生物工业下游技术 双水相萃取技术ppt课件.ppt

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1、生物工业下游技术的一般流程双水相萃取技术概述双水相分离理论双水相萃取技术的应用双水相萃取技术的发展概述双水相萃取技术的诞生和简介：1896年Beijerinck观察到当把明胶与琼脂或把明胶和可溶性淀粉的水溶液混合时，先得到一混浊不透明的溶液，随后分成两相，上相含有大部分明胶，下相含有大部分琼脂(或可溶性淀粉)。再如图7-1中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得到两个粘稠的液层，下层含有大部分葡聚糖．上层含有大部分甲基纤维素纳，两相中98％以上的成分是水。此现象称为聚合物的不相溶性。有机溶剂萃取法存在的问题：(1)许多蛋白质都有极

2、强的亲水性，不溶于有机溶剂：(2)蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。原因：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。另外，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。应用：主要应用于酶、核酸、生长激素、病毒等各种物质的分离和提纯概述双水相分离理论一、双水相的形成当两种聚合物互相混合时，究竟是否分层或混合成一相，取决于两种因素：一为体系嫡的增加，二为分子间作用力。熵的增加涉及到分子数量(聚合物的浓度)，与分子大小无关。分子间的作用力可看作分子中各基

3、团间相互作用力之和。分子量越大，分子间的作用力也越大。因此，两种被混合分子间如存在空间排斥力，它们的线团结构无法互相渗透，则在达到平衡后就有可能分成两相，形成双水相。广泛应用的双水相体系：(1)聚乙二醇（PEG）/葡聚糖（Dex）体系：易于与后续处理连接；(2)PEG/盐体系：盐浓度高，蛋白质易盐析，废水处理困难二、相图双水相的形成条件和定量关系常用相图表示。它是一条双节线。双节线下方为一相区，双节线上方即为两相区，两相分别有不同的组成和密度。上相组成用T(Top)表示，下相组成用B(Bottom)表示。如点M为整个系统的组成，该系统实际上由T、B所代表的两相组成，TB为系线

4、。两相平衡时，符合杠杆规则，VT表示上相体，VB表示下相体积，VT/VB=BM/TM当点M向下移动时，系线长度缩短，两相差别减小，到达K点时，系线长度为0，两相间差别消失而成为一相，因此K点为系统临界点。双水相分离理论双节线的位置和形状与聚合物的相对分子质量有关。聚合物Dex的相对分子质量越高，相分离所需的浓度越低；两种聚合物相对分子质量相差越大，双节线的形状越不对称。三、物质在两相中的分配分配定律：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。K=cT/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，与溶质的浓度无关分配

5、系数影响因素：影响因素很多，加上各因素间又相互影响，因此定量地将蛋白质的一些分子性质与分配系数关联起来是困难的，最佳的双水相操作条件还得依靠实验来获得。双水相分离理论双水相分离理论物质在两相中的分配双水相体系中聚合物的分子量和浓度体系中盐的种类和浓度体系的pH体系温度体系中菌体或细胞的种类和浓度影响分配平衡的参数双水相分离理论影响分配平衡的参数双水相体系中聚合物的影响双水相分离理论影响分配平衡的参数例如，在PEG/Dex体系中加入NaCl，对卵蛋白和溶菌酶分配系数的影响如图7-7所示。当pH6.9时，溶菌酶带正电，卵蛋白带负电，对照表7-2和式（7-6），Kcl-〉KNa+，

6、产生电位差，U2–U1＞0，相1电位小于相2电位，导致带正电荷的溶菌酶大量迁移到1相，其K值增大，而带负电荷的卵蛋白迁移到2相，其K值减少，从而使溶菌酶和卵蛋白得以较好地分离。可见,在体系中加入适当的盐类，会大大促进带相反电荷的两种蛋白质的分离。体系中无机盐离子的影响在PEG/Dex体系中，无机盐离子在两相中也有不同的分配（见教材表7-2），因此在两相间形成电位差。由于各相要保持电中性，这对带电生物大分子，如蛋白质和核酸等的分配，产生很大的影响。双水相分离理论影响分配平衡的参数pH会影响蛋白质中可离解基团的离解度，因而改变蛋白质所带电荷和分配系数；另外，pH还影响系统缓冲液磷

7、酸盐的离解程度，影响H2PO4-HPO42-的比例，影响相间电位差U2–U1，从而影响分配系数。对一种特定的蛋白质，在不同的盐体系中，pH和其分配系数之间的关系不同，但在等电点处，得到的均为不带电时分子的分配系数。对不同的盐系统，其等电点时的分配系数应相等，两条pH和分配系数关系的曲线必交于一点，该点对应的pH值即为该特定蛋白质的等电点。根据这一原则可测定蛋白质的等电点，称为交错分配法。体系pH的影响双水相分离理论影响分配平衡的参数温度影响相图，同时影响分配率和蛋白质的生物活性。一般地，临界点附近，温度