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双水相萃取技术及其应用.pdf

双水相萃取技术及其应用

蘋贫
2013-10-22 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《双水相萃取技术及其应用pdf》,可适用于农林牧渔领域

化学工程师年月竺竺竺..瘩釜:兰型兰堂二一文章编号:一【)一双水相萃取技术及其应用杨善升陆文聪包伯荣(上海大学理学院化学系上海j摘要:双水相萃取技术作为一项新的分离技术日益受到重视它与传统的萃取方法相比有独特的优点。本文综述了双水相萃取技术基本原理、特点、工艺流程及其若干应用并对双水相萃取技术存在的问题和发展方向作了扼要论述。关键词:双水相萃取分离提纯生物物质中图分类号:.文献标识码:An哪咩鹅iIlaql硇eo吣twoph黜ee】l【tmcti加t删q毗aIldits印pli∞n咖YANGShaIlshengLUWencongBAB一rong(Dep叭H埘ItofChe|IlistIyCollegeofscienceShan曲ajunivefsityShan曲ai嬲c=illa)Al埘ract:Aqueoustwophaseextractiontec}iqueanewsep锄tiontecllIlolog)rhasbeenpaidmoreandⅡloreattention.Com口a矧widlthetraditionlextmctionnlethodsithasomeu西quechamctedstics.TIlispaperiUus呦tesitsbasicprinciplesfeatI】restech血calnowandsome印plications.ItsdirectionsaJldsomeunresolvedpmblernsare阿世tedout酗words:aqLleoIlstwophaseextractionseparationandp删ficati伽biolo舀calsu鼬aJlces随着基因工程、蛋白质工程、细胞培养工程、代谢工程等高新技术研究工作的广泛开展各种高附加值的生化新产品不断涌现对生化分离技术也提出了越来越高的要求。包括精馏、吸收、萃取、蒸发、结晶在内传统的分离技术有三大特点:分离过程伴随有相的变化筛分过程不能实现分子级别的分离精制过程成本极高这些特征对于节约能源、生物分离、环境保护、资源开发、替代能源、高纯材料等当代化学工程与科学技术发展不相适应。围绕以上几个问题的讨论就构成了分离技术研究与发展的主流即新型分离技术产生的背景⋯。双水相萃取(Aqueoustwophaseextracti咖AIPE)技术始于世纪印年代从年瑞典伦德大学的Albenss衄发现双水相体系J到年德国GBF的Kula等人将双水相萃取分离技术应用于生物产品分离|虽然只有多年的历史但由于其条件温和容易放大可连续操作目前已成功的应用于蛋白质、核酸和病毒等生物产品的分离和纯化l双水相体系也已被成功的应用到生物转化及生物分析中引。国内自世纪年代起也开展了双水相萃取技术研究|。收稿日期:一作者简介:杨善升(r一)男硕士研究生主要研究方向:化工过程优化。双水相萃取技术的原理及特点.双水相的形成将两种不同的水溶性聚合物的水溶液混合时当聚合物浓度达到一定值体系会自然的分成互不相溶的两相这就是双水相体系。双水相体系的形成主要是由于高聚物之间的不相溶性即高聚物分子的空间阻碍作用相互无法渗透不能形成均一相从而具有分离倾向在一定条件下即可分为二相。一般认为只要两聚合物水溶液的憎水程度有所差异混合时就可发生相分离且憎水程度相差越大相分离的倾向也就越大。与一般的水一有机溶剂体系相比较双水相体系中两相的性质差别(如密度和折射率等)较小。由于折射率的差别甚小有时甚至都难于发现它们的相界面。两相间的界面张力也很小仅为~~N·m‘(一般体系为。