基本流程
3.2.1 目的产物的萃取


原料匀浆液与PEG和无机盐在萃取器中混合，然 后进入分离器分相。 通过选择合适的双水相组成，一般使目标蛋白质 分配到上相（PEG相），而细胞碎片、核酸、多 糖和杂蛋白等分配到下相（富盐相）。 第二步萃取是将目标蛋白质转入富盐相，方法是 在上相中加入盐，形成新的双水相体系，从而将 蛋白质与PEG分离，以利于使用超滤或透析将 PEG回收利用和目的产物进一步加工处理。
K= ct/ cb
其中ct 、cb 分别代表溶质在上相、下相中的浓度
基本原理
系统固定时, 分配系数为一常数, 与 溶质的浓度无关。当目标物质进入双水 相体系后, 在上相和下相间进行选择性 分配, 这种分配关系与常规的萃取分配 关系相比, 表现出更大或更小的分配系 数。如各种类型的细胞粒子、噬菌体的 分配系数都大于100或者小于0101, 因此 为物质分离提供了可能[7]。
[7] 严希康,俞俊棠. 生化分离工程[M]. 北京: 化学工业出版社, 2001.1692187.
三、双水相萃系分类

双水相体系主要有以下几种： （1）高聚物/高聚物双水相体系 （2）高聚物/无机盐双水相体系 （3）低分子有机物/无机盐双水相体系 （4）表面活性剂双水相体系


发展历程 Kula教授研究小组对双水相的应用，工艺流程、 操作参数、工程设备、成本分析等进行了大量研 究，在应用上获得成功。1978年首先将双水相萃 取技术用于酶的大规模分离纯化，建成了一套工 业装置，达到20Kg/h的处理能力，分离纯化了几 十种酶，也应用于基因工程产品的分离[3,4]。 双水相萃取可分离多肽，蛋白质、酶、核酸、病 毒、细胞、细胞器、细胞组织、以及重金属离子 等，近年来，还应用于一些小分子，如抗生素， 氨基酸和植物的有效成分等的分离纯化。
基本流程
3.4.1 在生物工程中的应用
双水相萃取在生物工程中有着广泛的应用，可以萃取分离抗生素、酶、分 离提纯蛋白质及萃取其他生物活性物质。 (1)萃取分离抗生素 朱自强等[9]用8%的PEG 2000与20%的(NH4)2SO4组成的双水相体系直 接萃取青霉素G发酵液，分配系数高达58.39，浓缩倍数为3.53，回收率为 93.67%，青霉素G对糖的分离因子和对杂蛋白的分离因子分别为13.36和 21.9。 (2)萃取分离酶 Babu等[10]用18%的PEG 1500与14%的磷酸盐组成的双水相从菠萝中萃 取菠萝蛋白酶和多酚氧化酶，菠萝蛋白的纯化倍数为4.0，酶活性恢复达到 22.8%，而多酚氧化酶的纯化倍数2.07，酶活回收率达到90%。 黄瑛等[11]采用10%的PEG2000、15%的磷酸盐和1%的NaCl组成的双水 相系统从洋葱假单细胞G-63发酵粗酶液中提取脂肪酶，当系统的pH为8.0 时，分配系数4.36，纯化因子3.98，脂肪酶的回收率达到87.25%。
基本流程
(3)分离提纯蛋白质 Silva等[12]研究了不同分子量的PEG和pH值在聚乙二醇(PEG)+磷酸钾+尿素 +水双水相体系中的液-液平衡，描述了实验技能和分析方法，得出了25℃时 PEG(1450，3350，10000)+磷酸钾(pH7和9)+尿素(质量分数为6%)+水的双水相 体系的平衡数据。每个体系测得了4条连接线。研究了25℃时pH7和9，尿素质 量分数为3%和6%的体系中溶解酵素、过氧化氢酶、β-牛乳糖的分离现象。 (4)萃取其他生物活性物质 Salabat等[13]研究了L-色氨酸、L-苯基丙氨酸、L-酪氨酸3种氨基酸298.15K 时在聚乙二醇+盐+水双水相体系中的分离现象，分相盐为硫酸镁、硫酸钠、 硫酸铵，并且还研究了连接线长度、盐、侧链结构对氨基酸分配系数的影响。 结果表明，增加氨基酸的疏水性和连接线的长度会使分配系数相应的增加。另 外，含有Na2SO4的体系比其他2种盐氨基酸的分配系数大。实验数据由改进后 的Virial-type模型计算，比较模型与实验数据得出具有很好的一致性。
基本原理 某些水溶性聚合物溶液与某些盐溶液混合， 两者浓度达到一定值时，也会分为两相，形 成聚合物-盐双水相系统。机理不清楚。一 种解释为‘盐析’作用。
T
两相区
M C
系线
B
双节线 临界点
图2.1 Dex-PEG双水相系统相图
基本原理
由表1可知, 不同的成相原理可以解释不同组成的双 水相体系, 但各种原理并不能普遍适用, 而且各种原理 间的相互关系也十分复杂。因此双水相体系的成相原 理以及溶液理论有待进一步深入研究。
[9]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. [10] Babu B R,Rastogi N K,Raghavarao K S M S.Liquid Liquid Extraction of Bromelain and Polyphenol Oxidase Using Aqueous Two-Phase System[J].Chemical Engineering and Processing,2008,47(1):83—89. [11]黄瑛，尹利，闫云君.双水相萃取法分离纯化洋葱假单细胞菌G-63脂肪酶[J].现代化工，2007，27(z2)： 300—302.
2.2双水相萃取基本原理
基本原理
双水相萃取原理示意图
基本原理
双水相萃取与一般的水—有机物萃取的原理相似, 都 是依据物质在两相间的选择性分配。 当萃取体系的性质不同, 物质进入双水相体系后, 由于 分子间的范德华力、疏水作用、分子间的氢键、分子与 分子之间电荷的作用, 目标物质在上、下相中的浓度不 同, 从而达到分离的目的。 溶质(包括蛋白质等大分子物质、稀有金属以 及贵金属的络合物、中草药成分等)在双水相体系 中服从Nernst分配定律:
基本流程
3.2.2 PEG的循环
在大规模ATPE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PEG；②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。

