双水相萃取的应用课件

双水相萃取的应用

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主讲人：宋孟娇组员：于宝云刘红高健云李洋王立华刘永花孙越陈美静李志鹏前言萃取：利用物质在两种互不混溶的溶剂中的分配差异进行分离的技术。有机溶剂萃取：以与水互不相溶的有机溶剂作萃取剂从水相中萃取目的产物，广泛应用于抗生素、有机酸、维生素等发酵产品生产。用于蛋白质、核酸、酶等生物大分子的分离很少成功。反萃取：使用水溶液从有机溶剂中萃取水溶性的物质。反胶团萃取：超临界萃取：双水相萃取双水相系统：因两种水溶性聚合物水溶液或一种水溶性聚合物的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：因使用的溶剂是水，因此称为双水相，在这两相中水分都占很大比例(85％~95％)，活性蛋白或细胞在这种环境中不会失活，但可以不同比例分配于两相，这就克服了有机溶剂萃取中蛋白容易失活和强亲水性蛋白难溶于有机溶剂的缺点。发展历史1896年荷兰微生物学家Berjerinck发现琼脂水溶液与可溶性淀粉或明胶水溶液混合时形成双水相现象。1956年瑞典lund大学的Albertsson教授及其同事开始对双水相系统进行比较系统研究。测定了许多双水相系统的相图，考察了蛋白质、核酸、病毒、细胞及细胞颗粒在双水相中的分配行为，为双水相萃取系统的发展奠定了基础。只局限于实验室内的测定和理论研究。发展历史Kula教授研究小组对双水相的应用、工艺流程、操作参数、工程设备、成本分析等进行了大量研究，在应用上获得成功。1978年首先将双水相萃取技术用于酶的大规模分离纯化，建成了一套工业装置，达到20kg/h的处理能力，分离纯化了几十种酶，也应用于基因工程产品的分离。双水相萃取可分离多肽、蛋白质、酶、核酸、病毒、细胞、细胞器、细胞组织，以及重金属离子等，近年来，还应用于一些小分子，如抗生素、氨基酸和植物的有效成分等的分离纯化。作为反应系统用于酶反应，生物转化，发酵的产物生产与分离的集成。萃取原理

双水相萃取与水-有机相萃取的原理相似,都是依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的性质不同时,物质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用和各种作用力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境因素的影响,使其在上、下相中的浓度不同。物质在双水相体系中分配系数K可用下式表示：

K=C2/C1其中K为分配系数，C2和C1分别为被分离物质在上、下相的浓度。

生物分子的分配系数取决于溶质与双水相系统间的各种相互作用，其中主要有静电作用、疏水作用和生物亲和作用等。因此，分配系数是各种相互作用的和:lnm=lnme+lnmh+lnmlme，mh，ml

分别为静电作用、疏水作用和生物亲和作用对溶质分配系数的贡献。

分配系数K等于物质在两相的浓度比,由于各种物质的K值不同,可利用双水相萃取体系对物质进行分离。其分配情况服从分配定律，即，“在一定温度一定压强下，如果一个物质溶解在两个同时存在的互不相溶的液体里，达到平衡后，该物质在两相中浓度比等于常数”，分离效果由分配系数来表征。

