07雙水相萃取法(精)

1、2 第七章雙水相萃取 1.教學(xué)內(nèi)容 雙水相分離理論; 雙水相的形成; 相圖與物質(zhì)在兩相中的分配； 雙水相萃取技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展O4 2.2.教學(xué)基本要求 了解雙水相形成原理及在生物工 程領(lǐng)域中的應(yīng)用；掌握雙水相萃取 技術(shù)的概念、優(yōu)缺點(diǎn)。 3.3.重點(diǎn)與難點(diǎn) 雙水相相圖極其應(yīng)用。 1 1雙水相體系 1.11.1 雙水相的形成機(jī)理 把兩種或兩種以上具有一定濃度的 親水性聚合物溶液混合后靜置，這 些親水性的高分子聚合物并不混為 一相，而是分成多個(gè)液相，這種現(xiàn) 象稱之為聚合物的不相容性。 由于這些聚合物都是以水作為溶 劑;因此形成上述的兩個(gè)相體系就稱 雙水相體系。 4.9% PEG 8% Dextran

2、 93- 3% HQ 2 6% PEG 7- 3% Dextran 90. 1 % H2O _ _ 丿 圖 5-1 5 % Dextran 500 和 3. 5%PEG 6000 系統(tǒng)所形成的兩水相的組成(W/U)8 定義： 利用雙水相的成相現(xiàn)象及待分離 組分在兩相間分配系數(shù)的差異，進(jìn)行 組分分離或多水相提純的技術(shù)就叫做 雙水相萃取技術(shù) 雙水相的成相原因：空間阻礙作用 另一方面，分子間存在相互作用 力，并且這種分子間相互作用力隨 相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增大。10 當(dāng)兩種高分子聚合物之間存在相互 排斥作用時(shí)，由于相對(duì)分子質(zhì)量較 大，分子間的相互排斥作用與混合 過(guò)程的爛增加相比占主導(dǎo)地位，一 種聚合

3、物分子的周圍將聚集同種分 子而排斥異種分子，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí), 即形成分別富含不同聚合物的兩相O 1.21.2相圖 別以不同的濃度相混，然后觀察其 成相過(guò)程，把此過(guò)程以圖的形式描 繪下來(lái)，即稱為此種雙水相體系的 相圖。 不同的雙水相體系，其成相條件 是不同的，相圖常被用于研究不同 雙水相體系把雙11 中的成相現(xiàn)象。12 用 A A 點(diǎn)代表體系總組成，B B 點(diǎn)和 C C 點(diǎn)分別代 表互相平衡的上相和下相組成，稱為節(jié)點(diǎn)。 A A、B B、C C 三點(diǎn)在一條直線上，稱為系線 (tiellne)o(tiellne)o 則越小。圖2-54 雙水相體系相圖 11 系系WSCW含 11 必 extran 90

4、. 1 % H2O 影響物質(zhì)在雙水相系統(tǒng)中分配的 主要因素有： 組成雙水相體系的高聚物類型; 高聚物的平均分子量和分子量分 布； 高聚物的濃度； 成相鹽和非成相鹽的種類； 鹽的 離子強(qiáng)度；pHpH 值。圖 5 1 17 2.12.1影1! 20 (1)(1)高聚物的分子量 在高聚物濃度保持不變的前提下，降 低該高聚物的分子量，被分配的可溶性 生物大分子如蛋白質(zhì)或核酸，或顆粒如 細(xì)胞或細(xì)胞碎片和細(xì)胞器，將更多的分 配于該相。對(duì) PEG PEG - - DcxtranDcxtran 體系而言， DextranDextran 分子量減小，分配系數(shù)會(huì)減小； PEGPEG 的分于量減小，物質(zhì)的分配系數(shù)會(huì)

5、 增大(見(jiàn)表 2 2- -13),13),這是一條普遍規(guī)律。 19 衰2-13葡聚糠相對(duì)分子質(zhì)刈不同蛋白質(zhì)分配系數(shù)的影購(gòu) WK 對(duì)分子質(zhì)罰 IRCI 質(zhì)種類(HW 力子質(zhì)童廠一 20000 40500 83000 180000 280000 細(xì)剋色 C/(123 4) 0.18 0.14 6.7s 0.17 0.2卯清歪門/(45000) 0.58 0.69 0.74 0.78 0.H6 牛AL沽蛋門/(69000) 0.18 0.23 0.31 0.34 0.4-1 過(guò)氣化氫 W 4 250000 O.H 0.23 0.40 0.79 t.15 B 筍鬪愴幵降丿(540000) 0.24 0

6、.3 1.38 1.59 1.61 x D-48 24 鹽類 由于鹽的正、負(fù)離子在兩相間的 分配系數(shù)不同，兩相間形成電勢(shì)差, 從而影響帶電生物大分子的分配。 23 正離子 分配系數(shù)K + 負(fù)離子 分配系數(shù)K 0.824 r 1.42 Na+ 0.889 Br ； 1.21 NT 0.92 cr 1.12 Li+ 0.996 F- 0.912 表7-2 一些無(wú)機(jī)裔子的分配系數(shù) 注：雙水相系統(tǒng)為 8% PEG4000, 8%DexT500, 25X3,界面電位為 0。 26 表厶5 些at白質(zhì)的等電點(diǎn) 蛋白質(zhì) pl 蛋白質(zhì) p/ 蠱白質(zhì) p 魚(yú)希董白 12 - 12.4 醇溶谷蛋白 6.5 雞蛋清

