生物分离纯化技术及其选择提取

萃取原理
双水相萃取与水-有机相萃的原理相似,都是依据物 质在两相间的选择性分配。
当萃取体系的性质不同时,物质进入双水相系后,由 于表面性质、电荷作用和各种力(如疏水键、氢键和离 子键等)的存在和环境因素的影响,使其在上、下相中 的浓度不同。
分配系数Ｋ等于物质在两相的浓度比,由于各种物 质的Ｋ值不同,可利用双水相萃取体系对物质进行分离
pH值： 蛋白质和酶所用的提取液pH值一般选择在
被提取的蛋白质等电点两侧的稳定区内。 温度：
提取蛋白质和酶时通常要求低温操作
3、有机溶剂提取
植物种子中的玉蜀黍蛋白、鼓蛋白等以 70％一80％乙醇提取；
动物组织中一些微粒体及线粒体上的酶 常用丁醇提取；
某些与脂质结合的蛋白质和酶，也可采 用表面活性剂如胆酸盐、十二烷基磺酸 钠等处理后提取；
聚乙烯醇或 聚乙烯吡咯烷酮
甲基聚丙二醇 聚乙二醇 聚乙烯醇 聚乙烯吡咯烷酮 羟丙基葡聚糖 葡聚糖 葡聚糖 硫酸钾
甲基纤维素 葡聚糖 羟丙基葡聚糖
聚乙二醇
聚乙烯醇 聚乙烯吡咯 烷酮 葡聚糖 聚蔗糖
羟丙基葡聚糖 聚乙二醇
葡聚糖 硫酸镁 硫酸铵 硫酸钠 甲酸钠
甲基纤维素
葡聚糖 羟丙基葡聚糖
Dextran-PEG体系的相图
固体稳定 性
物理性质
化学性质
生物活性、酶活力、比活
组成和纯度分析
分子量、pI 其它理化性质分析
第三部分 生物分离纯化技术及其选择
一、材料的选择 二、细胞破碎 三、提取方法的选择 四、沉淀分离及其应用 五、后期纯化方法的选择与应用
三、提取（萃取）条件的选择
（一）提取的含义 （二）物质溶解度的一般规律 （三）影响物质溶解度的几个主要因素 （四）固-液萃取中扩散作用的应用 （五）液-液萃取时分配定律的应用 （六）蛋白质（酶）的提取分离 （七）双水相萃取技术极其进展
（一）提取的含义
提取： 常指制备物与细胞固体成份或其他结合成
份的分离，由固相转入液相或从细胞内生理状 态转入外界特定溶液环境的过程。 固-液萃取：
提取时由固相转入液相 液-液萃取：
提取时由一液相转入另一互不相溶的液相
（二）物质溶解度的一般规律
1. 溶解度的应用 2. 物质溶解性质的一般规律
请进入第五章 浓缩技术
研究目的
文献综述
目标物研究进展
机械法、物理法 化学法、生物法
溶剂萃取 水相萃取
提取
吸附色谱
离子交换色谱
凝胶色谱 亲和色谱 疏水色谱 逆流色谱
透析、凝胶过滤 冷冻干燥
材料选择 细胞破碎
固液分离 浓缩
色谱分离 脱盐冻干 产品分析
建立分析方法
预备实验
沉降
离心 过滤
沉淀、吸附、 超滤
离心浓缩
溶解性能
溶液稳定 性
（四）固-液萃取中扩散作用的应用
1. 提取的效率与物质的扩散作用有关 2. 加速提取的措施 3. 提取次数与提取率的关系
1、提取效率与物质的扩散作用
G DF C t X
G为已扩散的物质量；D为扩散系数。 F为扩散面积； t为扩散时间；
△C为两相界面溶质的浓度差； △x为溶质扩散的距离；
2、加速提取的措施
2、物质溶解性质的一般规律 “相似物溶”
极性物质易溶于极性溶剂中，非极性物质 易溶于非极性溶剂中。
碱性物质易溶于酸性溶剂中，酸性物质易 溶于碱性溶剂中。
在极性溶液中，溶剂的介电常数的减少， 溶质的溶解度也随之减少
（三）影响物质溶解度的几个主要因素
1、离子强度 2、pH值 3、温度 4、去 垢 剂
