双水相萃取讲稿.ppt

《双水相萃取讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双水相萃取讲稿.ppt（46页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、双水相萃取第一页，讲稿共四十六页哦第二页，讲稿共四十六页哦 利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。来进行萃取的方法。双水相萃取？双水相萃取？第三页，讲稿共四十六页哦第四页，讲稿共四十六页哦第五页，讲稿共四十六页哦 双水相的形成双水相的形成 将两种不同的水溶性聚合物的水溶液混合时，当聚合物浓度达到一定值，体系会自然的分成互不相溶的两相，这就是双水双水相体系相体系。这种含有不同聚合物分子的溶液发生分相的现象叫聚合物的不相容性聚合物的不相容性。形成原因：由于高聚物之间的不相溶性，即高聚物分子的空间阻碍作用，相互无法渗透，不能形成均一相，

2、从而具有分离倾向，在一定条件下即可分为二相。第六页，讲稿共四十六页哦常用的双水相体系常用的双水相体系 高聚物/高聚物体系：聚乙二醇(简称PEG)/葡聚糖(简称Dextran)高聚物/无机盐体系：硫酸盐体系。常见的高聚物/无机盐体系为:PEG/硫酸盐或磷酸盐体系。第七页，讲稿共四十六页哦双水相系统双水相系统(aqueous two-phase system,ATPS)PEG=聚已二醇(polyethylene glycol)Kpi=磷酸钾DX=葡聚糖(dextran)第八页，讲稿共四十六页哦第九页，讲稿共四十六页哦双水相萃取的原理双水相萃取的原理是生物物质在双水相体系中的选择性分配，当物质进入双

3、是生物物质在双水相体系中的选择性分配，当物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种作用力（如水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种作用力（如憎水键、氢键和离子键等）的存在和环境的影响，使其在憎水键、氢键和离子键等）的存在和环境的影响，使其在上、下相中的浓度不同，即分配系数不同。上、下相中的浓度不同，即分配系数不同。第一节第一节 双水相分离理论双水相分离理论第十页，讲稿共四十六页哦第十一页，讲稿共四十六页哦第十二页，讲稿共四十六页哦第十三页，讲稿共四十六页哦第十四页，讲稿共四十六页哦双节线双节线：把均相区和两相区域分隔开：把均相区和两相区域分隔开。系线系线：连接双节线上两点的直线。：连

4、接双节线上两点的直线。均相区均相区两相区两相区第十五页，讲稿共四十六页哦在同一条系线上的各点分成的两相具有在同一条系线上的各点分成的两相具有相同的组成相同的组成，但但体积比体积比不同不同临界点临界点：当系线长度趋向于零时，即在图中的：当系线长度趋向于零时，即在图中的C点，两点，两相差别消失，任何溶质在两相中的分配系数均为相差别消失，任何溶质在两相中的分配系数均为1，成，成为单相体系。为单相体系。第十六页，讲稿共四十六页哦ATPS相图相图双节线双节线(bi-nodal)：图中的曲线。双节线以下的区域为均相区,以上的区域为两相区，即ATPS。系线系线(tie line)：双节线上两点的直线。系线反

5、映的信息系线反映的信息A 杠杠杆杆规规则则：系线上各点均为分成组成相同，而体积不同的两相。两相体积近似服从杠杆规则B 性性质质差差异异：系线的长度是衡量两相间相对差别的尺度,系线越长,两相间的性质差别越大；反之则越小.C临临界界点点(critical point)：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K点。第十七页，讲稿共四十六页哦第十八页，讲稿共四十六页哦第十九页，讲稿共四十六页哦第二十页，讲稿共四十六页哦对于对于PEG/Dextran所形成的双水相体系中，所形成的双水相体系中，若降低若降低PEG相对分子质量，则生物分子相对分子质量，则生物分子分配于富含分配

6、于富含PEG的上相中，使分配系数增的上相中，使分配系数增大；而降低大；而降低Dextran相对分子质量，则分相对分子质量，则分配系数减小。配系数减小。若想在上相获得较高的蛋白质收率，对于若想在上相获得较高的蛋白质收率，对于PEG聚合物，应降低它的平均分子量，聚合物，应降低它的平均分子量，相反，若想在下相获得较高的蛋白质收相反，若想在下相获得较高的蛋白质收率，则平均分子量应增加。率，则平均分子量应增加。(1)成相聚合物的影响成相聚合物的影响A、成相聚合物分子量、成相聚合物分子量第二十一页，讲稿共四十六页哦B、成相聚合物的浓度、成相聚合物的浓度聚合物分相的最低浓度为临界点，系线的长度为零，聚合物分

