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1、双水相萃取技术的双水相萃取技术的相关理论的发展v早在早在1896年年,Beijerinck发现发现,当明胶与琼脂或明胶与可溶性当明胶与琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液相混时淀粉溶液相混时,得到一个混浊不透明的溶液，随之分为两相得到一个混浊不透明的溶液，随之分为两相,上相富含明胶上相富含明胶,下相富含琼脂下相富含琼脂(或淀粉或淀粉),这种现象被称为聚合这种现象被称为聚合物的不相溶性，从而产生了双水相体系物的不相溶性，从而产生了双水相体系(Aqueoustwophasesystem，ATPS)。v1955年由年由Albertson首先利用两水相技术分离生物分子，他首先利用两水相技术分离生物分子，他主要研
2、究了聚乙二醇主要研究了聚乙二醇(PEG)/葡聚糖葡聚糖(Dex)系统和系统和PEG/(NH4)2SO4系统在分离提纯中的应用。在随后的几十系统在分离提纯中的应用。在随后的几十年中，这项技术有了长足的发展。在双水相的分离模型研究年中，这项技术有了长足的发展。在双水相的分离模型研究中，主要提出了两类模型中，主要提出了两类模型3，4，Edmond等人提出的渗透等人提出的渗透维里模型，即维里模型，即Edmondbgston方程；方程；Flory和和Huggins根据根据热力学的基本原理提出热力学的基本原理提出FloryHuggins晶格模型晶格模型。双水相萃取的应用双水相萃取的应用v1)基因工程药物的
3、分离与提取基因工程药物的分离与提取双水相萃取技术可双水相萃取技术可以保证基因工程药物在温和的条件下得以分离和纯以保证基因工程药物在温和的条件下得以分离和纯化。其中有代表性的工作是用化。其中有代表性的工作是用PEG4000/磷酸盐从磷酸盐从重组大肠杆菌碎片中提取人生长激素重组大肠杆菌碎片中提取人生长激素,采用采用3级错流级错流连续萃取连续萃取,1h处理量为处理量为15L,收率达收率达80%。v2)酶工程药物的分离与提取酶工程药物的分离与提取目前目前,双水相萃取技双水相萃取技术提取纯化的酶有几十种术提取纯化的酶有几十种,如从微生物细胞碎片中如从微生物细胞碎片中提取纯化甲酸脱氢酶提取纯化甲酸脱氢酶,
4、其分离经其分离经4次连续萃取次连续萃取,已达已达到到1h处理处理50kg湿细胞的规模湿细胞的规模,处理的酶蛋白高处理的酶蛋白高达达150g,收率为收率为90%100%。v3)抗生素的分离与提取抗生素的分离与提取以青霉素类为例以青霉素类为例,先以先以PEG/(NH4)2SO4将青霉素从发酵液中提取到将青霉素从发酵液中提取到PEG相相,然后用醋酸丁酯进行反萃然后用醋酸丁酯进行反萃,再结晶再结晶,处理处理1000mL青霉素发酵液得到青霉素晶体青霉素发酵液得到青霉素晶体7.228g,纯纯度为度为84.15%,3步操作总收率为步操作总收率为76.56%。将。将3次次调节调节pH值改为只调节值改为只调节1
5、次次,可减轻青霉素的失活可减轻青霉素的失活;将将3次萃取改为次萃取改为1次萃取次萃取,减少了溶媒用量减少了溶媒用量,缩短了缩短了工艺流程。工艺流程。v4)天然植物药用有效成分的分离与提取天然植物药用有效成分的分离与提取具有代表具有代表性的工作是对黄芩苷和黄芩素的分离。黄芩苷和黄性的工作是对黄芩苷和黄芩素的分离。黄芩苷和黄芩素都有一定的憎水性芩素都有一定的憎水性,在在PEG6000/磷酸二氢钾中磷酸二氢钾中主要分配在富含主要分配在富含PEG的上相的上相,2种物质分配系数为种物质分配系数为30和和35。其分配系数随温度升高而降低。其分配系数随温度升高而降低,黄芩苷的黄芩苷的降幅比黄芩素大降幅比黄芩