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二、双水相萃取基本原理
2.1双水相体系的形成
基本原理
当一定浓度的某种有机物水溶液与其它有机物水溶 液, 或者有机物水溶液与无机盐水溶液以一定体积比混 合时, 能够自然分相并形成互不相溶的双水相或者多水 相体系, 这就是双水相体系。从溶液理论来说, 当2种有 机物或者有机物与无机盐混合时, 是分相还是混合成一 相, 取决于混合时的熵变和分子间的相互作用力。由于 双水相体系本身的复杂性, 体系的熵很难准确计算, 分子 间的相互作用力也不清楚, 所以双水相的形成机理很复 杂[6]。
3.3.3 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。
基本流程
3.4 双水相萃取的应用
双水相萃取主要有以下几个方面的应用： 1 在生物工程中的应用 2 在药物分析中的应用 3 在金属分离中的应用 4 双水相萃取分析 5 在其他方面的应用
发展历程
1989年，Diamond等人以Flory-Huggins理 论为基础，推导出生物分子在双水相体系 中的分配模型，但有局限性，人需继续探 索，不断完善[5]。 20世纪90年代以来，由于控制和优化技术 的发展，将生化分离过程进行集成化和将 生化反应与分离过程集成化成为了研究热 点。

[5]Doamond A D, Hsu J T. Fundamental studies of biomolecule partition in aqueous two-phase system[J]. Biotechnology and Bioengineering, 1989, 34:1000~1014.
[3]Kula M R, Krone K H, Hustedt H. Advances in biochemical Engineering, edited by Fiechte A, Berlin, Heideberg, New York 1982,24:73~118 [4] Hustedt H, Krone K H, Menge U, et al. Protein recovery using aqueous twophasw system[J]. Trends in Biotechnol, 1985,31(6):139
主讲人：xxx 小组成员：xxx
发展
展望
原理
双水相萃取
设备 流程
一、双水相萃取发展历程


发展历程 1896年，荷兰生物学家Beijerinck发现，当明胶与 琼脂或明胶与可溶性淀粉溶液相混合时，得到一 个混浊不透明的溶液，随之分为两相。上相富含 明胶，下相富琼脂(或淀粉)，且两相的大部分是 水，这种现象被称为聚合物的不相溶性，双水相 体系的形成主要是由于聚合物之间的不相溶性 (incomPatibility)[1]。 1956年瑞典lund大学的Albertsson教授及其同事 开始对双水相系统进行比较系统研究，测定了许 多双水相系统的相图，考察了蛋白质、核酸、病 毒、细胞以及细胞颗粒在双水相中的分配行为， 为双水相体系统的发展奠定了基础[2]。只局限于 实验室内的测定和理论研究。
[1] Beijerinck MW. Ueber eine eigentiimlichkeit der löslichen stärke.Centbl Bakteriol Parasitenkd Infektkrankh 2 Abt 1896;2:697–9. [2]Albertson P A. Chromatography and partition of cells and cell fragments[J].Nature, 1956, 177：771～774，