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文献检索综述论文双水相萃取分离技术的研究进展及应用学院：材料与化学工程学院专业：化学工程与工艺学生：年级:09化工学号：指导老师：摘要双水相萃取技术是一种较新的生物分离技术，近年来发展较快，因其与传统的液液萃取方法相比有着独特的优点，双水相萃取技术的应用和发展日益受到重视。本文综述了双水相萃取技术的基本原理、特点、及应用，并对双水相萃取技术存在的问题和发展趋势作了论述。关键词双水相体系萃取技术分离技术1前言近年来，随着分离技术在生命科学、天然药物提纯及各类抗生素药物等方面应用的迅速发展，一种新型的液液分离技术-双水相萃取技术应运而生。双水相萃取技术又称水溶液两相分配技术是利用组分在两水相间分配的差异而进行组分的分离提纯的技术。由于双水相萃取分离过程具有条件温和、可调节因素多、易于放大和可连续操作以及不存在有机溶剂残留等优点，已被广泛用于生物物质的分离和提纯。早在1956年，瑞典的Albertsson就首次运用了双水相萃取技术来提取生物物质，开始对ATPS(双水相系统)进行比较系统的研究，测定了许多ATPS(双水相系统)的相图，考察了蛋白质、核酸、病毒、细胞及细胞颗粒在ATPS(双水相系统)中的分配行为，为发展双水相萃取技术奠定了坚实的基础。目前，双水相萃取技术已被广泛地应用于医药化学、细胞生物学、生物化工和食品工业等领域，是一种具有广阔应用前景的新型分离技术。本文将就双水相萃取技术的原理、应用和进展作一简述。2双水相萃取原理[1]双水相萃取与水-有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配，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，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。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，就可以得到合适的分配系数，从而达到分离纯化之目的。3双水相萃取体系的特点[2](1)系统含水量多达75%～90%，两相界面张力极低（10-7～10-4N·m-1），有助于保持生物活性和强化相际间的质量传递，但也有系统易乳化的问题，值得注意。(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。(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，双水相分配技术可省去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。由于双水相萃取具有上述优点，因此，被广泛用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域的产品分离和提取。4双水相萃取技术的应用进展4.1在生命科学中的应用传统的液液萃取分离，由于使用了有机溶剂，通常会使生物大分子（如蛋白质等）失活。而双水相技术作为一种生化分离技术，由于其条件温和，易操作，可调节因素多，目前已成功应用于生命科学中蛋白质、生物酶、细胞器、氨基酸、抗生素以及生物小分子等的分离纯化。双水相萃取技术在生命科学中的应用，国内外的研究都取得了很多丰富的成果。如Miyuki[3]通过PEG/K3PO4双水相体系，用两步法对葡糖淀粉酶进行了萃取纯化。用第一步萃取后含有酶的下相和PEG组成双水相作为第二步萃取体系，称作两步法。葡糖淀粉酶的最佳分配条件是PEG4000(第一步)、PEG1500(第二步)，pH=7，纯化系数提高了3倍。张志娟等[3]用PEG/磷酸盐双水相体系萃取青霉TS67胞外活性蛋白，研究了PEG的浓度、磷酸盐的浓度对蛋白的分配特性的影响。周念波[4]等采用PEG-(NH4)2SO4双水相体系直接从Bacillussp．LS发酵液上清液中分离壳聚糖酶，确定了室温下双水相萃取最佳条件为：PEG60020％、(NH4)2SO420％、NaCl0.1％、pH值6.0，在此条件下壳聚糖酶分配系数达5.91，萃取率达88.7％。4.2在天然药物提取与分离中的应用双水相萃取技术在天然药物提取与分离方面也有着独特的优势。在这方面的许多研究成果主要集中在国内。如朱自强等[5]用8%的PEG2000与20%的(NH4)2SO4组成的双水相系统提取青霉素G，分配系数高达58.39，浓缩倍数为3.53，回收率为93.67%。