可形成双水相的双聚合物体系很多，如聚乙醇(PEG)/葡聚糖(Dx)，聚丙二醇/聚乙二醇和甲基纤维素/葡聚糖等。双水相萃取中常采用的双聚合物系统为PEG/Dx，该双水相的上相富含PEG，下相富含Dx。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。双水相体系各种惭类型交的双子水相挺体系类型形成上相的聚合物形成下相的聚合物非离子型聚合物/非离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电解质/非离子型聚合物羧甲基纤维素钠聚乙二醇高分子电解质/高分子电解质葡聚糖硫酸钠羧甲基纤维素钠聚合物/低分子量化合物葡聚糖丙醇聚合物/无机盐聚乙二醇磷酸钾硫酸铵常用词的双骆水相城体系挂是聚柔乙二蛇醇(P葵EG忙)/葡聚喉糖(D访x)体系铲和PE泄G/磷酸牲盐体之系。PE蔑G/乳Dx体系望一般烛用于院小规思模地滥分离铃生物眨大分览子、鲜膜、净细胞涝等，PE昌G/无机糖盐体毫系主场要用广来大召规模经地提塘纯酶邻，这脑是因勉为PE玻G/无机施盐体史系的灯萃取膨专一勉性更勒高，特葡聚肥糖价胡格昂响贵的登缘故巩。物质粘在两协相中仗的选畏择性缸分配惩是疏随水键贝、氢顾键和随离子判键等唱相互堆作用克的结则果，注可溶数性物白质的锡分配鹅情况超可由茅分配卡系数K来表订征，稿细胞贴这些圆更大兵颗粒气的分捐配情苹况则容由分柴配比P来表泰征。去影响挪蛋白妨质及君细胞跑碎片华在双首水相风体系童中分堂配行墓为的部主要洲参数怠有成弯相聚址合物怕的种袖类、盏成相购聚合祝物的弊分子丛质量役和总沙浓度颜、无善机盐舅的种隶类和炸浓度降、pH值、虾温度豪等。双水授相萃景取的驼基本熊特点(1辈)体系别有生腰物亲俯和性州。两容相中炒的水畏分含蠢量通枕常高凤达85赌%～95听%，所辽用的高聚乙萌二醇PE糊G、葡跟聚糖de华xt酒ra倡n等高发聚物骄或磷阻酸盐六、硫乏酸盐秩等无枪机盐推对蛋瓜白质急、核图酸等昏生物钢活性承物质酿无毒展害，死甚至错还有恼稳定鸽保护盏作用需，而仆且相难界面衫张力拨比水-有机隙或有写机-有机旷两相春体系嗓的界迁面张尽力要侮小1～3个数顶量级长。由撞于生叨物活淡性物咱质在叛有机繁溶剂隙中易钳变性要，再楚加上箭有的呜生物婚活性朽物质迅亲水否性很吉强，寸不溶痕于有警机溶瓶剂，剧有机练溶剂推萃取扯等分逝离技屋术难碰以在沈生物债活性同物质河的分惕离中犁发挥啊其效疮能。(2亲)与常障用的孟亲和拥层析择相比楚，双殊水相赵萃取它能够猛在较摄少的牺溶液肚量和孤较短预的操那作时筒间内层获得植较高死产量皇的产剖品。膏另外会，操桑作能第够容物易、积精确梁地按医比例崇放大捎，非梁常适夹合大仰规模烧应用东，可衔进行阳连续稀生产蹈。而潜亲和遍层析港由于纯操作写难于宋放大想，应搁用受择到限满制。(3坡)聚合布物的并浓度鞭和分尖子质删量、洗无机鹿盐的述种类垦和浓戏度、pH以及何温度存等均蜓能影话响被巾分配炎物质幸在两概相间丈的分赴配，且所以职操作梅容易影进行格控制京，进辟而达赏到目短的产寸物的当最佳视萃取完条件索。(4汽)可与矩细胞辰破碎傲相结翠合，型即细层胞悬疲浮液庄中加之入PE到G和无化机盐杰后再瓦通入混珠磨息机进瓜行破歪碎，纳然后撑用离碧心机叙分相相。既尿节省借了萃摊取设冶备和撞时间茫，又秤避免夫了胞娱内酶歉的损渡失。(5衣)能进致行萃痕取性途的生蹦物转吉化。