乙二醇/羟丙基淀粉 图4 200C聚乙二醇 羟丙基淀粉 聚乙二醇 和聚乙二醇/葡聚糖系统的相图 和聚乙二醇 葡聚糖系统的相图
双水相系统物理化学性质的影响
双水相系统的性质主要取决于下列物理 参数： 密度（ ） 和两相间密度差、 参数 ： 密度 （ ρ） 和两相间密度差 、 黏度 （µ）和两相间黏度差、表面张力（σ）。 ）和两相间黏度差、表面张力（ ）
虽然葡聚糖T500 虽然葡聚糖 和水解过的葡聚糖 相对分子量在同一 数量级， 数量级，但二者的 双节线离得远，这 双节线离得远， 种差别是由于聚合 度分布性效应造成 图2 的。
200C聚乙二醇 聚乙二醇4000/葡聚糖系统双节点曲线， 葡聚糖系统双节点曲线， 聚乙二醇 葡聚糖系统双节点曲线 比较三种不同类型的葡聚糖
细胞色素 牛血清蛋白 乳酸脱氢酶 过氧化氢酶 磷酸果糖 激酶
表3 PEG分子对不同相对分子量蛋白质分配系数的影响 分子对不同相对分子量蛋白质分配系数的影响
蛋白质 体系的组成 相对分 子量 D-500（9%） D-500 D-500（8%） D-500（89%） （ ） （ ） （ ） /P/P/P（8%）/P） 4000(7.1%) 6000 (6%) 20000(6%) 40000(6%) 12384 0.17 0.52 0.13 0.82 0.17 0.34 0.08 0.38 0.13 0.14 0.05 0.16 0.12 0.11 0.03 0.10
双水相系统的重要特征
两相的黏度：萃取相在 两相的黏度：萃取相在2~10mPa.s范围 范围 内，而发酵液匀浆相在 100~10000mPa.s范围内。 范围内。 范围内 双水相系统呈现出低的界面张力。 双水相系统呈现出低的界面张力。
双水相体系的类型
表1 几种典型双水相体系 聚丙二醇 聚乙二醇 聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚糖、 聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚糖、羟丙基葡聚糖 聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、葡聚糖、 聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、葡聚糖、聚蔗糖
聚乙二醇4000/葡聚糖 葡聚糖PL500系统的物理化学常数 表4 聚乙二醇 葡聚糖 系统的物理化学常数
PEG/质 质 量分数% 量分数 6.0 6.5 8.0 9.0 Dextran/ 质量分数 % 5.8 6.1 7.6 8.5 ∆ρ/ µ/ µ g/ 界面宽度/ VT/VB 界面宽度 质量分数 (Kg/m (mPa.s) (mPa.s) 3) % 6.2 10.5 19.8 24.8 1.5 1.4 1.7 1.9 18 32 64 79 4.1 3.6 4.3 4.4 43 100 3.3 364 σ/ (mN/ m) 0.3*10
过氧化氢 酶 已糖激酶 天门冬氨 酸酶
收 率 /% 81 92 96
7
核酸的分离及纯化
体系： 图9 盐组成对不同核酸分配系数的影响 体系：PEG6000 4%/Dex5%
细胞组织的分离 用三甲胺PEG/ Dextran 体系可分离含胆 用三甲胺 碱受体的细胞 病毒的纯化： 病毒的纯化： 用PEG/ NaDS 体系可对脊髓病毒和线病 毒进行纯化,回收率可达 回收率可达90 % 毒进行纯化 回收率可达
综合以上两种因素， 综合以上两种因素，分配系数可用 Gerson提出的公式表示： 提出的公式表示： 提出的公式表示
− lg K = α∆γ + δ∆φ + β
由此可见， 由此可见，分配系数和表面自由能及电位 差成指数关系。 差成指数关系。
双水相系统中物质分配的影响因素
系统聚合物组成 系统物化性质 盐及缓冲液 温度
酵母菌存在下
肺炎克雷氏菌存在下
图5 细胞物质浓度对酶分配的影响
盐和缓冲液的影响
