双水相萃取与应用ppt课件.ppt

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1、双水相萃取与应用PPT制作陆依雯PPT讲解唐名扬林志坚施立成翁浩杰双水相萃取的历史双水相萃取的工艺流程双水相萃取的基本原理双水相萃取的应用与展望01020304目录CONTENTS双水相萃取的历史197819561896荷兰微生物学家贝杰林克将琼脂水溶液与可溶性淀粉或明胶水溶液混合，发现了双水相现象。瑞典隆德大学的阿尔贝特松将双水相体系成功用于分离叶绿素，这解决了蛋白质变性和沉淀的问题。双水相萃取的发展历史德国库拉等人将双水相萃取分离技术应用于生物酶的分离，为以后双水相在应用生物蛋白质、酶分离纯化奠定了基础。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

2、分离和纯化，并逐步向工业化生产迈进。双水相萃取的基本原理萃取液固萃取液液萃取反胶束萃取液膜萃取超临界萃取有机溶剂萃取双水相萃取萃取利用物质在两种互不混溶的溶剂中的分配差异进行分离的技术。液液萃取利用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液，实现组分分离的传质分离过程，是一种广泛应用的单元操作。双水相萃取利用组分在两个互不相溶的水相中的溶解度不同而达到分离的萃取技术。传统的萃取剂大多数为有机溶剂。以与水互不相溶的有机溶剂作萃取剂从水相中萃取目的产物，广泛应用于抗生素、有机酸、维生素等发酵产品生产。用于蛋白质、核酸、酶等生物大分子的分离很少成功。现代生物技术中，基因工程产品如蛋白

3、质和酶往往是胞内产品，需经细胞破碎后才能提取、纯化，细胞颗粒尺寸的变化给固-液分离带来了困难，同时这类产品的活性和功能对pH值、温度和离子强度等环境因素特别敏感。由于它们在有机溶剂中的溶解度低并且会变性，因此传统的溶剂萃取法并不适合。一定条件下，水相也可以形成两相甚至多相。所以有可能将生物活性物质(水溶性的酶、蛋白质等)从一个水相转移到另一水相中，从而完成分离任务。这就促使了能在食品工业、生物学研究和生物工程方面具有广泛应用性的双水相萃取方法的产生。到目前为止，双水相技术几乎在所有的生物物质如：氨基酸、多肽、核酸、细胞器、细胞膜、各类细胞、病毒等的分离纯化中得到应用，特别是成功地应

4、用在蛋白质的大规模分离中。几种典型双水相系统形成上相的聚合物形成下相的聚合物双水相系统及成相机理两种水溶性聚合物溶液混合，形成单一相还是两相，主要取决于两种因素：系统熵的增加；分子间的作用力。熵的增加与分子数目有关，而与分子大小无关；分子之间的相互作用力可看作分子中各基团相互作用力之和，随分子量的增加而增加。分子量大的聚合物以摩尔计的相互作用能超过混合熵的增加而起主导作用，进而决定聚合物溶液混合发生的现象。当两种聚合物之间互不相溶而排斥，它们的线团结构无法互相渗透，导致一种分子为同种分子所包围，在达到平衡后，形成了互不相溶的各自富含单一种聚合物的两相。Zaslavsky等人认为，聚

5、合物引起水溶液结构变化是促进相分离的主要原因。X-射线衍射数据表明，无水时葡聚糖（DEX）与聚乙烯醇(PVA)混合物(1:1)并不表现不相溶性。在水溶液中，即使在低浓度（3.5%DEX和2.45%PVA）下也会发生相分离。在水溶液中，聚合物的长链分子通过氢键同周围的水分子发生强烈地相互作用，每一个氧原子结合两个水分子，使溶液中的PEG分子被一层高度有序的水合作用层所包围。葡聚糖虽无与PEG类似的结构，但同样，分子中的羟基通过氢键作用在分子周围形成水分子层。两种聚合物周围形成不同的互不相溶的分子结构造成相分离。这一机理可解释温度、添加无机盐和尿素等对相分离行为的影响。按聚合物对溶剂水

6、性质的影响程度为PEG＞PVA＞PVP＞Ficoll＞DEX，而成相所需聚合物浓度为DEX-PVA＜DEX-PEG＜DEX-PVP＜DEX-Ficoll。综合考虑聚合物的分子量因素，二者的次序十分一致。某些水溶性聚合物溶液与某些盐溶液混合，两者浓度达到一定值时，也会分为两相，形成聚合物-盐双水相系统。机理不清楚。一种解释为“盐析”作用。无机盐和简单的有机盐均可，其成相相对能力与其盐析能力次序基本一致。阴离子作用比阳离子重要，多原子离子比单原子离子更有效，成相浓度低。大而电荷密度低的单原子阴离子容易与PEG分子中的氧偶极子发生作用，成相浓度高，无法使用。但它们可以作为中性盐添加组分加

7、入聚合物/聚合物和聚合物/盐系统中，用于改变分配系数。对于聚合物/盐系统，因盐比葡聚糖便宜得多，使得聚乙二醇(PEG)/盐系统具有工业上应用优势。选择双水相的原则能够获得高的产物回收和生物活性回收，高的分离纯化倍数；系统的物理化学性质有利于大规模的应用，有良好的工艺性能，系统黏度低，相分离快，达到相平衡时间短，工艺参数容易控制，工艺条件可调性范围大；系统经济，成本低，无毒，适合大规模应用。双水相系统相图PEG(%)葡聚糖（%）PEG/葡聚糖系统相图系线双节线临界点相图