双水相萃取技术.doc

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1、双水相萃取技术（two-aqueousphaseextraction）一、前言近年来，随着基因工程、蛋白质工程、细胞培养工程、代谢工程等高新生物技术研究工作的广泛展开，各种高附加值的生化新产品不断涌现，对生化分离技术也提出了越来越高的要求。与上游过程相比，目前作为下游过程的生化分离纯化技术往往存在步骤多，收得率低，处理时间长，重复性差等缺点，这样便严重阻碍了生物技术的工业化发展。因此，就迫切需要一种分离步骤少，收得率高，处理时间短，并且易于放大的生化分离纯化技术，双水相萃取技术就满足了这一需要。特别是基因工程技术的发展，需要从细胞中提取高质量的遗传物质

2、，由于细胞破碎后，在溶液中存在大量的轻质细胞碎片，给遗传物质的提取形成了很大的干扰，通常通过离心分离和溶剂萃取难以得到高纯度高活性的遗传物质，而通过双水相初步提取，可以使目标物和轻质碎片得到很好的分离，且目标物的活性几乎没有损失。因此双水相萃取技术得到了很大的重视，并且在近20年里取得了较大的发展。二、发展史双水相萃取技术又称之为水溶液两相分配技术（Partitionoftwoaqueousphasesystem）1、1896年，Beijernek在琼脂和可溶性淀粉或明胶混合时，发现这种混合溶液能较快地分为两层，他把这种现象称之为聚合物的“不相容性”（

3、incompatibility）――――体系的发现2、1956年瑞典伦得（Luhd）大学的Albertson发现双水相萃取技术可用于蛋白质的选择分离，但目标蛋白同成相高聚物的分离是影响了其大规模工业应用。――――――――――发现可以用于分离提纯3、20世纪70年代中期西德的Kula和Kroner等人首先将双水相技术应用于从细胞匀浆液中提取酶和蛋白质，从而大大改善了胞内酶的提取过程，提高了酶的收得率。―――――――利用于活性物质的提取4、1989年，Diamond等人以Flory－Huggins理论为基础，推导出生物分子在双水相体系中的分配模型，但有局限

4、性，仍需继续探索，不断完善。――――――――――开始理论研究5、20世纪90年代以来，由于控制和优化技术的发展，将生化分离过程进行集成化（processintegration）和将生化反应与分离过程集成化成为了研究热点。――――――――――集成化研究三、与传统分离方法的比较在生物发酵产品制备中，细胞和细胞碎片的除去是整个分离纯化的第一步，也是最为关键的一步，它将直接影响到后续工序的收得率。传统的分离方法主要采用离心法及过滤法。这两种方法在实际应用中都有一定缺点，如离心法能耗高，过滤法膜孔容易堵塞。而双水相萃取，整个操作可以连续化，除去细胞和细胞碎片的同

5、时，还可以起到纯化目标物的作用。各种方法的比较见表A，可以看得出，在除去细胞碎片的各种方法中，双水相萃取技术是传统的离心分离和过滤法无法比拟的。和传统的酶粗分离方法，如盐析，有机溶剂沉淀相比，双水相萃取分离技术也有很大的优势。见表B，一般说来，传统的分离方法达到与双水相萃取相同的处理量时，需要比双水相萃取多3到10倍的设备，而且比双水相萃取分离方法放大困难。虽然双水相萃取技术具有很大的优势，但目前真正工业化的例子却很少。主要原因是大规模分离时，双水相萃取的成本较高，使得其技术上的优势大打折扣。大规模分离中，双水相萃取总成本中主要是原料成本（90％以上）

6、。原料成本和生产规模成正比，因而随着生产规模的放大，总成本也增加很大。而传统的分离方法中，总成本主要是设备投资，并且设备投资并不与生产规模成正比。因而是的大规模生产时双水相萃取技术没有优势可言。因此降低成相物的成本是双水相萃取技术工业化应用的关键。一、双水相体系的构成1、双水相体系的形成A、高聚物/高聚物体系作为一种体系，也就是说它是一个系统，在无外界干扰的情况下，系统的能量总要趋向于最低状态。对于双水相体系目前主要有两种解释法：一种认为两种聚合物相互混合时，究竟是否分层还是混成一相，主要取决于两种因素，即分子间作用力和熵的增加。两种物质混和时熵的增加

7、与涉及的分子数目有关，同分子大小无关。但分子间的作用力，可以看作分子中各个基团之间相互作用力的总和，分子越大当然作用力就越大。可见对于大分子而言决定混合的结果主要取决于分子间的作用力，而不是熵增。若两种聚合物分子间若表现为排斥力，即某种分子希望在它的周围的分子系同种分子而非异种分子，则达到平衡后，就有可能分成两相。若存在引力，或同种分子引力或异种分子斥力不够强，则会混容或很难形成两相。另外一种就简单的归结为分子间的空间位阻，即在一定条件下，由于高聚物分子的空间阻碍作用，无法互相渗透形成均相，具有相互分离倾向而形成两项系统。若从混合前后能量的高低来解释就

8、更好理解。假设有两种物质，物质A要进入物质B的体系中，首先要克服它本身分子间的作用力，假设所需