敬在一县些双胸水相摘体系胁中可瞎将发尚酵生快产过辟程中彼的生牙物转值化与牌下游辨处理秆的第1步相爆结合牺，即地生物有反应仪在其汁中一因相中青进行己，同法时生裹成的宿反应谨产物鞠被连谨续萃放取到软另一源相中厘。不仆仅解轧决了弄产物叮反馈喝抑制早作用劫造成惨的产陪量低圣的问愧题，剃而且贯酶在职高聚哨物溶豪液中睛比在奏缓冲睡液中层更稳奔定，设活性站更大郊。因茎为生足物反哄应和受生物逮产物川的提跌取同裂时进弟行，横尤其婶适于月连续裂生产洁。(6胸)亲和夏萃取(亲和骂分配)可大誓大提绒高分印配系蛮数和馆萃取犹专一苹性。最由于弟目标壁蛋白斜质与弯其他啦杂蛋森白的般理化享性质种相近踢，造斗成其佣萃取击专一对性不炉高。饲亲和扔萃取钓就是寺将一短种和婆目标在蛋白剑质有艺很强蛋亲和钩力的攻配基织与一秋种成厚相聚旧合物覆共价驼结合便，该油成相修聚合久物与氏另一翠种成更相聚责合物越形成去双水兔相体饶系进回行萃哲取时景，目伟标蛋辆白质绩专一牧性地先进入音结合月有配丢基的蚁那种盛成相谜聚合投物所栽在相迅中，滤其它牙杂蛋罪白则书进入蛮另一捕相。跃此技群术已贪用于马乙醇隶脱氢稠酶、段丙酮糖酸激打酶和台核酸狡内切缺酶等誓酶以衬及细状胞、暂细胞辅器、唱膜等愉粒子嘉的提某取。双水萌相萃袍取的严优点操作汽条件天温和勒，在环常温考常压丧下进裹行。两相缸的界忌面张衡力小迫，一匠般在10-4N/奇cm量级尊，两岭相易怖分散据。两相港的相伪比随喝操作坡条件夹而变做化。上下慕两相叔密度骡差小午，一哗般在10赏g/嗽L。因毕此两是相分哭离较伸困难衰，目滑前这吊方面款研究卷较多连。易于伸连续既操作相，处氧理量瞒大，蒸适合穿工业类应用乎。缺点黄和不愧足双水著相系休统含按较高质浓度南的水全溶性衫聚合烧物和奔盐，圾会带苍到产油物中瓣，去羞除需亦要辅品助处退理方倾法。成本脸较高斩。即第使水健溶性伟聚合杠物和术盐尽铸管回鹅收再丘用。选择劣性较臣低，督分离唐纯化怠倍数疼低，魔一般艇只适议用于指粗分询离。四、滚双水涂相萃义取技闪术在如生物行、食我品工革业中社的应抽用双水夫相萃牲取在赠生物链和食亭品工粒业等诵领域蛋的研币究和岂应用羡发展有较快霜。到窃目前至为止穿，双溉水相悠萃取跌应用振及研田究主垄要集筋中在彩以下滤几个驼方面背：(1叼)提取净酶和位蛋白钓质。牵这是佛双水孙相体演系研壳究和舒应用伞最多锡的方狼面，盛发酵市液、和细胞郊培养械液、康植物强、动王物组窑织中支细胞驾内、追外的干酶和巨蛋白鹿质均梦可用附双水祸相体烈系来对提取死。工霸业上炕已有蜓几种悬双水盲相体政系用浙于从劣发酵痛液中简分离芝提取赏蛋白仅质和退酶，铸绝大犁多数跳是用PE霸G作上传相成胆相聚寄合物炸，葡返聚糖牲、盐钳溶液盏和羟竹甲基服淀粉餐的其被中一鸭种作隙下相凯成相仙物质丈。(2肃)进行说萃取述性生准物转好化。陆应用创实例直有：暮利用朝葡萄昨糖和匆淀粉扣生产悬乙醇驼、利呜用葡吸萄糖屡生产粥丙酮组丁醇逐、利雹用淀后粉和华纤维歉素水准解生枣产葡叔萄糖轿、水讨解酪超蛋白销、发针酵生婚产乳采酸、汽将青粱霉素G转化孟为6-氨基毅青霉驴烷酸术等。(3稍)食品瓜工业伯中用耻来从谊酸水武解产插物中金提取傻二肽拐、氨错基酸怨、核旷苷酸俱等风如味物牧质。蛙在生陪物技杏术方酸面，碗可用炉来提扣取DN贪A。(4绕)萃取全细胞课、细松胞器欣、膜求等粒健子。贿大多婆数都樱是用步亲和脆萃取快方法店来达寇到目的的的扯。(5贝)应用妇于液-液分煎配层爽析(L厦LP菠C)。将胶一种桌聚合片物连电接在持固体赵颗粒(支持菜物)上，姻另一缓种聚扒合物傲的溶你液作找为流鞠动相营，这肿种柱汁层析极技术县可分烫离蛋间白质弱、核头酸以偿及细傲胞混牺合物疲。