B、高聚合物的浓度
❖ 聚合物分相的最低浓度为临界点，系线的长度为零， 此时分配系数为1，即组分均匀的分配于上下相.
❖ 随着成相聚合物的总浓度或聚合物/盐混合物的总浓 度增大，系统远离临界点，系线长度增加，两相性 质的差别(疏水性等)增大，蛋白质分子的分配系数 将偏离临界点处的值(m=1)，即大于1或小于1。因 此,成相物质的总浓度越高，系线越长，蛋白质越容 易分配于其中的某一相。
双水相系统(aqueous two-phase system, ATPS)
PEG = 聚已二醇(polyethylene glycol) Kpi = 磷酸钾 DX = 葡聚糖(dextran)
2、双水相萃取的原理
• 是生物物质在双水相体系中的选择性分配，当物 质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用 和各种作用力（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，即分配系数不同。
❖ 反之．如pH大于PI，蛋白质在微胶团的溶解 度将很低或不溶。
❖ 但如pH过低。蛋白质会变性，溶解度也下降。
AOT体系中，三种低分子量的在较低PH时，几乎能完 全溶解于反胶团相。不过，PH过低时，蛋白质变性， 溶解度随之降低。显然，对于多中蛋白质自混合物的 分离，只要它们的PH有差异，就可以通过控制溶液的 PH是他们达到分离。
表面活性剂在溶液中开始形成胶团时的浓度称为临 界胶束浓度，简称CMC。当溶液中表面活性剂浓度 低于CMC时，它主要以单体形式，即分子或离子形 式存在。 表面活性剂形成胶团后，溶液的许多物理化学质， 如表面张力、摩尔电导率、渗透压、密度、增溶性 能等，在一个很窄的浓度范围内呈现不连续变化。
水
胶团分为正（向）胶 团和反（向）胶团。
四、 反胶团萃取的应用
❖ 分离蛋白质混合物； ❖ 浓缩α-淀粉酶； ❖ 从发酵液中提取胞外酶 ； ❖ 直接提取胞内酶； ❖ 用于蛋白质复性。
反胶团萃取在生物样品分离中的应用
表示核糖核酸酶、溶菌酶和细胞色素C 蛋白质混合溶液约分离过程。在pH ＝9时．核糖核酸酶不溶．而其他两种酶可溶，故在pH＝9，[KCl]＝ 0.1mol/L时．核糖核酸酶只留在水相中．而溶菌酶和细胞色素C则完全溶 于反相微胶团中。再将含有溶菌酶和细胞色素C有机相与0.5mol/LKCl的水 相接触．细胞色素C转入水相。最后将含有溶茵酶的有机相与含有 2.0mol/LKCl.pH＝11.5的水溶液混合，就可将溶菌酶转入到水相中，这样 就达到了三种蛋白质分离约目的。
第三节 双水相萃取
❖ 双水相体系的形成与分配机理 ❖ 双水相的相图 ❖ 双水相萃取体系的影响因素 ❖ 双水相萃取的应用
3.1双水相体系的形成与分配机理
双水相萃取？
利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的 差异来进行萃取的方法。
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。这种含有不同聚合物分子的溶液发生 分相的现象叫聚合物的不相容性。
(2) 盐类
盐的种类和浓度对分配系数的影响主要反 映在对相间电位和蛋白质疏水性的影响。
①盐的种类
❖ 在双聚合物系统中，无机离子具有各自的分配系 数，不同电解质的正负离子的分配系数不同，从 而产生不同的相间电位。由于各相要保持电中性， 使得带电生物大分子，如蛋白质和核酸等分别向 两相移动分配。
②盐的浓度
萃取过程
第五章 萃取分离法
第五章 萃取分离法
影响超临界流体萃取的因素 压力:压力大，密度大，溶解力强； 温度:复杂，先升高后降低。 超临界流体的性质和被萃取物的极
性:CO2极性小，对于极性大的物质的萃 取，必须加入添加剂，称为提携剂或改 性剂。 流量:扩散慢的溶质流量不宜大。
第五章 萃取分离法
❖ 盐的浓度不仅影响蛋白质的表面疏水性， 而且扰乱双水相系统，改变各相中成相物 质的组成和相体积比。
❖ 例如，PEG/磷酸盐体系中上下相的PEG和磷酸盐 浓度及Cl-在上下相中的分配平衡随添加NaCl浓 度的增大而改变，这种相组成即相性质的改变直 接影响蛋白质的分配系数。
❖ 离子强度对不同蛋白质的影响程度不同，利用这 一特点，通过调节双水相系统的盐浓度，可有效 地萃取分离不同的蛋白质。
❖ 目前研究中常用的AOT反胶束体系和其他体系有许 多不足：如不能用于分子量较大的蛋白质的萃取和 往往在两相界面上形成不溶性的膜状物等等。为克 服这些不足，可通过在单一表面活性剂中加入具有 亲和作用的生物表面活性剂或另一种非离子型表面 活性剂的方法来改善萃取性能。
2、水相pH值对萃取的影响
❖ 蛋白质是一种两性物质，具有确定的等电点 (pI)．
3、离子强度