~N·mo)。界面与试管壁形成的接触角几乎是直角。常用于物质分离的高聚物体系有:聚乙二醇(简称PEG)/葡聚糖(简称DeXt啪)和PEG/Dextr肌硫酸盐体系。常见的高聚物/无机盐体系为:PEG/硫酸盐或磷酸盐体系。.萃取原理双水相萃取与水一有机相萃取的原理相似都是依据物质在两相问的选择性分配但萃取体系的性质不同。当物质进入双水相体系后由于表面性燃鬻万方数据杨善升等:H水相苹取技术厦其应用年第期质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境的影响使其在上、下相中的浓度不同。分配系数K等于物质在两相的浓度比各种物质的K值不同(例如各种类型的细胞粒子、噬菌体等分配系数都大于或小于O.酶、蛋白质等生物大分子的分配系数大致在.~之间而小分子盐的分配系数在.o左右)因而双水相体系对生物物质的分配具有很大的选择性。水溶性两相的形成条件和定量关系常用相图来表示以PEG/De妣肼·体系的相图为例(图l№J)这两种聚合物都能与水无限混合当它们的组成在图曲线的上方时(用M点表示)体系就会分成两相分别有不同的组成和密度轻相(或称上相)组成用r点表示重相(或称下相)组成用曰表示。c为临界点曲线彻称为结线直线m循称为系线。结线上方是两相区下方是单相区。所有组成在系统上的点分成两相后其上下相组成分别为丁和B。M点时两相r和曰的量之间的关系服从杠杆定律即r和B相重量之比等于系线上MB与MT的线段长度之比。图PEG/Dex咖体系的相图.影响物质分配平衡的因素物质在双水相体系中的分配系数不是一个确定的量它要受许多因素的影响(表)。对于某一物质只要选择合适的双水相体系控制一定的条件就可以得到合适的(较大的)分配系数从而达到分离纯化之目的包括直接从细胞破碎匀浆液中萃取蛋白质而无须将细胞碎片分离。改变体系的pH值和电解质浓度可进行反萃取。表影响生物物质分配的主要因素..聚合物及其分子量的影响不同聚合物的水相系统显示出不同的疏水性水溶液中聚合物的疏水性按下列次序递增:葡萄糖硫酸盐<甲基葡萄糖<葡萄糖<羟丙基葡聚糖<甲基纤维素<聚乙烯醇<聚乙二醇<聚丙三醇这种疏水性的差异对目的产物与相的相互作用是重要的。同一聚合物的疏水性随分子量增加而增加其大小的选择依赖于萃取过程的目的和方向若想在上相获得较高的蛋白质收率对于PEG聚合物应降低它的平均分子量相反若想在下相获得较高的蛋白质收率则平均分子量应增加。..pH值的影响体系的pH值对被萃取物的分配有很大影响这是由于体系的pH值变化能明显的改变两相的电位差。如体系pH值与蛋白质的等电点相差越大则蛋白质在两相中分配越不均匀。..离子环境对蛋白质在两相体系分配的影响在双水相聚合物系统中加入电解质时其阴阳离子在两相问会有不同的分配。同时由于电中性的约束存在一穿过相界面的电势差(Donnan电势)它是影响荷电大分子如蛋白质和核酸等分配的主要因素。同样对于粒子迁移也有相似的影响粒子因迁移而在界面上积累。故只要设法改变界面电势就能控制蛋白质等电荷大分子转入某一相。..温度的影响分配系数对温度的变化不敏感这是由于成相聚合物对蛋白质有稳定化作用所以室温操作活性收率依然很高而且室温时粘度较冷却时(℃)低有助于相的分离并节省了能源开支。.双水相萃取技术的特点()系统含水量多达%一%两相界面张力极低(~N·m)有助于保持生物活性和强化相际问的质量传递但也有系统易乳化的问题值得注意。()分相时间短(特别是聚合物/盐系统)自然分相时间一般只有rnin。()双水相分配技术易于连续化操作。若系统物性研究透彻可运用化学工程中的萃取原理进行放大但要加强萃取设备方面的研究。()目标产物的分配系数一般大于大多数情况下目标产物有较高的收率。()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分配技术可省去l~个分离步骤使整个分离过程更经济。