(生物工程下游技术)第7章双水相萃取.ppt

第七章 双水相萃取技术;;聚合物的不相溶性： 主要是由于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。 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;① 系统含水量多达75 %～90 % ,两相界面张力极低,有助于保持生物活性和强化相际间的质量传递 ② 分相时间短(特别是聚合物/ 盐系统) ,自然分相时间一般只有5～15min。 ③ 双水相萃取技术易于连续化操作。 ④ 目标产物的分配系数一般大于3 ,大多数情况下,目标产物有较高的收率。 ⑤ 大量杂质能够与所有固体物质一起去掉,与其它常用固液分离方法相比,双水相萃取技术可省去1～2 个分离步骤,使整个分离过程更经济。 ⑥ 设备投资费用少,操作简单,不存在有机溶剂残留问题。 ;一、 双水相分离理论;;2、相图;聚合物的分子量越高，相分离 所需的浓度越低 两种聚合物的分子量相差越 大，双节线的形状越不对称。 ;3、物质在两相中的分配;1）表面自由能的影响;;2）表面电荷的影响;进一步可证明：;意义： A 荷电溶质的分配系数的对数与溶质的净电荷数成正比. B 由于同一双水相系统中添加不同的盐产生的??不同,故k与Zi的关系因盐而异。;3）综合考虑;4）影响分配平衡的参数;B 成相聚和物浓度的影响 当接近临界点时，蛋白质均匀地分配于两相，分配系数接近于1。 如成相聚合物的总浓度或聚合物／盐混合物的总浓度增加时，系统远离临界点，系线的长度也增加，此时两相性质的差别也增大，蛋白质趋向于向一侧分配，即分配系数或增大超过1，或减小低于1。 ;(2)体系中无机盐离子的影响 盐离子在两相中有不同的分配，因而在两相间形成电位差，由于各相要保持电中性，因此对于带电荷的蛋白质等物质的萃取来说 ,盐的存在就会使系统的电荷状态改变 ,从而对分配产生显著影响。 （P137） 盐的种类对双水相萃取也有一定的影响 ,因此变换盐的种类和添加其他种类的盐有助于提高选择性。 在不同的双水相体系中盐的作用也不相同。在 PEG/磷酸盐 /水中加入氯化钠可以使万古霉素的分配系数由 4提高到 1 2 0 ,而在 PEG/DeX/水体系中只从 1 . 55提高到 5。 ;(3)体系PH的影响 pH会影响蛋白质中可以离解基团的离解度，因而改变蛋白质所带电荷和分配系数。 pH也影响磷酸盐的离解程度，若改变H2PO4-和HPO42-之间的比例，也会使相间电位发生变化而影响分配系数。pH的微小变化有时会使蛋白质的分配系数改变2—3个数量级。;交错分配法(cross partitioning): 当加入不同种类的盐时，由于相间电位不同，lnk–pH关系曲线也不一样。但在pI处，k应相同，即两条关系曲线交于一点。所以, 通过测定不同盐类存在下lnk–pH曲线的交点,可测定蛋白质/细胞器以及微粒的pI。 ;(4)体系温度的影响 温度影响小, 一般温度改变不影响产物的萃取。 大规模操作一般在室温下进行,不需冷却。这是基于： (1) 成相聚合物PEG对蛋白质有稳定作用,常温下蛋白质不会 发生变性; (2) 常温下溶液粘度较低,容易相分离; (3) 常温操作节省冷却费用. ;二、 双水相萃取技术的应用;;;;要成功地运用两水相萃取的方法，应满足下列条件： 欲提取的酶和细胞应分配在不同的相中； 酶的分配系数应足够大，使在一定的相体积比时，经过一次萃取，就能得到高的收率； 两相用离心机很容易分离。;工程方面的问题 在进行工业应用时，需考虑达到萃取平衡所需的时间和两相分离的设备。 在两水相系统中，虽黏度高，但表面张力很低。因而进行搅拌时很易分散成微滴，故几秒钟即能达到平衡，且能耗也很少。 两相分离则比较困难，这是由于两相密度差低和当处理匀浆液时，粘度较大。由于粘度较高会引起阻塞，可采用自动排渣的喷嘴分离机。 ;;在两水相系统中进行转化翻译功能，如酶促反应，可以把产物移入另一相中，消除产物抑制，因而提高了产率。这实际上是一种反应和分离耦合的过程，有时也称为萃取生物转化；如果发生的是一种发酵过程，则也称为萃取发酵，因而此时也可以把两水相系统称为两水相反应器。;enzyme;enzyme;要进行两水相生物转化反应应满足下列条件： 催化剂应单侧分配； 底物应分配于催化剂所处的相中；产物应分配在另一相中；要有合适的相比。如产物分配在上相中，则相比要大，反之则相比要小。;采用两水相系统进行生物转化反应有下列优点： 与固定床反应器相比，不需载体，不存在多孔载体中的扩散阻力，故反应速度较快，生产能力较高