双水相萃取技术研究进展_郭晶晶

第42卷第19期2014年10月广州化工Guangzhou Chemical Industry Vol.42No.19Oct.2014双水相萃取技术研究进展郭晶晶(诺安检测服务(宁波)有限公司，浙江宁波315000)摘要：双水相萃取技术作为一种新型的分离技术日益受到重视，与传统的萃取及其他分离技术相比具有操作条件温和、处理量大等优点，从而使其能广泛应用于生物工程、药物分析等领域。

本文主要介绍了双水相萃取的工艺流程，综述了近年来双水相萃取技术在生物技术、医药学、离子分离等方面的应用，展望了双水相体系的应用前景。

关键词：生物技术；分离技术；双水相萃取中图分类号：TQ028.3文献标志码：A文章编号：1001－9677（2014）019－0026－03作者简介：郭晶晶（1985－），女，本科，主要从事食品理化检测。

Ｒesearch Progress on Aqueous Two －phase ExtractionGUO Jing －jing（Sino Analytica （Ningbo ）Co.，Ltd.，Zhejiang Ningbo 315000，China ）Abstract ：Aqueous two －phase extraction was a new separation technology.Owing to its characteristics of temperate condition ，simple operation ，big capacity and so on ，it was widely applied in biological engineering ，pharmaceutical analysis and other field engineering.The process of aqueous two －phase extraction technology was discussed ，and the classification and application of aqueous two －phase extraction in biological technology ，medicine and ion separation ，etc ，was described.Moreover ，the prospect of aqueous two －phase extraction was also discussed.Key words ：biological technology ；separation technology ；aqueous two －phase extraction1896年Beijerineh 最早发现了双水相萃取，1956年瑞典伦德大学的Albertsson ［1］重新发现，1979年德国的Kula 等［2］将双水相萃取分离技术应用于生物产品的分离。

双水相萃取具有分相时间短，易于操作，投资费用少，大多数形成双水相的高聚物可回收利用等特点。

并且相对于液液萃取，双水相系统中的含水量高很多，可达70% 90%，不仅不会造成生物活性物质的变性或失活，甚至还能起到稳定和保护生物活性的作用，因此现已被广泛用于酶、蛋白质、病毒、核酸等生物产品的分离和纯化［3－4］。

1双水相萃取技术的工艺流程［5］主要由三部分构成：目的产物的萃取，PEG 的循环，无机盐的循环。

1.1目的产物的萃取原料匀浆液与PEG 和无机盐在萃取器中混合，然后进入分离器分相。

通过选择合适的双水相组成，一般使目标蛋白质分配到上相（PEG 相），而细胞碎片、核酸、多糖和杂蛋白等分配到下相（富盐相）。

第二步萃取是将目标蛋白质转入富盐相，方法是在上相中加入盐，形成新的双水相体系，从而将蛋白质与PEG 分离，以利于使用超滤或透析将PEG 回收利用和目的产物进一步加工处理。

1.2PEG 的循环在大规模ATPE 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，降低成本。

PEG 的回收有两种方法：①加入盐使目标蛋白质转入富盐相来回收PEG ；②将PEG 相通过离子交换树脂，用洗脱剂先洗去PEG ，再洗出蛋白质。

1.3无机盐的循环将含无机盐相冷却，结晶，然后用离心机分离收集。

除此之外还有电渗析法、膜分离法回收盐类或除去PEG 相的盐。

2双水相萃取技术的应用2.1双水相萃取技术在生物技术中的应用双水相萃取技术最先应用的领域是生物产品的分离，目前，双水相萃取技术已应用于蛋白质、生物酶、菌体、细胞以及氨基酸、抗生素等生物小分子物质的分离、纯化。

彭佳黛等［6］采用PEG2000/（NH 4）2SO 4双水相系统萃取α－淀粉酶抑制剂，研究了在双水相体系中在不同PEG2000质量分数、不同硫酸铵质量分数、不同氯化钠质量分数对从银针茶中分离纯化α－淀粉酶抑制剂的分配系数和活力回收率的影响。

结果表明：α－淀粉酶抑制剂主要分配于上相，当PEG2000的质量分数为16%，（NH 4）2SO 4的质量分数为14%，NaCl 质量分数为0.0013%时，α－淀粉酶抑制剂的萃取率最大。

Chia －Kai Su ［7］在室温以及pH 10的条件下，利用16.1%的PEG 和12%的硫酸盐，0.5mol ·L －1高氯酸钠组成的双水相体系成功地从鸡蛋蛋清中分离出高纯度的溶解酵素。

第42卷第19期郭晶晶：双水相萃取技术研究进展27刘杨等［8］以PEG/硫酸钠双水相体系，经一次萃取从钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）细胞破碎液中富集分离藻蓝蛋白。

结果表明，萃取最适宜的条件为12%PEG4000，15%Na2SO4，1%KCl，藻蓝蛋白收率为91.2%，分配系数达到8.01，分离因数达到6.33。

对于螺旋藻藻蓝蛋白的富集分离，双水相萃取法与传统的盐析沉淀法相比，具有节省操作时间、简化操作过程、降低能耗和成本以及易于工艺放大等优点。

Tubio等［9］研究确定了从α－胰凝乳蛋白酶（ChTＲP）中分离胰岛素（TＲP）的最佳条件，并将其应用到用聚乙二醇/柠檬酸钠（PEG/NaCit）双水相体系从牛胰腺中液－液萃取胰岛素。

