双水相萃取分析.ppt

双水相萃取的优点 平衡时间短：自然成相时间5-60min 含水量高、界面张力小，有助于相间的质量传递，特别适合于生物活性物质的分离纯化 操作简便，能耗低，聚合物可循环使用，成本低 易于放大，可直接线性放大几万倍 两水相成相、分相、聚合物回收示意图 大规模双水相萃取 由于相混合能耗低，相平衡时间短，故双水相萃取规模放大非常容易，10mL刻度离心管的实验结果可准确放大到处理200Kg细胞匀浆液规模。 多步萃取 细胞匀浆液中目标产物可经过多步萃取获得较高的纯化倍数。 分离和提纯各种蛋白质(酶），特别是胞内酶的提取和精制。 双水相萃取的应用举例 酶 菌种 相系统 η/% 天冬氨酸酶 E.coli PEG/盐 96 β-半乳糖苷酶 E.coli PEG/盐 87 乙醇脱氢酶 Bakers yeast PEG/盐 96 青霉素酰化酶 E.coli PEG/盐 90 在两水相系统中进行转化翻译功能，如酶促反应，可以把产物移入另一相中，消除产物抑制，因而提高了产率。这实际上是一种反应和分离耦合的过程，有时也称为萃取生物转化；如果发生的是一种发酵过程，则也称为萃取发酵，因而此时也可以把两水相系统称为两水相反应器。 2. 两水相反应器 要进行两水相生物转化反应应满足下列条件 ： （×） 催化剂应单侧分配； 底物应分配于催化剂所处的相中；产物应分配在另一相中；要有合适的相比。如产物分配在上相中，则相比要大，反之则相比要小。 这些条件不可能同时满足，分配理论也不完善，因此常需要根据试验选择最优系统和操作条件。 enzyme enzyme enzyme enzyme enzyme Enzymetic reaction substrate product 两水相萃取 enzyme enzyme enzyme Enzymetic reaction with ATPS 双水相萃取过程的理论基础 两水相萃取 采用两水相系统进行生物转化反应有下列优点： （×） 与固定床反应器相比，不需载体，不存在多孔载体中的扩散阻力，故反应速度较快，生产能力较高； 生物催化剂在两水相系统中较稳定；两相间表面张力低，轻微搅拌即能形成高度分散系统，分散相液滴在10μm以下，有很大的表面积，有利于底物和产物的传递。 思考题 何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？ * * * * * * * * * 双水相萃取 主讲人：董冰雪 双水相萃取 生化固液分离中最困难的操作是从细胞破碎后的浆液中移走细胞碎片，这些碎片分布很广（0.2－1μm)，包括（细胞壁碎片、膜碎片、完整的细胞器和未破碎的细胞）。 双水相萃取是水相中加入高分子化合物形成密度不同的两相，用于萃取蛋白质。 膜分离速度慢，易出现污染和蛋白质滞留。 用离心机分离不易除掉某些絮状小碎片 许多蛋白质都有极强的亲水性，不溶于有机溶剂 ； 蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。 1896年Beijerinck观察到当把明胶与琼脂或把明胶和可溶性淀粉的水溶液混合时，先得到一混浊不透明的溶液，随后分成两相，上相含有大部分明胶，下相含有大部分琼脂(或可溶性淀粉)。再如下图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得到两个粘稠的液层。 葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系 双水相的发现 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％一95％)，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。 双水相萃取 (Aqueous Two Phase Extraction) PEG = 聚乙二醇(polyethylene glycol) Kpi = 磷酸钾 DX= 葡聚糖(dextran) 双水相体系形成的原因 双水相体系的成因是聚合物之间的不相溶性，即聚合物分子的空间阻碍作用，相互间无法渗透，具有相分离倾向，一定条件下分成两相(aqueous two-phase system, ATPS) 。一般认为，只要两种聚合物水溶液的水溶性有所差异，混合时就可发生相分离，并且水溶性差别越大，相分离的倾向越大。 加入盐分，由于盐析作用，聚合物与盐类溶液也能形成两相。 双水相萃取是利用物质在不相溶的两水相间分配系数的差异进行萃取的方法 是否分层或混合成一相，取决于： 熵增——与分子数目有关 分子间作用力——与分子大小有关 双水相萃取 双水相萃取的原理 依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相互作用： 氢键 电荷力 疏水作用 范德华力 构象效应 两水相萃取 概述 常用聚合物： 聚乙二醇－葡聚糖 聚乙二醇－无机盐系统 无毒原则 4、双水相的相图 B’ 双节线形状位置和聚合物