雙水相萃取技術(shù)的

雙水相萃取技術(shù)的第一頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二相關(guān)理論的發(fā)展早在1896年,Beijerinck發(fā)現(xiàn),當(dāng)明膠與瓊脂或明膠與可溶性淀粉溶液相混時(shí),得到一個(gè)混濁不透明的溶液，隨之分為兩相,上相富含明膠,下相富含瓊脂(或淀粉),這種現(xiàn)象被稱為聚合物的不相溶性，從而產(chǎn)生了雙水相體系(Aqueoustwophasesystem，ATPS)。1955年由Albertson首先利用兩水相技術(shù)分離生物分子，他主要研究了聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dex)系統(tǒng)和PEG/(NH4)2SO4系統(tǒng)在分離提純中的應(yīng)用。在隨后的幾十年中，這項(xiàng)技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。在雙水相的分離模型研究中，主要提出了兩類模型[3，4]，Edmond等人提出的滲透維里模型，即Edmondbgston方程；Flory和Huggins根據(jù)熱力學(xué)的基本原理提出Flory—Huggins晶格模型。第二頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二

雙水相的形成基本原理

萃取原理第三頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二雙水相的形成將兩種不同的水溶性聚合物的水溶液混合時(shí)，當(dāng)聚合物濃度達(dá)到一定值，體系會(huì)自然地分成互不相溶的兩相。雙水相體系的形成主要是由于高聚物之間的不相溶性，即高聚物分子的空間阻礙作用，相互無(wú)法滲透，不能形成均一相，從而具有分離傾向，在一定條件下即可分為二相。原則上，無(wú)論是天然的還是合成的親水性聚合物，絕大多數(shù)在與另一種聚合物水溶液混合時(shí)都可分成兩相，構(gòu)成雙水相體系部分雙水相系統(tǒng)列于表1。用于生物分離的高聚物體系有:聚乙二醇(簡(jiǎn)稱PEG)/葡聚糖(簡(jiǎn)稱Dexteran)和PEG/Dextran硫酸鹽體系。常見的高聚物/無(wú)機(jī)鹽體系為:PEG/硫酸性或磷酸鹽體系。第四頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二第五頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二萃取原理雙水相萃取與水有機(jī)相萃取的原理相似，都是依據(jù)物質(zhì)在兩相間的選擇性分配，但萃取體系的性質(zhì)不同。當(dāng)物質(zhì)進(jìn)入雙水相體系后，由于表面性質(zhì)、電荷作用和各種力(如憎水鍵、氫鍵和離子鍵等)的存在和環(huán)境的影響，使其在上、下相中的濃度不同。對(duì)于某一物質(zhì)，只要選擇合適的雙水相體系，控制一定的條件，就可以得到合適的分配系數(shù)，從而達(dá)到分離純化之目的。物質(zhì)在雙水相體系中分配系數(shù)K可用下式表示：K=C上/C下其中K為分配系數(shù)，C上和C下分別為被分離物質(zhì)在上、下相的濃度。

