5.7双水相萃取解析

硫酸葡聚糖钠盐 聚丙烯乙二醇 羧基甲基葡聚糖钠盐 甲基纤维素
羧甲基葡聚糖钠盐
聚乙二醇
羧甲基纤维素钠盐
磷酸钾、硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、酒石酸钾钠
五、双水相萃取的理论基础
相平衡关系
图1 PEG/DEX体系相图
物质在两相中的分配
生物大分子在两相中的分配仍服从分配定
律。
ct k cb
六、双水相系统中物质分配的影响因素
PEG/质 量分数% 6.0 6.5 8.0 9.0 Dextran/ 质量分数 % 5.8 6.1 7.6 8.5 Δρ/ μ/ μ g/ 界面宽度/ VT/VB 质量分数 (Kg/m (mPa.s) (mPa.s) 3) % 6.2 10.5 19.8 24.8 1.5 1.4 1.7 1.9 18 32 64 79 4.1 3.6 4.3 4.4 43 100 3.3 364 σ/ (mN/ m) 0.3*10
Fra Baidu bibliotek 三、双水相系统的重要特征
两相的黏度：萃取相在2~10mPa.s范围
内，而发酵液匀浆相在 100~10000mPa.s 范围内。
双水相系统呈现出低的界面张力。
四、双水相体系的类型
表1 几种典型双水相体系 聚丙二醇 聚乙二醇 聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚糖、羟丙基葡聚糖 聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、葡聚糖、聚蔗糖
萃取新技术之
第七节 双水相萃取
一、概述
双水相萃取（ Two-aqueous phase extraction ） 又 称 水 溶 液 两 相 分 配 技 术 （ Partion of two aqueous phase system）是近年来出现的引人注目、极有 前途的新型分离技术。 其特点是能够保留产物的活性，操作 可连续化，能耗低，处理容量大。
葡聚糖也可 由其他多糖代替， 可得到类似的结 果，如右图所示。
图4 200C聚乙二醇/羟丙基淀粉 和聚乙二醇/葡聚糖系统的相图
2、双水相系统物理化学性质的影响
双水相系统的性质主要取决于下列物理 参数：密度（ ρ ）和两相间密度差、黏度 （μ）和两相间黏度差、表面张力（σ）。
表4 聚乙二醇4000/葡聚糖PL500系统的物理化学常数
虽然葡聚糖T500 和水解过的葡聚糖 相对分子量在同一 数量级，但二者的 双节线离得远，这 种差别是由于聚合 度分布性效应造成 图2 的。
200C聚乙二醇4000/葡聚糖系统双节点曲线， 比较三种不同类型的葡聚糖
表2 葡聚糖分子对不同相对分子量蛋白质分配系数的影响 蛋白质 相对分子 量 葡聚糖 40 12384 69000 0.18 0.18 葡聚糖组成 葡聚糖 70 0.14 0.23 葡聚糖 葡聚糖 220 500 0.15 0.31 0.17 0.34 葡聚糖 2000 0.21 0.41
系统聚合物组成
系统物化性质
盐及缓冲液 温度
1、双水相中聚合物组成的影响 当两种不同聚合物的溶液混合时，可能存 在三种情况：
完全混溶性（匀相溶液）； 物理的不相溶性（相分离）； 复杂的凝聚（相分离）。
eg. 离子和非离子型聚合物都可使用在双水 相系统的构成上，但当这两种聚合物是离 子化合物并带有相反电荷时，它们相互吸 引并发生复杂的凝聚。
K H等人首先将双水相系统应用于从细胞 匀浆液中提取酶和蛋白质，大大改善了 胞内酶的提取效果。
1989年Diamond等推导出生物分子在双
水相体系中的分配模型，但尚有局限。
由于成本方面的原因，双水相萃取技术
上的优势被削弱，真正工业化的例子很 少。
二、双水相体系的形成
典型的例子如在水溶液中的聚乙二醇 （ PEG ）和葡聚糖（ DEX ），各溶质均为 低浓度时，可得到单相匀质液体；当溶质 浓度增加时，溶液变得浑浊，静止形成双 液层：上层富集PEG，下层富集葡聚糖。
-2
0.12*1 0-2 2.0*10
-2
4.1*10
-2
eg. PEG-(NH4)2SO4双水相系统萃取糖化酶 (NH4)2SO4 浓 度 固 定 不 变 时 ， 增 加 PEG400 的浓度有利于酶在上相的分配， 当 PEG400 浓度在 25~27% 时，分配系数高 达47.3，浓度过高则不利于酶的分配。 PEG400 浓 度 固 定 为 26% 时 ， 增 加 (NH4)2SO4浓度，糖化酶的分配系数也增大。 (NH4)2SO4的最适浓度为16%。
双 水 相 萃 取 现 象 最 早 是 1896 年 由
Beijerinck 在琼脂与可溶性淀粉或明胶 混合时发现的，被称为“聚合物的不相 溶性”。
20 世 纪 60 年 代 瑞 典 Lund 大 学 的
Albertsson P A及其同事们最先提出双水 相萃取技术并做了大量工作。
70 年代中期西德的 Kula M R 和 Kroner
葡聚糖本质上是一种几乎不能形成偶 极现象的球形分子，而PEG是一种具有共 享电子对的高密度直链聚合物。各个聚合 物分子都倾向于在其周围有相同形状、大 小和极性的分子，同时，由于不同类型分 子间的斥力大于同它们的亲水性有关的相 互吸引力，因此聚合物发生分离，形成二 个不同的相，这就是所谓的“聚合物不相 溶性”。
0.52 0.13
细胞色素
0.17
0.34 0.08
0.13
0.14 0.05
0.12
0.11 0.03
牛血清蛋白 69000 乳酸脱氢酶 14000 0
过氧化氢酶 25000 0
0.82
0.38
0.16
0.10
由表2、表3可见，蛋白质的分配系数随着 葡聚糖相对分子量的增加而增加，随着 PEG相对分子量的增加而降低。
细胞色素 牛血清蛋白
乳酸脱氢酶 过氧化氢酶
磷酸果糖 激酶
140000 250000
800000
0.06 0.11
<0.01
0.05 0.23
0.01
0.09 0.40
0.01
0.16 0.79
0.02
0.10 1.15
0.03
表3 PEG分子对不同相对分子量蛋白质分配系数的影响
蛋白质 体系的组成 相对分 子量 D-500（9%） D-500 D-500（8%） D-500（8%） /P/P/P（8%）/P4000(7.1%) 6000 (6%) 20000(6%) 40000(6%) 12384 0.17