低共熔溶剂双水相体系的构建与其萃取生物分子的分析

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1、摘要双水相萃取技术是一种新的分离和提取生物分子的液液萃取技术，其操作程序时间短，成本低，操作条件温和，并可规模化应用。低共熔溶剂(DESs)与盐形成的双水相是基于高聚物双水相发展而来的一种可设计，更高效的萃取体系。本文引入离子液体类似物：低共熔溶剂。与离子液体相比，它合成简单，成本低廉，具有良好的生物相容性，且更绿色环保。本课题深入研究了低共熔溶剂-盐双水相体系的液液相平衡行为及其分相能力，为其更进一步的应用提供了充分的理论依据。在此基础上构建了DESs双水相萃取体系，研究了该新型体系对氨基酸和蛋白质的萃取性能。主要研究结果如

2、下：(1)DES-盐双水相体系的液液平衡性质研究首先合成了低共熔溶剂(氯化胆碱和聚乙二醇)-DES，并用熔点测定仪、元素分析仪、动态热流式差示扫描量热仪、红外光谱和核磁对其对其熔点、元素含量、热稳定性、红外谱图和核磁氢谱进行了表征。然后构建DES-盐双水相体系，研究其相图的性质：双结线和系线。用浊点滴定法测定双结线数据，通过测定上下相各组分的含量，用物料守恒计算系线相关数据。结果表明，Na3C6H5O7、K2HPO4、NaH2PO4和Na2CO3均能与DES构成双水相，其成相能力依次为：Na2CO3>Na3C6H5O7>K2H

3、PO4≈NaH2PO4。双结线拟合结果表明，该类双水相0.5体系对经验方程w1=exp(a-bw2-cw2-dw2)拟合的线性相关性最好。同时，DES-K2HPO4双水相体系的系线长度最长，表明了该体系的两相组分差异最大。(2)DES-盐双水相体系萃取分离色氨酸的研究考察了四种不同盐(Na2CO3、Na3C6H5O7、K2HPO4和NaH2PO4)与DES形成的双水相对色氨酸的萃取效果，采用紫外光谱对色氨酸进行定性及定量分析。用单因素实验分别对四种双水相萃取体系进行了实验变量的优化，包括氨基酸的初始浓度、DES用量、盐的用量和

4、体系的温度。结果表明，在最佳条件下，DES-Na2CO3双水相、DES-Na3C6H5O7双水相、DES-K2HPO4双水相和DES-NaH2PO4双水相体系对色氨酸的萃取率分别可达到84.54%、76.14%、91.97%I和87.03%，DES-K2HPO4双水相体系萃取分离色氨酸的效果最好。通过紫外光谱及荧光光谱对色氨酸萃取前后的化学结构进行考察，发现色氨酸萃取至富DES相后结构没有发生改变。(3)DES-K2HPO4双水相萃取分离牛血清蛋白(BSA)和木瓜蛋白酶(PAP)研究选取DES-K2HPO4体系萃取分离牛血清蛋

5、白(BSA)和木瓜蛋白酶(PAP)，考察蛋白质浓度、DES用量、K2HPO4用量和体系温度对萃取效果的影响，优化萃取条件。采用紫外可见光谱法对蛋白质BSA和PAP进行定性及定量分析。结果表明，在最佳实验条件下，DES-K2HPO4双水相体系对BSA和PAP的萃取率分别达90.13%和83.06%。应用紫外光谱、荧光光谱以及圆二色光谱(CircularDichroism,CD)对萃取前后的化学结构进行考察，结果表明其结构没有发生明显变化，说明DES-K2HPO4双水相体系能给生物分子提供一个温和的萃取环境。关键词：低共熔溶剂；双

6、水相；萃取；蛋白质；氨基酸IIAbstractAqueoustwo-phaseextractionsystem,anewliquid-liquidextractiontechnologyforseparationandpurificationofbiomolecule,isconsidertobethemethodwhichcansavetime,costandhavenoinfluenceontheactivityofbiomolecules.Itcanbealargescaleofapplication.Aqueoustw

7、o-phasesystem(ATPS)formedbydeepeutecticsolvent(DESs)andsaltisahighlytunableandefficientextractionsystemwhichdevelopsfrompolymeraqueoustwo-phasesystem.Comparedwithionicliquid,thesyntheticprocessofDESsisrelativelysimple,andtheDESsdisplaymoresuperiorityastheyarenontoxi

8、candbiodegradable.Thisthesisdeeplyresearchesintothebehaviorofliquid-liquidequilibrium(LLE)ofDES-aqueoustwo-phasesystem(DES-ATPS)anditsphas