6、素大,通过一定手段去掉溶液中的通过一定手段去掉溶液中的PEG,浓缩结晶后即可得到黄芩苷和黄芩素产品浓缩结晶后即可得到黄芩苷和黄芩素产品双水相技术的发展趋势双水相技术的发展趋势 v1.廉价新型双水相系统的开发廉价新型双水相系统的开发 v2.亲和双水相萃取技术亲和双水相萃取技术 v3.生物转化与双水相萃取技术相结合生物转化与双水相萃取技术相结合 v4.双水相萃取与膜分离相结合双水相萃取与膜分离相结合v5.双水相萃取与细胞破碎过程相结合双水相萃取与细胞破碎过程相结合局限性和未来展望v双水相萃取技术克服了常规萃取有机溶剂对双水相萃取技术克服了常规萃取有机溶剂对生物物质的变性作用生物物质的变性作用,并且
7、取得了一些阶段性并且取得了一些阶段性的成果。然而的成果。然而,在应用和研究过程中不可避免在应用和研究过程中不可避免地会遇到一些技术难题。地会遇到一些技术难题。v(1)聚合物聚合物/聚合物构成的双水相体系具有良好的分离聚合物构成的双水相体系具有良好的分离性能，但用于构造双水相体系的成相聚合物的价格性能，但用于构造双水相体系的成相聚合物的价格都比较昂贵，对于一般的生物产品，分离成本过高，都比较昂贵，对于一般的生物产品，分离成本过高，从经济上是不合理的。从经济上是不合理的。v(2)虽然通过选择适宜的双水相体系和操作条件，可虽然通过选择适宜的双水相体系和操作条件，可获得被分离物质在两相间较大的分配系数
8、和较高的获得被分离物质在两相间较大的分配系数和较高的纯化倍数，但目标产物与成相物质的分离比较困难。纯化倍数，但目标产物与成相物质的分离比较困难。v(3)双水相体系界面张力较小，虽有利于提高传质效双水相体系界面张力较小，虽有利于提高传质效率，但是较小的界面张力会易导致乳化现象的产生，率，但是较小的界面张力会易导致乳化现象的产生，使相分离时间延长，分离效率降低。使相分离时间延长，分离效率降低。v(4)双水相体系中组分间的作用非常复杂，双水相体系中组分间的作用非常复杂，v目前没有建立一套较为完整的理论和方法解释和预目前没有建立一套较为完整的理论和方法解释和预测物质在双水相体系中的相行为和被分配物质在
9、两测物质在双水相体系中的相行为和被分配物质在两相中的分配行为。相中的分配行为。v(5)缺乏对双水相过程的工程放大及设备方面的研究，缺乏对双水相过程的工程放大及设备方面的研究，在体系流体力学，相际间的传质，传递过程方面研在体系流体力学，相际间的传质，传递过程方面研究很少。研究的方法基本上还是通过实验的方法，究很少。研究的方法基本上还是通过实验的方法，研究的结果只是建立在实验的基础上，大部分情况研究的结果只是建立在实验的基础上，大部分情况下不能外延，缺乏对过程规律的认识。下不能外延，缺乏对过程规律的认识。v(6)对双水相萃取工艺整体的集成优化研究还不足，对双水相萃取工艺整体的集成优化研究还不足，对分离过程中产生的大量含成相物质的稀溶液，还对分离过程中产生的大量含成相物质的稀溶液，还没有找到一条科学合理的利用及处理途径，大量含没有找到一条科学合理的利用及处理途径，大量含盐或含成相组分的废水溶液难于回收及处理。盐或含成相组分的废水溶液难于回收及处理。v虽然双水相萃取技术研究中还存在很多问题，但随着对双水相体系研究的不断深入，性能优良的新型成相物质不断发现以及相关技术的不断发展，这些方面的问题将会逐步获得解决。随着双水相萃取技术的不断完善,双水相萃取技术将成为一种生物活性物质分离提纯的重要技术方法。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！17