()设备投资费用少操作简单不存在有机溶剂残留问题。双水相萃取的工艺流程双水相萃取技术的工艺流程主要由三部分构成:目的产物的萃取PEIG的循环无机盐的循环。^冬时v受让¨门磔万方数据原则流程翟≯篱嚣篇景篡然淼黧筹垦广{盐。.刁喾裂磊吴圣器蕃磊嚣姜葛秀最群尧表明苯甲酰基广q广白质和类曩体溥臊弛襞削刀’口L锣l九砚明’个。”山lEi忑i■忑广磊同丽用双水相技术直接从发酵液中将丙酰螺旋霉素壤鬻慧引i竺一与菌景棼搿焉翥荔誉赫蓁匹坐旦掣u磊篇景罱’嵩芝磊黾檬紊:蠢萑摹最柰祥翼⋯⋯里乙裟萃戮耄累唔wr和壬蒜篓茹乏嚣裟发瓣薹磊盗尘。一。竺鋈絮錾黧璺警器』要掣忽篓鋈息譬G篓委凳篙i磊X矗某篙葙菇募莩矗薹焉聂莱箱蓬蕞高竺芝套萋鬟凳宝鎏亲爹后誓念含妻萎坌霎孓需篓篚纛菇某巍:篙柒蒿:釜当篷嚣永葛箱焉棼莩羞誓冀慧黑絮黜:骠錾薹鼻量坌詈型篓嚣篙溺:黼晶簇崭霁去絮鼎要絮学碎片、核酸、多糖和杂蛋白等磊蓬蒜票器等剥罴蠢猫留某篇聂泵分配裂!塑鬈誉鐾譬。日棕碍白衙接。宣士卜相青津霜鬟某等誓豢盈銎玉装置善茹肖藻蠹琵蓊纂:第二步萃取是将目标蛋白质转人富盐相方法巾日仪/|\'叫且坎灶理及肾做’}莶侗I叨‘寸‘巩薯’是在上相中加入盐形成新的双水相体系从而将蛋仕一^匕|王J爻上征同。平愀恍平州帅叫大拙也㈠盼白质与PEG分离以利于使用超滤或透析将PEG回引起纯度下降需要进一步研究和改进。腑剥阳翱口M盘怖!扯止七n丁hk硎夭然产物的分离与槔取()PEG的循环在大规模双水相萃取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PEG②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。()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。双水相萃取技术的应用.分离和提纯各种蛋白质(酶)用PEG/(N})s双水相体系经一次萃取从a一淀粉酶发酵液中分离提取a一淀粉酶和蛋白酶【J萃取最适宜条件为PEGl(%)一(NH)S(加%)pH=a一淀粉酶收率为%分配系数为.蛋白酶的分离系数高达.。比活率为原发酵液的.倍蛋白酶在水相中的收率高于%。通过向萃取相(上相)中加入适当浓度的(NH):s可达到反萃取。实验结果表明随着(NH)s浓度的增加双水相体系两相间固体物质析出量也增加。固体沉淀物即可干燥后生产工业级酶制剂也可将固体物加水溶解后用有机溶剂沉淀法制造食品级酶制剂。Ha谢s用双水相体系从牛奶中纯化蛋白研究了牛血清蛋白(OSA)、牛酪蛋白。一乳球蛋白在PEG/磷酸盐体系中的分配以及PEG相对分子质量、pH值和盐的加人对三种蛋白分配的影响。实验结果表明增加NaCl浓度可提高中草药是我国医药宝库中的瑰宝已有数千年的历史但由于天然植物中所含的化合物众多特别是中草药有效成分的确定和提取技术发展缓慢使我国传统中药难以进军国际市场。双水相萃取技术可用于许多天然产物的分离纯化效果明显¨J。双水相萃取技术的发展方向尽管双水相萃取技术用于大规模生产具有许多明显的优点但大量文献表明A仰E技术在工业中还没有被广泛利用。部分是因为两相间的溶质分配对于具有高度选择性、需要从上千种蛋白中分离一种蛋白这种情况提供了很小的范围。另一方面如何从聚合相中回收目的产物、循环利用聚合物与盐以降低成本问题还有待进一步研究。目前A吁lE技术应用的主要问题是原料成本高和纯化倍数低。因此开发廉价双水相体系及后续层析纯化工艺降低原料成本采用新型亲和双水相萃取技术提高分离效率将是双水相分离技术的主要发展方向。结语双水相萃取是一项可以利用不复杂的设备j并在温和条件下进行简单的操作就可获得较高收率和有效成分的新型分离技术。因此广泛应用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域。