生物分离工程第7章-萃取2

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1、第七章萃取（Extraction）双水相萃取(Aqueoustwo-phaseextraction)是利用物质在互不相溶的两个水相之间分配系数的差异实现分离的方法。1955年由Albertson首先提出了双水相萃取的概念,此后这项技术在动力学研究、双水相亲和分离、多级逆流层析、反应分离耦合等方面都取得了一定的进展。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,特别是成功地应用在蛋白质的大规模分离中。第三节双水相萃取技术溶液的分相不一定完全依赖于有机溶剂，在一定条件下，水相也可以形成两相(即双水相系统

2、)甚至多相。于是有可能将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中，从而完成分离任务。有机溶剂萃取的不足：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。聚合物的不相溶性：主要是由于聚合物分子的空间阻碍作用，相互间无法渗透，当聚合物的浓度达到一定值时，就不能形成单一的水相，所以具有强烈的相分离倾向。某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即聚合物—盐双水相体系①系统含水量多达75%～90%,两相界面张力极低,有助于保持生物活性和强化相际间的质量传递②分相时间短(特别是聚合物/盐系统),自然

3、分相时间一般只有5～15min。③双水相萃取技术易于连续化操作。④目标产物的分配系数一般大于3,大多数情况下,目标产物有较高的收率。⑤大量杂质能够与所有固体物质一起去掉,与其它常用固液分离方法相比,双水相萃取技术可省去1～2个分离步骤,使整个分离过程更经济。⑥设备投资费用少,操作简单,不存在有机溶剂残留问题。双水相萃取技术的优点一、双水相分离理论1、双水相的形成熵增——混合——自发分子间作用力------随着Mr的增加,而增大.聚合物的不相容性------含有聚合物分子的溶液发生分相的现象.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2、相图临界点(crit

4、icalpoint)：当系线长度趋于零时,两相差别消失,任何溶质在两相中的分配系数均为1。如C点。均相区两相区双节线系线聚合物的分子量越高，相分离所需的浓度越低两种聚合物的分子量相差越大，双节线的形状越不对称。3、物质在两相中的分配和溶剂萃取法一样，物质在两水相中的分配用分配系数K表示。CTK=——CBCt、CB——分别代表上相、下相中溶质的浓度K—与温度、压力以及溶质和溶剂的性质有关，与溶质的浓度无关。1）表面自由能的影响(大分子物质表面性质对K影响很大)2）表面电荷的影响(盐效应：两相系统中如存在盐,对K影响较大)3）综合考虑（影响因素很多，单因素定量很困难，最佳操

5、作条件靠实验）4）影响分配平衡的参数(1)聚合物的影响；(2)体系中无机盐离子的影响；(3)体系PH的影响；(4)体系温度的影响；(5)体系中微生物的影响。1）表面自由能的影响2）表面电荷的影响道南电位(,Donnanpotential):实际双水相系统中有电解质,当这些离子在两相中K1,则两相间产生电位差U2，U1——相1和相2的电位Z+,Z－——分别表示一种盐的正负离子的离子价F——法拉第常数T——温度进一步可证明：InKi*=InKi+ZiF(U2-U1)RTKi*——i组分带电时在体系中的分配系数Ki——i组分不带电时在体系中的分配系数Zi——i组分的

6、离子价意义：A荷电溶质的分配系数的对数与溶质的净电荷数成正比.B由于同一双水相系统中添加不同的盐产生的不同,故k与Zi的关系因盐而异。3）综合考虑4）影响分配平衡的参数(1)聚合物的影响A聚和物的分子量的影响当聚合物的分子量降低时，蛋白质易分配于富含该聚合物的相。例如在PEG—DeX系统中，PEG的分子量减小，会使分配系数增大，而葡聚糖的分子量减小，会使分配系数降低。这是一条普遍的规律，不论何种成相聚合物系统都适用。B成相聚和物浓度的影响当接近临界点时，蛋白质均匀地分配于两相，分配系数接近于1。如成相聚合物的总浓度或聚合物／盐混合物的总浓度增加时，系统远离临界点，系

7、线的长度也增加，此时两相性质的差别也增大，蛋白质趋向于向一侧分配，即分配系数或增大超过1，或减小低于1。(2)体系中无机盐离子的影响盐离子在两相中有不同的分配，因而在两相间形成电位差，由于各相要保持电中性，因此对于带电荷的蛋白质等物质的萃取来说,盐的存在就会使系统的电荷状态改变,从而对分配产生显著影响。盐的种类对双水相萃取也有一定的影响,因此变换盐的种类和添加其他种类的盐有助于提高选择性。在不同的双水相体系中盐的作用也不相同。在PEG/磷酸盐/水中加入氯化钠可以使万古霉素的分配系数由4提高到120,而在PEG/DeX/水体系中只从1.55