❖ 水相盐浓度（离子强度）决定了带电荷的反胶 团的内表面以及带电荷的蛋白质分子表面被静 电屏蔽的程度。离子强度增加时，增大了离子 向反胶束内“水池”的迁移并取代其中蛋白质 的倾向，使蛋白质从反胶束内被盐析出来.因此， 低的离子强度有利于蛋白质的萃取，高的离子 强度有利于蛋白质的反萃取。
形成原因：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。
常用的双水相体系
高聚物/高聚物体系：聚乙二醇(简称PEG) / 葡聚糖(简称Dextran) 高聚物/无机盐体系： 硫酸盐体系。常见的高聚物/ 无机盐体系: PEG/ 硫酸盐或磷酸盐体系。
持活性。
二、反胶团萃取原理
由于周围水层和极性基团的保护，保持了蛋白 质的天然构型，不会造成失活。
(a)水壳模型；(b)插入模型
反
(c)吸附模型；(d)溶解模型
胶
团
的
溶
解
模
型
❖ 蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有 机溶剂相和水相两宏观相界面间的表面活性 剂层 ,同邻近的蛋白质分子发生静电吸引而变 形 ,接着两界面形成含有蛋白质的反胶团 ,然 后扩散到有机相中 ,从而实现了蛋白质的萃取。 (可能机理）
原料颗粒的粒度:原料的颗粒度小，利于 萃取，但太小会出现堵塞或结块造成沟 流等不利现象；
萃取时间:增加萃取强度，可以缩短时间。 可能的机理是组分之间的“溶解互助” 效应，即先萃取出来的物质起到改性剂 的作用，增加了溶解能力。
第五章 萃取分离法
超临界流体萃取的应用
中药有效成分的提取。植物原料，生物碱、黄酮、 有机酸、皂苷、萜类、挥发油、糖类、油脂、氨 基酸、色素、鞣质、蛋白质、酶等，传统方法复 杂，流程长，SPE简单快速效率高。
【表面活性剂】在水或有机溶剂中自发形
成的聚集体。
胶团的形成——当向水溶液中加入表面活
性剂达到一定浓度时就会形成表面活性剂 聚集体，即胶团。
❖ 表面活性剂——是由亲水憎油的极性基团 和亲油憎水的非极性基团两部分组成的两 性分子。
❖ 表面活性剂的分类：
阴离子表面活性剂；阳离子表面活性剂； 非离子型表面活性剂。
（3）在贵金属分离中的应用
例如采用PEG2000-硫酸铵-偶氮胂双水相体系可以 分离Ti和Zr。
第五章 萃取分离法
5.4 超临界流体萃取
压力增大，P(Mpa)
supercritical fluid
纯
liquid
流动相密
物
度增加，
solid
质
溶剂力增
gas
大
的
相
T(oC)
图
临界点附近温度和压力的微小变化会引起密 度的显著变化，即溶解能力的显著变化。
正胶团是在极性溶液中形成的，
其亲水性的极性端向外指向极
性（如水）溶液，疏水性的非
极性“尾”向内相互聚集在一
起。
非极性的
“核”
极性“头” 非极性“尾”
非极性有 机溶剂
反胶团 是两性表面活性剂
在非极性有机溶剂中亲Βιβλιοθήκη 性基团自发地向内聚集而成的，
内含微小水滴。其疏水性的
非极性尾部向外，指向非极
性溶剂，而极性头向内，与
（5）低分子量化合物 （6）双水相体系的性质
黏度、两相密度差、表面张力、相间电势差、相分离 时间。
双水相萃取的应用
（1）在生物工程领域的应用
主要应用于生物物质，如酶、核酸、生长激素、 病毒等的分离纯化。常用的是PEG-葡聚糖双水相 体系。
（2）在中草药有效成分分离中的应用
例如采用PEG6000-K2HPO4双水相体系分离中草药 中的黄岑苷和黄岑素。
胶团萃取
一、基本概念
胶团萃取——是被萃取物以胶团或者胶体形式从
水相被萃取到有机相的溶剂萃取方法。它既可用于 无机物的萃取，也可用于有机物的萃取。 ❖ 在无机物的方面：金属或其无机盐可以形成疏水胶 体粒子粒子进入有机相。 ❖ 被萃取物主要限于金、银、硫酸钡等， 溶剂主要限于氯仿、四氯化碳和乙醚等。
胶团——是双亲（即亲水又亲油）物质
双节线：把均相区和两相区域分隔开。 系线：连接双节线上两点的直线。
两相区
均相区
在同一条系线上的各点分成的两相具有相同的组成， 但体积比不同
临界点：当系线长度趋向于零时，即在图中的C点， 两相差别消失，任何溶质在两相中的分配系数均为 1，成为单相体系。
ATPS相图
双节线(bi-nodal)：
图中的曲线。双节线以下的区域为均相区, 以上的区域为两相区，即ATPS 。
双水相萃取体系的影响因素
(1)高聚合物的分子量和浓度
A、高聚合物分子量
对于PEG/Dextran所形成的双水 相体系中，若降低PEG相对分子质量， 则生物分子分配于富含PEG的上相中， 使分配系数增大；而降低Dextran相 对分子质量，则分配系数减小。
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。