然而有关双水相分配的基础研究还不够工业化的一些关键问题还没有解决。为此有必要加强这方面的基础研究解决大规模萃取生物活性物质的工艺条件和设备方面的问题促进双水相萃取技术的不断发展。万方数据杨善升等:双水相萃取技术及其应用年第期参考文献徐南平.分离技术的进展与启示c.第八届全国化学工程论文报告会论文集.『A】beItssonP.A.Pa币tionofCellP叭iclesadMacromoleculesrdWileyandSon.NewYork.KulaMRKrolleKHHustedt.Adv锄cesinBiochernicalEn西ne甜ng.Edited坷FiechteA.BerlinHeidebergNewYork.:一.walterHBDksDEFisherD.PanitjoninAque呻sTwoPhasesys【emAcadeIIlicPressNewYork.谭天伟陈晓芦沈忠耀.用双水相体系萃取青霉素酰化酶的研究J.中国抗生素():.陆强邓修.提取和分离天然产物中有效成分的新方法双水相萃取技术J.中成药():.李伟朱自强梅乐和.双水相萃取技术在药物分离提纯中的应用J.化工进展l:.张珩张奇杨艺虹杨建设.双水相萃取技术应用在医药工业中的展望J.医药工程设计l():.焦庆才刘茜陈耀祖.双水相萃取法从发酵液中分离提取a一淀粉酶和蛋白质的研究J.高等学校化学学报():l一.Ha耐sP.w“曲tGAndrewATeta.eapplicationfaqueoustwophaseportioningtotllepurific砒ionofproteinf而mtrallsgenicsheep而ll【lJJ.mgBiotechrIol:l一.潘杰秦德华.全发酵液萃取丙酰螺旋霉素的研究J.中国医药工业():.JwalterHJhanss蚰G.panitioTlingin唧leoustwophasesyste吣:锄oveⅣiewJJ.AnalBiochem():一z.谭天伟.天然产物分离新技术J.化工进展():(上接第页)质量状况对于某些大型的精密的新产品在大量投产之前掌握它的实际使用效果并据此进一步提高这方面的性能更为重要。国外许多企业都在提高产品的可靠性方面下工夫。他们从设计、试制到大量生产都把提高可靠性作为试验研究的重要课题注意收集这方面的数据来改进质量。.从生产经营过程和辅助过程收集有关过程质量和产品质量方面的信息这方面质量信息的主要来源是通过大量的原始记录获得的主要是指:每批原材料入厂质量检验测试记录质量取样库存保管发放记录使用前检验记录生产过程的工艺操作记录在制品生产工序之间流转记录和质量检验记录半成品出人库记录工序控制图表及原始记录成品质量检验记录造成废次品的原始数量记录设备、刀具工装等使用验证和磨损测定记录计量器具测试设备理化分析仪器等使用调整和检修记录质量成本记录质量审核记录等等。必须十分重视制造过程和辅助生产过程中这些活动的原始记录和资料积累他们都是改进质量管理的可靠的第一手资料也是贯彻质量责任制的基本条件。.从生产同类产品的国内外同行业竞争对手收集有关产品质量信息有了这些信息就可以使各级领导和有关人员了解国内外工业产品质量发展的新技术、新水平、新动向进而找出差距使赶超目标更明确。此外我们还应有有关体系测量和评价方面的信息如顾客满意度测评数据、内部审核和管理评审方面的信息等。质量信息的计算机辅助管理随着科学技术的进步市场竞争日益激烈对质量信息工作的要求越来越高不仅要求质量信息正确、全面、迅速而且要求建立质量信息系统随时提供所需的各类信息这就需要计算机辅助质量信息管理。宏观上有些地区和行业已建立质量监督信息系统以满足质量信息大统计量大的要求改变原来质量监督信息数据差错多处理传递速度慢的落后方式。由于大量的质量信息来自企业企业应尽快推行质量信息计算机管理实践证明计算机辅助管理系统对提高企业产品质量有着非常大的帮助。系统的积累信息并对其进行严格的现代化管理是一项重要的基础工作是不可缺少的。