雙水相萃取技術(shù)的

雙水相萃取技術(shù)的第1頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月相關(guān)理論的發(fā)展早在1896年,Beijerinck發(fā)現(xiàn),當明膠與瓊脂或明膠與可溶性淀粉溶液相混時,得到一個混濁不透明的溶液，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)在分離提純中的應用。在隨后的幾十年中，這項技術(shù)有了長足的發(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)熱力學的基本原理提出Flory—Huggins晶格模型。第2頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月

雙水相的形成基本原理

萃取原理第3頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月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，當聚合物濃度達到一定值，體系會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(簡稱PEG)/葡聚糖(簡稱Dexteran)和PEG/Dextran硫酸鹽體系。常見的高聚物/無機鹽體系為:PEG/硫酸性或磷酸鹽體系。第4頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月第5頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月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(zhì)在兩相間的選擇性分配，但萃取體系的性質(zhì)不同。當物質(zhì)進入雙水相體系后，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6頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1PEG/Dextran體系的相圖第7頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月這兩種聚合物都能與水無限混合，當它們的組成在圖1曲線的上方時(用M點表示)體系就會分成兩相，分別有不同的組成和密度，輕相(或稱上相)組成用T點表示，重相(或稱下相)組成用B表示。C為臨界點，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，分成兩相后，其上下相組成分別為T和B。M點時兩相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的線段長度之比。第8頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月雙水相萃取的應用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激素,采用3級錯流連續(xù)萃取,1h處理量為15L,收率達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,已達到1h處理50kg濕細胞的規(guī)模,處理的酶蛋白高達150g,收率為90%～100%。第9頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月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10頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月雙水相技術(shù)的發(fā)展趨勢

1.廉價新型雙水相系統(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.雙水相萃取與細胞破碎過程相結(jié)合第11頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月局限性和未來展望雙水相萃取技術(shù)克服了常規(guī)萃取有機溶劑對生物物質(zhì)的變性作用,并且取得了一些階段性的成果。然而,在應用和研究過程中不可避免地會遇到一些技術(shù)難題。第12頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月(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格都比較昂貴，對于一般的生物產(chǎn)品，分離成本過高，從經(jīng)濟上是不合理的。(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易導致乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生，使相分離時間延長，分離效率降低。第13頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)雙水相體系中組分間的作用非常復雜，目前沒有建立一套較為完整的理論和方法解釋和預測物質(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)缺乏對雙水相過程的工程放大及設備方面的研究，在體系流體力學，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驗的方法，研究的結(jié)果只是建立在實驗的基礎(chǔ)上，大部分情況下不能外延，缺乏對過程規(guī)律的認識。(6)對雙水相萃取工藝整體的集成優(yōu)化研究還不足，對分離過程中產(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14頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月雖然雙水相萃取技術(shù)研究中還存在很多問題，但隨著對