双水相萃取课案.ppt

双水相萃取工艺流程图 上相 萃取液 PEG 无机盐 ｝ ATPE 相似相溶原理 相体系回收示意图 PEG的循环 在大规模双水相萃取过程中，成相材料的回收和循环使用，不仅可以减少废水处理的费用，还可以节约化学试剂，降低成本。PEG回收有2种方法：一种即前面所述的加入盐使蛋白质转入富盐相来回收PEG，一种是将PEG通过离子交换树脂，洗脱剂先洗出PEG，再洗出蛋白质。现在常用的方法是将第1步萃取的PEG相或除去部分蛋白质的PEG相循环利用。 无机盐的循环 一种方法是将无机盐相冷却，如将含磷酸钠的盐相冷却到6℃，使盐结晶析出，然后用离心机分离收集；另一种是用电渗析法、膜分离法回收盐类或除去PEG相的盐。双水相萃取所用的设备一般都是其他两相体系如水和有机溶剂体系所通用的设备，有商业化的混合器和沉淀器系统以及离心分离机已成功应用于双水相萃取。 尽管刚开始应用时，大多数双水相萃取是间歇式的，但此技术更适合于错流萃取的连续生产，这样可有效利用空间和时间，尤其是在与其他分离技术如凝胶过滤、膜分离等相结合使用时。1988 年，Hustedt 等人证明在工业生产规模上可将双水相体系用于连续错流萃取延胡索酸酶和青霉素配基转移酶。 三、影响双水相萃取的因素 影响双水相萃取平衡的主要因素有：组成双水相体系的高聚物类型、高聚物的平均分子量和分子量分布、高聚物的浓度、成相盐和非成相盐的种类、盐的离子浓度、pH值、温度等。 1）聚合物的类型 不同聚合物的水相系统显示出不同的疏水性，聚合物的疏水性按下列次序递增：葡萄糖硫酸盐糖＜葡萄糖＜羟丙基葡聚糖＜甲基纤维素＜聚乙二醇＜聚丙三醇，这种疏水性的差异对目的产物的作用是重要的。 2）聚合物及其相对分子质量 不同聚合物的水相系统，疏水性不同；同一聚合物，疏水性随分子量增加而增加，其大小的选择取决于萃取过程的目的和方法，在PEG/Dex体系中，PEG分子量的减少，会使萃取液在两相中的分配系数增大，当PEG的分子量增加时，在质量浓度不变的情况下，亲水性蛋白质不再向富含PEG相中聚集而转向另一相。 在双水相系统中，界面张力很低并且随双曲线长度呈指数规律的增大。当系统组成处于临界点时，系线长度为零，上下相组成相同，萃取液均匀地分配在两相中，分配系数K=1。当成相聚合物的总浓度或聚合物/盐混合物的总浓度增加时，系统远离临界点，系线长度增大，两相性质的差别也增大，同时萃取液在两相中界面张力的差别增大，使其趋于向一侧分配，即K值或增大超过1，或减小低于1。 3）聚合物的浓度 4）温度的影响 温度的变化影响相物理性质的变化，例如粘度和密度等，从而影响萃取液的分配。但总的来说，温度对分配系数的影响是通过对相图的影响来间接达到的。在临界点附近，温度对相图的影响最显著，对分配系数的影响最强。当远离临界点时，温度对相图的影响较小，分配系数对温度的变化也不敏感。这是由于远离临界点时，成相聚合物的浓度增大，对萃取液的稳定作用增强。 但一般来说，当双水相系统离双节线足够远时，温度的影响很小，1-2度的温度改变不影响目标产物的萃取分离。 大规模双水相萃取操作一般在室温下进行，不需冷却。这是基于以下原因： (l)常温下，溶液的粘度较低，容易分相 (2)成相聚合物PEG对某些具有生物活性溶质如蛋白质有稳定的作用，常温下蛋白质一般不会发生失活、变性。 (3)常温操作节省冷却费用。 温度对双水相系统的影响 体系pH值会影响溶液分子中可离解基团的离解度，从而改变分子表面的电荷数来影响分配。同时PH值还会影响缓冲离子如HPO42-、PO43-等的分配，以改变相间电位来达到改变分配系数的目的。另外在研究分配系数与pH值的关系时，若加入不同种类的中性盐，由于电位差的不同，其相应关系也不同。 5）PH值的影响 6）无机盐的浓度 盐的正、负离子在两相间分配系数不同，两相间形成电位差，从而影响带电生物大分子的分配。无机盐浓度的不同能改变两相间的电位差。 利用双水相萃取技术分离纯化时，其选择双水相体系的一般原则是: (l)目标产物在两相中有较大的分配系数 (2)能保持具有生物活性溶质的活性 (3)体系易于分相，可利用静止或者离心沉降法进行分相 (4)降低操作成本，采用廉价的双水相体系来萃取分离 综合利用以上因素，可通过实验确定最佳双水相萃取系统。以PEG/硫酸铵双水相体系萃取一种蛋白质为例： （1）固定硫酸铵为某一浓度，用梯度浓度的聚乙二椁与其形成一系列双水相体系，萃取分离蛋白质，分别测量上、下相蛋白质的含量，确定PEG的最佳浓度。 （2）选取（1）中的最佳PEG浓度，在此浓度下与梯度浓度的硫酸铵形成双水相体系