7、相的最低浓度为临界点，系线的长度为零，此时分配系数为此时分配系数为1，即组分均匀的分配于上下相，即组分均匀的分配于上下相.随着成相聚合物的总浓度或聚合物随着成相聚合物的总浓度或聚合物/盐混合物的总浓度盐混合物的总浓度增大，系统远离临界点，系线长度增加，两相性质增大，系统远离临界点，系线长度增加，两相性质的差别的差别(疏水性等疏水性等)增大，蛋白质分子的分配系数将偏增大，蛋白质分子的分配系数将偏离临界点处的值离临界点处的值(m=1)，即大于，即大于1或小于或小于1。因此。因此,成相成相物质的总浓度越高，系线越长，蛋白质越容易分配于其中物质的总浓度越高，系线越长，蛋白质越容易分配于其中的某一相。的

8、某一相。第二十二页，讲稿共四十六页哦(2)盐的种类和浓度盐的种类和浓度p盐的种类和浓度对分配系数的影响主要反映在对盐的种类和浓度对分配系数的影响主要反映在对相间电位相间电位和和蛋白质疏水性蛋白质疏水性的影响。的影响。第二十三页，讲稿共四十六页哦盐的种类盐的种类在双聚合物系统中，无机离子具有各自的分配系数，不在双聚合物系统中，无机离子具有各自的分配系数，不同电解质的正负离子的分配系数不同，从而产生不同的同电解质的正负离子的分配系数不同，从而产生不同的相间电位。由于各相要保持电中性，使得带电生物大分相间电位。由于各相要保持电中性，使得带电生物大分子，如蛋白质和核酸等分别向两相移动分配。子，如蛋白质

9、和核酸等分别向两相移动分配。第二十四页，讲稿共四十六页哦盐的浓度盐的浓度盐的浓度不仅影响蛋白质的表面疏水性，而且扰乱双盐的浓度不仅影响蛋白质的表面疏水性，而且扰乱双水相系统，改变各相中成相物质的组成和相体积比。水相系统，改变各相中成相物质的组成和相体积比。例如，例如，PEG/磷酸盐体系中上下相的磷酸盐体系中上下相的PEG和磷酸盐浓度及和磷酸盐浓度及Cl-在在上下相中的分配平衡随添加上下相中的分配平衡随添加NaCl浓度的增大而改变，这种相组浓度的增大而改变，这种相组成即相性质的改变直接影响蛋白质的分配系数，如图。成即相性质的改变直接影响蛋白质的分配系数，如图。离子强度对不同蛋白质的影响程度不同，

10、利用这一特点，通过离子强度对不同蛋白质的影响程度不同，利用这一特点，通过调节双水相系统的盐浓度，可有效地萃取分离不同的蛋白质。调节双水相系统的盐浓度，可有效地萃取分离不同的蛋白质。第二十五页，讲稿共四十六页哦第二十六页，讲稿共四十六页哦第二十七页，讲稿共四十六页哦第二十八页，讲稿共四十六页哦（4）温度的影响）温度的影响 分配系数对温度的变化不敏感分配系数对温度的变化不敏感 成相聚合物对蛋白质有稳定化作用成相聚合物对蛋白质有稳定化作用,所以室温操作活性所以室温操作活性收率依然很高收率依然很高,而且室温时粘度较冷却时而且室温时粘度较冷却时(4)低低,有助于有助于相的分离并节省了能源开支。相的分离并

11、节省了能源开支。第二十九页，讲稿共四十六页哦第三十页，讲稿共四十六页哦第三十一页，讲稿共四十六页哦第三十二页，讲稿共四十六页哦第三十三页，讲稿共四十六页哦第三十四页，讲稿共四十六页哦（一）目的物的萃取（一）目的物的萃取1、如果目标产物在上相中的分配系数足够大，则细胞、如果目标产物在上相中的分配系数足够大，则细胞匀浆液中的目标产物可采用一步或两步双水相萃取工匀浆液中的目标产物可采用一步或两步双水相萃取工艺获得较高的纯化倍数。艺获得较高的纯化倍数。一步双水相萃取：一步双水相萃取：是把生物材料悬浮液和双水相系统混是把生物材料悬浮液和双水相系统混合后，其中下相含有大多数杂质，而上相含目标产物。合后，其

12、中下相含有大多数杂质，而上相含目标产物。两步双水相萃取：两步双水相萃取：把一步萃取体系中的上相分离出来把一步萃取体系中的上相分离出来后，再加入盐使其形成新的双水相体系，则富含后，再加入盐使其形成新的双水相体系，则富含PEG的上相得到回收，同时，含有目标产物的盐相通过的上相得到回收，同时，含有目标产物的盐相通过超滤等操作得到分离目标。超滤等操作得到分离目标。第三十五页，讲稿共四十六页哦三步双水相萃取酶的流程示意图三步双水相萃取酶的流程示意图 2、如果细胞匀浆液中的目标产物的分配系数较小，则可、如果细胞匀浆液中的目标产物的分配系数较小，则可采用多步双水相萃取工艺以获得较高的纯化倍数。采用多步双水相