霍清[6]分别研究了葛根素在PEG/(NH4)2SO4双水相体系与丙酮/K2HPO4双水相体中的分配特性，实验确定了PEG/(NH4)2SO4双水相最佳体系：PEG1500质量分数20％，(NH4)2SO4质量分数16％，最大的分配系数可达148.2，最大收率99.09％；丙酮/K2HPO4双水相最佳体系为：丙酮:水=8:2，K2HPO4质量为1.5g，最大的分配系数可达36.7，最大收率99.55％。刑健敏等[7]研究了聚乙二醇/盐双水相体系中烟碱的分配行为，确定了当含盐量25%、pH=9为体系的最佳分离萃取条件，回收率为96.7%，纯度为99.87%。4.3在金属分离及络合物中的应用双水相还可用于稀有金属/贵金属分离，传统的溶剂萃取方法存在着溶剂污染环境，对人体有害，运行成本高，工艺复杂等缺点。双水相技术萃取技术引入到该领域，无疑是金属分离的一种新技术。据报道，在丙醇-硫酸铵双水相萃取体系中，实现了从大量基体金属如Fe2＋、Ca2＋、Mg2＋、Mn2＋、Al3＋、Pb2＋和Zn2＋中分离Pd(Ⅱ)，萃取率可达99．2％[8]。在溴化十六烷基吡啶一双水相体系中，实现了能够使Bi(Ⅲ)与Mn(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Al(Ⅲ)等常见离子完全分离[9]；在丙醇-硫酸铵-碘化钾双水相体系中，实现了Au(Ⅲ)的分离，获得了最佳萃取条件：HCl浓度0.6mol/L，(NH4)2SO4用量6.0g，KI浓度0.1mol/L，在最佳萃取条件下，体系对Au的平均萃取率为98.6％[10]。5双水相萃取技术的局限和展望目前，双水相萃取技术已被研究用于众多生物产品的分离提纯，并显示出众多其他分离技术不具备的优点，是一种应用前景广阔的新型生物分离技术。但是，要将这一技术开发应用到大规模生产过程，还有许多理论和实践方面的技术问题有待解决。在理论上，由于双水相体系中组分间的作用非常复杂，目前还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两相中的分配行为。研究的方法基本上还是通过实验的方法，但研究的结果还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。在实践上，双水相体系分离的成本、效率、操作条件等存在很多的不确定性。如双水相体系中经常使用的聚合物/聚合物构成的双水相体系，虽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。又如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，使相分离时间延长，分离效率降低。为了让双水相体系萃取技术走向成熟化，工业化，以下几个方面值得大家重视：继续研发利用廉价的无机盐等代替常用的昂贵的葡聚糖；利用廉价易得的原料如变性淀粉PPT、糊精、麦芽糖糊精、乙基羟乙基纤维素等取代葡聚糖；用分子量较小的乙醇、异丙醇、丙酮、四氢呋喃等替代聚乙二醇；研究如何通过改变双水相体系的组成，操作条件，来节约双水相体系分离所需的时间，提高双水相体系的分离效率等等。参考文献[1]王雯娟.双水相萃取菠萝蛋白酶的研究[D].广西:广西大学化学化工学院,2004.[2]李伟,柴金玲,谷学新.新型的萃取技术—双水相萃取.化学教育,2005,(3):7-8.[3]张志娟,王素英,林媛.PEG/磷酸盐双水相体系萃取青霉TS67胞外活性蛋白的研究[J].安徽农业科学,20O9,37(17):7841—7843[4]周念波,周吉祥,涂绍勇等.PEG一(NH4)2SO4双水相萃取法提取壳聚糖酶的研究[J].化学与生物工程,2010,27(1):49-51[5]朱自强,关怡新,李勉.双水相系统在抗生素提取和合成中的应用[J].化工学报,2001,52(12):1039-1048.[6]霍清．葛根素在双水相体系中分配特性的研究[J]．北京中医药大学学报,2004,27(4):51-53.[7]邢健敏,李芬芳,赵红霞等.双水相体系／溶剂反萃取法制备高纯天然烟碱[J].天然产物研究与开发,2009,21:489-491.[8]高云涛,王伟.钯(Ⅱ)碘络合物在丙醇一硫酸铵双水相萃取体系中的分配行为及在钯测定中的应用[J].贵金属,2006,27(3):45-53.[9]姚巧玲,苏永祥.溴化十六烷基吡啶一双水相体系萃取分离Bi(Ⅲ)的研究[J].焦作大学学报,2007,21(4):57-58.[10]施跃坚,高云涛.金(Ⅲ)在双水相体系中的分配行为及萃取机理研究[J].云南民族大学学报,2009,18(4):344-347.