研究发现PEG的分子量、pH和连接线长度影响TＲP和ChTＲP的分离。

由分子量为3350的PEG和柠檬酸钠形成的双水相体系在pH为5.20表现为最好的分离。

NaCl的加入量达到7%（ω）时上相/下相的体积比下降到0.1，这导致胰腺TＲP在上相的回收率达到60%，是净化的3倍。

生物质量达到总体系的25%（ω）不影响产量和净化参数。

2.2双水相萃取技术在药物提取中的应用双水相萃取技术已经悄然渗透到药物成分的分离中，如萃取三七皂苷、四环素、橙皮苷、杜仲黄酮、灯盏花素、桃叶珊瑚甙、芦荟蒽醌、青霉素等。

谢涛等［10］以PEG/K2HPO4为双水相萃取体系，研究聚乙烯醇分子层、pH值、萃取剂等因素对萃取效果的影响。

结果表明，PEG分子量为4000，pH=4.2 5.0，浸液与萃取剂为1∶2，PEG与K2HPO4质量比为1∶1时，三七总皂在上两相的分配系数为14.2，回收率为96%。

高云涛等［11］研究了灯盏花素在丙醇－硫酸铵双水相体系中的分配行为，重点对双水相的形成、硫酸铵用量和初始pH 值对分配比的影响进行了研究。

在盐水相、丙醇初始体积分别为10.0mL和4.0mL，硫酸铵用量为3.5g，初始pH为4.08条件下，灯盏花素的最大分配比达107.5，相应的萃取率达97.7%.在实验基础上建立了相应的“二元弱酸”分配模型。

毕鹏禹等［12］研究了双水相浮选过程中青霉素的分离行为。

在常温下，2.5g/L青霉素水溶液300mL、初始pH7、（NH4）2SO4浓度350g/L、浮选溶剂为50%（ω）PEG1000水溶液10mL条件下，分别研究了青霉素在双水相浮选过程中的动力学行为和分离后的赋存状态。

3种通气流速条件下的动力学研究结果表明，青霉素分离过程存在两个阶段，分别是沉淀浮选阶段和分子吸附浮选阶段，两个阶段均遵守一级动力学；双水相浮选中有机相的红外差谱表明，青霉素以离子形态直接溶解于聚乙二醇相，这是双水相浮选分离效率明显高于传统萃取技术的根本原因。

曾小军等［13］利用双水相体系萃取分离芦荟中的蒽醌，高效液相法直接测定。

萃取分离蒽醌的最佳双水相体系是PEG400/（NH4）2SO4质量比1∶1，体积比1∶2，pH=9，温度50ħ。

萃取率大于（90%以上）操作简便等优点。

该方法的相对标准偏差（ＲSD）＜0.31%（n=5），具有良好的精密度和重现性为蒽醌萃取分离的提供了一种有效方法。

2.3双水相萃取技术在金属离子分离中的应用传统的金属离子溶剂萃取方法存在着溶剂污染环境、对人体有害、运行成本高、工艺复杂等缺点。

近年来，利用双水相技术萃取分离金属离子达到了较高的水平。

Silva等［14］在磷酸钾与高分子－聚氧化乙烯（1500g·mol－1）和三嵌段共聚物PEO（聚氧化乙烯）－PPO（聚环氧丙烷）－PEO 构成的双水相体系中研究［Fe（CN）5（NO）］2－和［Fe（CN）6］3－阴离子的分离现象。

实验使用了疏水性不同的两种共聚物，L35（50%环氧乙烷，1900g·mol－1）和F68（80%环氧乙烷，8400g·mol－1）。

研究了温度、连接线长度、相的疏水性函数在每个双水相体系中［Fe（CN）5（NO）］2－和［Fe（CN）6］3－阴离子的分配系数。

比较阴离子的分配系数的大小L35＜F68＜PEO。

随着温度的升高，阴离子的分配系数降低，表明分离过程是放热过程。

热力学参数由Van'tHoff方程获得，热量计的测量表明阴离子转移到上相是由于热焓的作用。

张星刚等［15］采用聚乙二醇/无水硫酸钠双水相体系萃取光度法测定锌，结果表明，当PEG2000溶液用量为4.5mL、缓冲溶液pH值为7.4时，萃取率最高。

还通过研究二苯碳酰二肼（DPC）－铬（Ⅵ）配合物在PEG2000/Na2SO4双水相体系中的显色和萃取分离条件，建立了集萃取分离和Cr6+测定于一身的双水相萃取光度分析方法。

结果表明，PEG2000溶液用量为4.0 6.0mL、Na2SO4用量为1.2g、DPC用量为0.5mL时，效果最佳。

杜惠蓉［16］研究了在硫酸铵存在下，5－Br－PADAP乙醇体系中Ｒu（Ⅲ）、Pd（Ⅱ）的萃取行为以及乙醇溶液的分相条件，讨论了影响萃取率的各种因素，实验表明：85ħ水浴中，pH 为5.5 6.5内，该体系中Ｒu（Ⅲ）可完全被乙醇相萃取，但室温下，pH为1.0 7.0内，Pd（Ⅱ）萃取率可达100%，而Ｒu（Ⅲ）不能被萃取，因此可实现Ｒu（Ⅲ）、Pd（Ⅱ）混合离子的定量分离，同时建立了钌的测定方法.pH5.80时，乙醇相中Ｒu（Ⅲ）－5－Br－PADAP配合物的表观摩尔吸光系数约为1.081ˑ105L·mol－1·cm－1，Ｒu（Ⅲ）含量在0 8.00μg/ 10mL内符合比尔定律，检出限为0.012μg/mL。