质量信息是一项复杂的系统工程涉及新品开发、生产管理、销售等各个方面。随着社会的进步人们对商品的需求发生了重大变化对产品的质量有了更高的要求质量直接影响到企业的生存和发展。因此加强信息管理努力提高产品质量促进企业经济增长是每个企业人员义不容辞的责任。万方数据双水相萃取技术及其应用作者:杨善升陆文聪包伯荣作者单位:上海大学,理学院,化学系,上海,刊名:化学工程师英文刊名:CHEMICALENGINEER年卷(期):,()被引用次数:次参考文献(条)谭天伟天然产物分离新技术期刊论文化工进展()WALTERHJohanssonGPartitioninginaqueoustwophasesystems:anoverview外文期刊()潘杰秦德华全发酵液萃取丙酰螺旋霉素的研究()HarrisPWrightGAndrewATTheapplicationofaqueoustwophaseportioningtothepurificationofproteinfromtransgenicsheepmilk焦庆才刘茜陈耀祖双水相萃取法从发酵液中分离提取α淀粉酶和蛋白质的研究期刊论文高等学校化学学报()张珩张奇杨艺虹杨建设双水相萃取技术应用在医药工业中的展望期刊论文医药工程设计()李伟朱自强梅乐和双水相萃取技术在药物分离提纯中的应用期刊论文化工进展()陆强邓修提取和分离天然产物中有效成分的新方法双水相萃取技术期刊论文中成药()谭天伟陈晓芦沈忠耀用双水相体系萃取青霉素酰化酶的研究()WALTERHBrooksDEFisherDPartitioninAqueousTwoPhaseSystemKulaMRKroneKHHustedtAdvancesinBiochemicalEngineeringEditedbyFiechteABerlinAlbertssonPAPartitionofCellParticlesandMacromolecules,rd徐南平分离技术的进展与启示C引证文献(条)周念波周吉祥涂绍勇梅双喜王海波PEG(NH)SO双水相萃取法提取壳聚糖酶的研究期刊论文化学与生物工程()柴化鹏乔燕霞陈泽忠白云峰梁文娟冯锋董川异丙醇硫酸铵双水相萃取荧光法测定微量维生素B期刊论文山西大同大学学报(自然科学版)()董树国赖红伟陆钊双水相萃取在黄酮类化合物分离分析中的应用期刊论文广州化工()赵爱丽陈晓青蒋新宇应用双水相萃取法分离黄芩苷的研究期刊论文中成药()秦为辉陈新张长春尚晏婴提取与分离新技术在天然产物研究中的应用期刊论文武汉工业学院学报()郭宪厚双水相萃取技术研究进展期刊论文广州化工()王志辉朱建航郑楠刘国金甄晨戴玲葛根素在乙醇硫酸铵两水相体系中的分配特性期刊论文时珍国医国药()辜鹏谢放华黄海艳王丹双水相萃取技术的研究现状与应用期刊论文化工技术与开发()王俊华杨洁付建红吴娜白地霉脂肪酶的双水相萃取和反胶团提取期刊论文生物技术通报()王俊华杨洁付建红吴娜石玉瑚欧阳平凯白地霉Cryytococcusneoformans脂肪酶的双水相萃取期刊论文中国生物工程杂志()李梦青耿艳辉刘桂敏张晴康彦芳双水相萃取技术在白藜芦醇提纯工艺中的应用期刊论文天然产物研究与开发()国大亮朱晓薇双水相萃取法在天然产物纯化中的应用期刊论文天津药学()孔凡旗光敏感可再生两水相成相聚合物的研制及其初步应用学位论文硕士秦伟可再生的pH敏感型两水相成相聚合物的合成及其初步应用学位论文硕士郭永霞猫棒束孢菌抗真菌多肽和巨大口蘑抗真菌蛋白的分离纯化及特性的研究学位论文博士邵亚军静态混合器对萃取中流体力学及传质性能影响的研究学位论文硕士本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalhxgcsaspx

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