13、萃取工艺以获得较高的纯化倍数。第三十六页，讲稿共四十六页哦（二）（二）PEG循环循环在大规模双水相萃取过程中，成相材料的回收和循环使用，在大规模双水相萃取过程中，成相材料的回收和循环使用，不仅可以减少废水处理的费用，还可以节约化学试剂，降不仅可以减少废水处理的费用，还可以节约化学试剂，降低成本。低成本。PEG的回收有三种方法的回收有三种方法：加入盐使目标产物转入富盐相来回收加入盐使目标产物转入富盐相来回收PEG；将将PEG相通过离子交换树脂，用洗脱剂先洗去相通过离子交换树脂，用洗脱剂先洗去PEG，再洗出蛋白质。再洗出蛋白质。超滤超滤第三十七页，讲稿共四十六页哦（三）无机盐的循环（三）无机盐的循

14、环一种方法使将含磷酸钠的盐相冷却到一种方法使将含磷酸钠的盐相冷却到6，使盐结晶析出，然后用离心机分离收集；使盐结晶析出，然后用离心机分离收集；另一种方法是用电渗析法、膜分离法回收盐另一种方法是用电渗析法、膜分离法回收盐类。类。第三十八页，讲稿共四十六页哦二、大规模双水相萃取及其简单设备二、大规模双水相萃取及其简单设备 两步萃取法连续分离胞内酶的流两步萃取法连续分离胞内酶的流程示意图程示意图 第三十九页，讲稿共四十六页哦第三节第三节 双水相萃取技术在生物、食品工业双水相萃取技术在生物、食品工业中的应用中的应用（1）提取酶和蛋白质。）提取酶和蛋白质。（2）进行萃取性生物转化）进行萃取性生物转化（3

15、）酸水解产物中提取二肽、氨基酸、核）酸水解产物中提取二肽、氨基酸、核苷酸等风味物质苷酸等风味物质（4）萃取细胞、细胞器、膜等粒子）萃取细胞、细胞器、膜等粒子（5）应用于液液分配层析）应用于液液分配层析 第四十页，讲稿共四十六页哦双水相的应用举例分离和提纯各种蛋白质分离和提纯各种蛋白质(酶）酶）用PEG/-(NH4)2SO4 双水相体系,经一次萃取从-淀粉酶发酵液中分离提取-淀粉酶和蛋白酶,萃取最适宜条件为PEG1000(15%)-(NH4)2SO4(20%),pH=8,-淀粉酶收率为90%,分配系数为19.6,蛋白酶的分离系数高达15.1。比活率为原发酵液的1.5 倍,蛋白酶在水相中的收率高于

16、60%。第四十一页，讲稿共四十六页哦提取抗生素和分离生物粒子提取抗生素和分离生物粒子 采用PEG/Na2HPO4 体系提取丙酰螺旋霉素，最佳萃取条件是pH=8.08.5，PEG2000(14%)/Na2HPO4(18%),小试收率达69.2%,对照的乙酸丁酯萃取工艺的收率为53.4%第四十二页，讲稿共四十六页哦第四节第四节 双水相萃取分离技术的发展方向双水相萃取分离技术的发展方向 一、开发廉价的新型双水相体系一、开发廉价的新型双水相体系例如：用粗例如：用粗dextran、变性淀粉、糊精、变性淀粉、糊精、乙基羟乙基纤维素等取代葡聚糖（乙基羟乙基纤维素等取代葡聚糖（dextran）第四十三页，讲稿

17、共四十六页哦二、双水相分配与相关技术的集成化二、双水相分配与相关技术的集成化 集成化集成化：不同分离技术上的相互渗透、实现优势互补，而达不同分离技术上的相互渗透、实现优势互补，而达 到整体优化的目的。到整体优化的目的。具体表现具体表现3个方面：个方面：与常规技术结合解决双水相萃取本身的难点问题与常规技术结合解决双水相萃取本身的难点问题引进其他分离技术进行融合以提高分离效率，简化分离过程引进其他分离技术进行融合以提高分离效率，简化分离过程为已有的技术提供新的思路为已有的技术提供新的思路第四十四页，讲稿共四十六页哦实验（设计型）实验（设计型）设计一个设计一个PEG/磷酸盐的双水相体系，并从磷酸盐的双水相体系，并从番木瓜中初步萃取木瓜蛋白酶。番木瓜中初步萃取木瓜蛋白酶。第四十五页，讲稿共四十六页哦思考题思考题名词解释：名词解释：聚合物的不相容性；相图。聚合物的不相容性；相图。双水相体系的是怎样形成的？其组成是什双水相体系的是怎样形成的？其组成是什么？么？影响双水相萃取的因素有哪些？影响双水相萃取的因素有哪些？双水相萃取技术有什么优越性？双水相萃取技术有什么优越性？第四十六页，讲稿共四十六页哦