(6伤)中草财药中附有效辞成分衬的提撕取：斧近年划来有更关双呢水相互提取精天然荣药物康中有宾效成此分的堂报道降逐年筹增多数。以浸乙醇-磷酸锤氮二茫钾-水双宗水相屈体系肺萃取皆甘草奇有效矿成分皱，在鞠最佳今条件石下，馅分配照系数(K坛)达12煎.8，口收率(Y别)高达98病.3汉%。用弹双水腿相萃金取体沾系富拉集分惑离银蜡杏叶仍浸取长液的灶研究污，也伍有良湾好的唐分配疑系数清和分奥离效序果。(7微)双水己相在岭金属帐离子辅分离黄中的他应用遇：传汤统的掠金属苦离子韵溶剂葱萃取锤方法概存在死着溶漫剂污冠染环签境、芬对人拴体有吸害、振运行柴成本悔高、款工艺使复杂辣等缺北点。搂近年弦来，毯利用教双水断相技挡术萃介取分窃离金疏属离长子达铅到了愧较高毙的水鸡平。新型紧双水期相系乱统的头开发完：在生款物物廊质分旧离过批程中怨得到胃应用姨的双螺水相妈系统粱有2类：松非离巴子型管聚合华物/非离板子型辰聚合膜物/水系捞统和塔非离进子型旱聚合垄物/无机泡盐/水系闲统。农因为狼这2类系泰统所味用的水聚合缴物无腐毒性,己被盐许多然国家稀的药免典所秋收录,而且章其多呼元醇碎、多访元糖短结构膊能使许生物价大分暂子稳喉定。辟但在咽实际捕应用院中,这2类双始水相辫系统点各有测优缺畜点,前者救体系斩对生葛物活弊性物阻质变僚性作吼用低,界面拒吸附埋少,但是苏所用笼的聚汪合物泳如葡芬聚糖在价格惜较高,而且寸体系绩黏度沾大,影响著工业雪规模谁应用责的进天展；抗后者疫成本泰相对果低,黏度脑小,但是助由于富高浓松度的肥盐废垂水不售能直买接排桌入生犬物氧意化池,使其奏可行剃性受餐到环徐保限把制,且有食些盐浅对敏究感的杀生物境物质制会在嫌这类烫体系颈中失洽活。瞧因此,寻求驾新型如双水拍相体巨系成来为双锁水相患萃取蒜技术默的主扔要发风展方永向之箱一,新型罩双水驼相体集系的嘱开发朴主要本有类和廉价惰的双羞水相辟系统毫及新矩型功盖能双裙水相锹系统怠。五、温双水龟相萃斥取技垂术进状展及杀展望廉价乐双水侄相系雅统的庄开发闯目前坝主要拣集中汁在寻慨找一忧些廉廊价的辽高聚议物取穿代现驳用昂叨贵的奔高聚项物,如采驻用变弯性淀飘粉、票麦芽兆糊精激、阿铸拉伯咸树胶邮等取沉代葡比聚糖,羟基怖纤维历素取黑代PE筛G等。对新夸型双卡水相铺系统窄的探献索有阶：PE瓦G/闸UC调ON水(乙烯没基氧漂与丙僻烯基倘氧共恳聚物余的商猛品名圾）/水体草系、UC斑ON胳/水体损系、EO弦PO京[环氧呀乙烷(E趣O)和环兰氧丙箩烷(P衔O)的随乒机共庙聚物策简称EO元PO含]/羟基榨淀粉/水体菌系和EO塞PO臂/水体佛系等番。这死些体疑系分运相的授依据束仍是部聚合病物之咳间的检不相扔溶性,但此痛性质敬与特幸定的类临界筐温度千有关境。此筝类双豆水相疼系统色也被撞称作端热分因离型耍双水证相系纺统,它们封的优缝点之泰一是驼聚合餐物易谜于回这收可知实现协循环哈利用塑。双水澡相萃坦取是页一项批可以给利用幸不复陷杂的生设备行，并吐在温剧和条艇件下溉进行趋简单低的操辨作就掀可获岁得较榆高收愁率和从纯度跪的有甘效成居分的仗新型时分离后技术清。目版前利朴用双娘水相忌萃取混技术纲从食君品及勿发酵壤工业龟生物杰材料猴中提难取有梨效成沟分的稿研究杠已经诉引起肢了人询们的惕重视叹。由冬于这粘些生妥物材奔料中炊所含它的化吼合物崇众多地，而拖双水价相萃鲜取技梨术具升有较临高的侍选择帅性和炸专一是性，扯因此避，