新型萃取分离技术在生物技术中的应用

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1、万方数据第26卷第2期2005年6月首都师范大学学报(自然科学版)JournalofCapitalNormalUniversity(NaturalScienceEdition)V01．26．No．2June2005新型萃取分离技术在生物技术中的应用刘波王英锋郭雪清(首都师范大学分析测试中心，北京100037)摘要本文介绍各种新型萃取技术：双水相萃取、凝胶萃取、反胶束萃取、膜萃取、液膜萃取、超临界萃取、微波萃取和固相微萃取在生物技术上的应用．关键词：萃取，分离，生物技术．中图分类号：Q一331引言21世纪

2、是生物工程技术占主导地位的时代，而生化分离是生物工程技术转化为生产力传统的过程中必不可少的重要环节．由于生物工程技术特别是细胞工程、基因工程、蛋白质工程等技术产品的特殊性，要求分离技术既具有较高的分离效率又不影响产品的生物活性．传统的液一液萃取分离技术成本低，易于操作，已广泛用于多组分物质的分离，但是由于缺乏相应的生化溶剂，难以分离蛋白质、核酸等大分子生物活性物质；随着液相色谱技术的发展，特别是制备型色谱技术的应用，使大多数生物分子的批量分离成为可能，然而由于该技术本身也存在某些局限性，如有时会引起目标

3、物的不可逆吸附，甚至变性等现象，在一定程度上限制了其在生化分离中的应用．随着双水相萃取、反胶束萃取、膜萃取等一些新型萃取分离技术不断的发展，由于这些技术可以选择性分离生物活性分子，越来越来引起人们的重视．2新型萃取分离技术2．1双水相萃取双水相萃取(aqueoustwophasepartitioning)是1956年瑞典伦德大学的Albertsson发现双水相体收稿日期：2004．06—14系[1j，1979年德国GBF的Kula等人将双水相萃取用于生物产品分离．此后，对于双水相体系的研究和应用逐步展开

4、，并取得很大进展．现在双水相萃取已被广泛用于蛋白质、酶、核酸、病毒、细胞、细胞器等生物产品的分离和纯化，并逐步向工业化生产迈进，展现了在食品工业、生物学研究和生物工程方面的巨大应用前景，将有力推动生物技术的发展．常用的双水相体系是聚乙二醇／葡聚糖体系和聚乙二醇／磷酸盐体系．物质在两相中的选择性分配是疏水键、氢键和离子键等相互作用的结果．影响蛋白质及细胞碎片在双水相体系中分配行为的主要参数有成相聚合物的种类、成相聚合物的分子质量和总浓度、无机盐的种类和浓度、pH值、温度等．双水相萃取主要具有如下基本特点：

5、(I)体系有生物亲和性．含水量高，水分含量通常高为70％～90％，是在接近生理环境温度和体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性．(2)易于工程放大和连续操作．在提取酶等生物活性物质的过程中，双水相萃取能够在较少的溶液量和较短的操作时间内获得较高产量的产品．另外，操作能够容易、精确地按比例放大，非常适合大规模应用，可进行连续生产幢J．(3)界面张力小，有助于生物活性与强化相际间的质量传递．(4)分相时间短，一般为5～15min．(5)不存在有机溶剂残留问题．(6)能进行萃取性的生物转化．在一些双水

6、相体系中可将发酵生产过程中的生物转化与下游处理的第1步相结合，即生物万方数据50首都师范大学学报(自然科学版)2005正反应在其中一相中进行，同时生成的反应产物被连续萃取到另一相中．不仅解决了产物反馈抑制作用造成的产量低的问题，而且酶在高聚物溶液中比在缓冲溶液中更稳定，活性更大．因为生物反应和生物产物的提取同时进行，尤其适于连续生产．(7)亲和萃取(亲和分配)可大大提高分配系数和萃取专一性．由于目标蛋白质与其他杂蛋白的理化性质相近，造成其萃取专一性不高．亲和萃取就是将一种和目标蛋白质有很强亲和力的配基与

7、一种成相聚合物共价结合，该成相聚合物与另一种成相聚合物形成双水相体系进行萃取时，目标蛋白质专一性地进入结合有配基的那种成相聚合物所在相中，其它杂蛋白则进入另一相”’4。．双水相萃取技术目前仍不是十分成熟，在其运用中存在一定的问题b。o．成相聚合物价格昂贵是阻碍该技术应用于工业生产的主要因素．葡聚糖价格很高，用粗品代替精制品又会造成葡聚糖相粘度太高，使分离困难．研究应用最多的PEG并不是双水相体系最适合的聚合物，磷酸盐又会带来环境问题，故开发新的聚合物是该技术应用急需解决的问题．Nisson等人。81利用

8、改性淀粉代替dextran取得了比较好的结果．2．2凝胶萃取凝胶萃取(GelExtraction)是Cussler等在1984年首次提出的分离过程．它是利用凝胶在溶剂中溶胀特性和凝胶网络对大分子、微粒等的排斥作用达到溶液浓缩分离的目的．凝胶是一种吸收液体而溶胀的交联聚合物网络，具有介入固体和液体的物质形态．凝胶的性质在很大程度上取决于聚合物的网络和液体介质的相互作用．液体介质阻止聚合物网络皱缩成致密物质，而聚合物网络则阻止液体流失．当外部条