第六頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖1PEG/Dextran體系的相圖第七頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二這兩種聚合物都能與水無(wú)限混合，當(dāng)它們的組成在圖1曲線的上方時(shí)(用M點(diǎn)表示)體系就會(huì)分成兩相，分別有不同的組成和密度，輕相(或稱上相)組成用T點(diǎn)表示，重相(或稱下相)組成用B表示。C為臨界點(diǎn)，曲線TCB稱為結(jié)線，直線TMB稱為系線。結(jié)線上方是兩相區(qū)，下方是單相區(qū)。所有組成在系統(tǒng)上的點(diǎn)，分成兩相后，其上下相組成分別為T和B。M點(diǎn)時(shí)兩相T和B的量之間的關(guān)系服從杠桿定律，即T和B相重量之比等于系線上MB與MT的線段長(zhǎng)度之比。第八頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二雙水相萃取的應(yīng)用1)基因工程藥物的分離與提取雙水相萃取技術(shù)可以保證基因工程藥物在溫和的條件下得以分離和純化。其中有代表性的工作是用PEG4000/磷酸鹽從重組大腸桿菌碎片中提取人生長(zhǎng)激素,采用3級(jí)錯(cuò)流連續(xù)萃取,1h處理量為15L,收率達(dá)80%。2)酶工程藥物的分離與提取目前,雙水相萃取技術(shù)提取純化的酶有幾十種,如從微生物細(xì)胞碎片中提取純化甲酸脫氫酶,其分離經(jīng)4次連續(xù)萃取,已達(dá)到1h處理50kg濕細(xì)胞的規(guī)模,處理的酶蛋白高達(dá)150g,收率為90%～100%。第九頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二3)抗生素的分離與提取以青霉素類為例,先以PEG/(NH4)2SO4將青霉素從發(fā)酵液中提取到PEG相,然后用醋酸丁酯進(jìn)行反萃,再結(jié)晶,處理1000mL青霉素發(fā)酵液得到青霉素晶體7.228g,純度為84.15%,3步操作總收率為76.56%。將3次調(diào)節(jié)pH值改為只調(diào)節(jié)1次,可減輕青霉素的失活;將3次萃取改為1次萃取,減少了溶媒用量,縮短了工藝流程。4)天然植物藥用有效成分的分離與提取具有代表性的工作是對(duì)黃芩苷和黃芩素的分離。黃芩苷和黃芩素都有一定的憎水性,在PEG6000/磷酸二氫鉀中主要分配在富含PEG的上相,2種物質(zhì)分配系數(shù)為30和35。其分配系數(shù)隨溫度升高而降低,黃芩苷的降幅比黃芩素大,通過一定手段去掉溶液中的PEG,濃縮結(jié)晶后即可得到黃芩苷和黃芩素產(chǎn)品第十頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二雙水相技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

1.廉價(jià)新型雙水相系統(tǒng)的開發(fā)

2.親和雙水相萃取技術(shù)

3.生物轉(zhuǎn)化與雙水相萃取技術(shù)相結(jié)合

4.雙水相萃取與膜分離相結(jié)合5.雙水相萃取與細(xì)胞破碎過程相結(jié)合第十一頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二局限性和未來展望雙水相萃取技術(shù)克服了常規(guī)萃取有機(jī)溶劑對(duì)生物物質(zhì)的變性作用,并且取得了一些階段性的成果。然而,在應(yīng)用和研究過程中不可避免地會(huì)遇到一些技術(shù)難題。第十二頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二(1)聚合物/聚合物構(gòu)成的雙水相體系具有良好的分離性能，但用于構(gòu)造雙水相體系的成相聚合物的價(jià)格都比較昂貴，對(duì)于一般的生物產(chǎn)品，分離成本過高，從經(jīng)濟(jì)上是不合理的。(2)雖然通過選擇適宜的雙水相體系和操作條件，可獲得被分離物質(zhì)在兩相間較大的分配系數(shù)和較高的純化倍數(shù)，但目標(biāo)產(chǎn)物與成相物質(zhì)的分離比較困難。(3)雙水相體系界面張力較小，雖有利于提高傳質(zhì)效率，但是較小的界面張力會(huì)易導(dǎo)致乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生，使相分離時(shí)間延長(zhǎng)，分離效率降低。第十三頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二(4)雙水相體系中組分間的作用非常復(fù)雜，目前沒有建立一套較為完整的理論和方法解釋和預(yù)測(cè)物質(zhì)在雙水相體系中的相行為和被分配物質(zhì)在兩相中的分配行為。(5)缺乏對(duì)雙水相過程的工程放大及設(shè)備方面的研究，在體系流體力學(xué)，相際間的傳質(zhì)，傳遞過程方面研究很少。研究的方法基本上還是通過實(shí)驗(yàn)的方法，研究的結(jié)果只是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，大部分情況下不能外延，缺乏對(duì)過程規(guī)律的認(rèn)識(shí)。(6)對(duì)雙水相萃取工藝整體的集成優(yōu)化研究還不足，對(duì)分離過程中產(chǎn)生的大量含成相物質(zhì)的稀溶液，還沒有找到一條科學(xué)合理的利用及處理途徑，大量含鹽或含成相組分的廢水溶液難于回收及處理。第十四頁(yè)，共十六頁(yè)，編輯于2023年，星期二雖然雙水相萃取技術(shù)研究中還存在很多問題，但隨著對(duì)