水溶液中存在的离子会影响溶质在两 相间的分配。 相间的分配 。 因为阴阳离子的不均匀分配 会产生相界面电位， 影响蛋白质、 核酸等 会产生相界面电位 ， 影响蛋白质 、 荷电大分子的分配。 荷电大分子的分配 。 通常增加盐浓度可提 高酶的分配系数。 高酶的分配系数。
双 水 相 萃 取 现 象 最 早 是 1896 年 由 Beijerinck在琼脂与可溶性淀粉或明胶 在琼脂与可溶性淀粉或明胶 混合时发现的， 被称为“ 聚合物的不相 混合时发现的 ， 被称为 “ 溶性” 溶性”。 本 世 纪 60 年 代 瑞 典 Lund 大 学 的 Albertsson P A及其同事们最先提出双水 及其同事们最先提出双水 相萃取技术并做了大量工作。 相萃取技术并做了大量工作。
生物小分子物质的分离： 生物小分子物质的分离： 双水相体系萃取分离技术对青霉素G钠盐等 双水相体系萃取分离技术对青霉素 钠盐等 生物小分子物质的分离也可以取得理想效 果 药物的分离和提纯： 药物的分离和提纯： 如基因工程药物、 抗菌素、 如基因工程药物 、 抗菌素 、 动 、 植物药物 的提取， 的提取， 也可以利用该技术开发我国传统 的中草药 在分析检测中的应用： 在分析检测中的应用：
萃取新技术之
双水相萃取
概述
双水相萃取（ 双水相萃取（Two-aqueous phase extraction ） 又 称 水 溶 液 两 相 分 配 技 术 （ Partion of two aqueous phase system）是近年来出现的引人注目、极有 ） 是近年来出现的引人注目、 前途的新型分离技术。 前途的新型分离技术。 其特点是能够保留产物的活性， 其特点是能够保留产物的活性，操作 可连续化，能耗低，处理容量大。 可连续化，能耗低，处理容量大。
聚乙二醇4000/硫酸铵系统中，支链淀 硫酸铵系统中， 图6 聚乙二醇 硫酸铵系统中 粉酶的分配系数与硫酸铵总浓度的关系
eg. 在PEG-DEX系统中加入 系统中加入NaClO4或 系统中加入 KI，能增加上相对带正电物质的亲和效 ， 应 ， 并迫使带负电物质进入下相； 若加 并迫使带负电物质进入下相； 则与上述效应刚好相反。 入Li3PO4，则与上述效应刚好相反。 因此，只要设法改变界面电位， 因此，只要设法改变界面电位，就 能控制蛋白质等荷电大分子转入某一相。 能控制蛋白质等荷电大分子转入某一相 。
-2
0.12*1 0-2 2.0*10
-2
4.1*10
-2
eg. PEG-(NH4)2SO4双水相系统萃取糖化酶 (NH4)2SO4 浓 度 固 定 不 变 时 ， 增 加 PEG400的浓度有利于酶在上相的分配 ， 的浓度有利于酶在上相的分配， 的浓度有利于酶在上相的分配 浓度在25~27%时 ， 分配系数高 当 PEG400浓度在 浓度在 时 达47.3，浓度过高则不利于酶的分配。 ，浓度过高则不利于酶的分配。 PEG400 浓 度 固 定 为 26% 时 ， 增 加 (NH4)2SO4浓度，糖化酶的分配系数也增大。 浓度，糖化酶的分配系数也增大。 (NH4)2SO4的最适浓度为16%。 的最适浓度为 。
k
=
t
c
=
b
根据相平衡时化学位相等原则，可求得 ： 根据相平衡时化学位相等原则，可求得K： ∆E M ⋅ λ
ln K = kT kT
表面电荷的影响
2 RT K B− ψ = U 2 − U1 = + ln Z + − Z − Z F KA
(
)
由此可见， 由此可见，电位差的变化也会对分配系 数产生影响。 数产生影响。
硫酸葡聚糖钠盐 聚丙烯乙二醇 羧基甲基葡聚糖钠盐 甲基纤维素 羧甲基葡聚糖钠盐 聚乙二醇 羧甲基纤维素钠盐 磷酸钾、硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、 磷酸钾、硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、酒石酸钾钠
双水相萃取的理论基础
相平衡关系
图1 PEG/DEX体系相图 体系相图
物质在两相中的分配 表面自由能的影响 生物大分子在两相中的分配仍服从分配 定律。 定律。 c