7、蛋白 4.55-4.9 胸腺組蛋白 !0.8 乳球覆口 5.1 牛胰蛋白誨 5 0&0 溶菌酹 11.0- 11.2 菠蘿彊白酶 9.35 家蠶絲蛋白 2 02 4 細(xì)胞色紊C 9.8-10.3 血紅蛋白 7.1 肌球蛋白 5.4 RNA酶 7.8 牛胰島索 5 35.4 大豆蛋白 4.3 絡(luò)盍白 4.6 明膠 4 75 0 j 人血清蛋白 4.6 25 NaCI濃度伽mol兒） 圖2-56 NaCl對(duì)蛋片質(zhì)分配系數(shù)的形響 休系： %PEG4000/8% Dex D 48； 05mmol/L 磷酸鈉;pYT6928 研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鹽類濃度增加到一定 程度，由于鹽析作用蛋白質(zhì)易分配于上

8、相。 分配系數(shù)幾乎隨鹽濃度成指數(shù)增加, 且不同的蛋白質(zhì)增大程度各異。利用此 性質(zhì)可使蛋白質(zhì)相互分離。KCIKCI 對(duì)分配 的影響與NaCINaCI 類似。 27 第一，pHpH 值會(huì)影響蛋白質(zhì)分子所帶電荷的性質(zhì) 和數(shù)量。 第二，pHpH 值影響磷酸鹽的離解程度，從而改變 H H2 2POPO4 4和 HPOJHPOJ之間的比例，進(jìn)而影響相間電 位差。這樣蛋白質(zhì)的分配因 pHpH 值的變化發(fā)生 變化。pHpH 值的微小變化會(huì)使蛋白質(zhì)的分配系 數(shù)政變 2 23 3 個(gè)數(shù)量級(jí)。pHpH值 pHpH值對(duì)30 W2-57 不冋捷聶統(tǒng)中 pH 値對(duì)務(wù)種 jfi 白戍分紀(jì)系數(shù)的膨響及媒交鉗分配 . lrno

9、l/L NaClj O-05mnl/I. ? SO4 但一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)雙水相系統(tǒng)離雙節(jié) 線足夠遠(yuǎn)時(shí)，1 12C2C 的溫度改變不 影響目標(biāo)產(chǎn)物的萃取分離。29 溫度 濃度越高。在臨界點(diǎn)附近對(duì)雙水相 體系形成的影響更為明顯。 32 由于高聚物對(duì)生物活性物質(zhì)有穩(wěn) 定作用，在大規(guī)模生產(chǎn)中多釆用常 溫操作，從而節(jié)省冷凍費(fèi)用。但適 當(dāng)提高操作溫度，體系黏度較低， 有利于分離。 31 2.22.2雙水相萃取過(guò)程 雙水相萃取過(guò)程包括以下幾個(gè)步 雙水相的形成； 溶質(zhì)在雙水相中的分配; 雙水相的分離。34 2.22.2雙水相萃取過(guò)程 在實(shí)際操作中，經(jīng)常將固狀（或濃 縮的）聚合物和鹽直接加入到細(xì)胞勻 漿液中，同時(shí)進(jìn)

10、行機(jī)械攪拌使成相 物質(zhì)溶解，形成雙水相。 溶質(zhì)在兩相中發(fā)生物質(zhì)傳遞，達(dá) 到分配平衡。 聚合物和鹽的溶解多為萃取過(guò)程 的速率控制步驟。達(dá)到分配平衡后 的兩相分離可釆用重力沉降（靜置分 層）或離心沉降法。 33 36 2.32.3雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn) 雙水相萃取對(duì)于生物物質(zhì)的分離和 純化表現(xiàn)出特有的優(yōu)點(diǎn)和獨(dú)有的技 術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下方面： 例放大而產(chǎn)物收率并不降低。 35 雙水相系統(tǒng)之間的傳質(zhì)和平衡過(guò) 程速度快，回收效率高，能耗較小， 速度快。如選擇適當(dāng)體系，同收率 可達(dá) 80%80%以上，提純倍數(shù)可達(dá) 2 220 20 倍。 易于進(jìn)行連續(xù)化操作，設(shè)備簡(jiǎn)單, 且可直接與后續(xù)提純工序相連接, 無(wú)需進(jìn)行特殊處理。38 雙水相體系的相間表而張力大 大低于有機(jī)溶劑與水相之間的相間 張力，相分離條件溫和，因而會(huì)保 持絕大部分生物分子的活性，可直 接用在發(fā)酵液中。 37 影響雙水相體系的因素比較復(fù)雜, 可以釆取多種手段來(lái)提高選擇性或 提高收率。 操作條件溫和，整個(gè)操作過(guò)程在 常溫常壓下進(jìn)行。40 聚物一般是不揮發(fā)性物質(zhì)，因而操 雙水相萃取技術(shù)缺點(diǎn) 易乳化、相分離時(shí)間長(zhǎng)， 成相聚合物的成本較高， 水溶性高聚物大多數(shù)黏度較大，不 易定量控制； 水溶性的高聚物難以揮發(fā)