几个常用的术语
分配系数： K C1 CT
C2 CB
萃取率：
相比： R VT BM
VB MT
该相中被提取物质的量 Y % 体系中被提取物质的总 量 %
酵母细胞浆 在PEG和硫酸铵双水相中的分配
酵母细胞浆 在PEG和硫酸铵双水相中的分
配
双水相体系萃取分离的特点
条件温和 、操作方便、回收率高 提纯的倍数可达2-20倍,如体系选 择适当,回收率可达80%-90%以上,且 分离速度快。
b.物质溶解过程中的作用力
偶极-偶极相互作用； 偶极-诱导偶极作用； 弥散力； 氢键 离子基团的静电作用
c.溶剂的选用
一是选择一个对制备物溶解度大而对杂 质溶解度小的溶剂，使制备物从混合组份 中有选择地被孤离出来；
二是选择一个对制备物溶解度小而对杂 质溶解度大的溶剂，使制备物沉淀或结晶 析出
生物技术实验
《方案设计与实验研究》 第三部分
生物分离纯化技术及其选择
（续）
理论讲课的内容
第一部分：生化分离制备的特点及基本原理 第二部分：生物大分子制备方案的设计程序 第三部分：分离纯化技术及其选择 第四部分生物大分子分离制备方案设计举例 第五部分 方案设计与实验研究选题
一、生物制备方案设计线路简介
）恒温、恒压下
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Cl—分配平衡后，上层液相中溶质的浓度。 C2—分配平衡后，下层液相中溶质的浓度。
（六）蛋白质（酶）的提取分离
1. 不同结构的蛋白质及其溶解性质 2. 水溶液（盐或缓冲溶液）提取 3. 有机溶剂提取
不同结构的蛋白质及其溶解性 质
2、盐溶液或缓冲液提取蛋白质和酶
盐浓度： 提取蛋白质的盐浓度，一般在0.02-0.2M。
（七）双水相萃取技术极其进展
1. 双水相萃取技术基本原理 2. 双水相萃取的应用 3. 双水相萃取分离技术的发展方向
1、双水相萃取技术基本原理
双水相的形成 萃取原理 双水相体系萃取分离的特点
聚合物1
双水相的形成
聚合物2或盐
聚合物1
聚合物2或盐
聚丙二醇
乙基羟乙基纤维素 聚丙二醇 聚乙二醇 聚乙烯吡咯烷酮 甲氧基聚乙二醇 酒石酸甲钠
1、离子强度的影响 “盐溶” 和“盐析”现象
2、pH值
离子状态的物质易溶于水， 非离解的分子状态则易溶于有机溶剂， 酸性物质处于低PH值，碱性物质处于高 PH值时，都可以转溶于有机溶剂。
3、温度 4、去垢剂
温度的升高可增加物质的溶解度， 减少溶液的粘度
去垢剂一般具有乳化、分散和增溶 作用，其中中性去垢剂对蛋白质的变 性作用影响较少，宜于蛋白质或酶提 取之用。
1、溶解度的应用
a.物质溶解度的大小与溶剂性质的关系 b.物质溶解过程中的作用力 c.溶剂的选用
a.溶解度的大小与溶剂性质的关系
如果溶质-溶剂相 互作用占优势，则溶 质的溶解度大。
如溶质-溶质或溶 剂-溶剂其中一个系统 相互作用很强，或者 两个系统相互作用都 很强，则溶质在该溶 剂中的溶解度小。
充分破碎材料，增加扩散面积，减少 扩散距离。
搅拌，保持两相界面最大浓度差， 分次提取，提高扩散速度。 提高提取温度，减少溶液粘度
3、提取次数与提取率的关系
X0为固相中原 有溶质的重量；
Xn为提取n次 后固相中所剩溶 质的重量。
（五）液-液萃取时分配定律的应用
分配定律：
K
（C1 C2