双水相萃取技术及其应用
.《生物资源开发与利用专题》双水相萃取技术及其应用152310018杨双水相萃取(ATPE)是一种利用不相容的两个水相之间分配系数的差异来萃取物质的方法。
例如:
将葡聚糖和聚乙二醇按一定比例与水混合，溶液呈浑浊状，静置平衡后，溶液分为两相，两相互不混溶，上相富含聚乙二醇，下相富含葡聚糖。
当两种聚合物或一种聚合物和一种盐溶解在同一溶剂中时，由于聚合物之间或聚合物和盐之间的不相容性，当聚合物或无机盐的浓度达到一定值时，它将被分成两个不混溶的相。
因为所用的溶剂是水，所以称为双水相，其中水占很大比例(85%至95%)，活性蛋白质或细胞在这种环境中不会失活，但它可以以不同的比例分布在两相中，克服了有机溶剂萃取中容易失活蛋白质和不溶性强亲水性蛋白质的缺点。
双水相萃取的优点:
1.操作条件温和，在常温常压下进行。
它不会导致生物活性物质失活或变性。
2.两相界面张力小，萃取过程中两相高度分散，传质速度快。
3.消除了有毒和易燃有机溶剂的使用，这可以提供温和的水环境，并避免提取组分的脱水和变性。
4.溶质对目标组分具有很强的选择性，大量的杂质可以与所有固体物质一起被除去，从而能够进行分离操作。
5、工艺简化，连续操作容易，处理量大，适合工业化应用。
缺点:
该体系易乳化，成相聚合物成本较高，大多数水溶性聚合物粘度较高，不易定量控制，聚合物回收困难。
I:
双水相萃取技术的发展趋势目前，用于分离生物物质的双水相体系主要有两种:
非离子聚合物/水体系(最常用的是聚乙二醇/葡聚糖)和非离子聚合物/无机盐/水体系(常用的是聚乙二醇/盐体系)是由于在两种类型的双水相体系中使用了无毒聚合物，并且它们的多元醇和多糖结构可以确保生物大分子的稳定性。
然而，在实际应用中，这两种类型的双水相系统有其自身的缺点。
非离子聚合物/水体系能保证生物活性物质的活性，界面吸附少，但所用的高分子材料如葡聚糖价格昂贵，体系粘度大，限制了大规模应用。
与前者相比，非离子聚合物/无机盐/水体系成本低、粘度低，但该体系会导致一些敏感的生物活性物质失活，此外，还会产生大量高浓度含盐废水。
因此，寻找一种新型的双水相体系成为未来的主要研究方向。
目前，新型双水相体系的开发主要包括廉价双水相体系和其他新型功能双水相体系。
(1)低成本双水相体系由于葡聚糖等高分子材料价格昂贵，寻找一些低成本的聚合物是目前低成本双水相体系发展的主要方向，如使用变性淀粉、阿拉伯树胶等。
取代葡聚糖，羟基纤维素取代聚乙二醇。
王文锦·[2]研究了用羟丙基改性淀粉代替葡聚糖和聚乙二醇形
成双水相体系来提取菠萝蛋白酶。
(2)新型功能性双水相系统新型功能性双水相系统是指双水相系统，其中系统中使用的聚合物易于回收或操作。
对温度敏感的双水相体系可以由乙烯基氧和丙烯氧基(商品名UCON)与聚酯的共聚物形成。
在常温下，聚酯、UCON和水混合成一个均匀的体系。
当温度加热到40℃时，形成两相系统。
上相是聚酯和UCON，下相是水。
该系统可以实现循环利用
将葡聚糖和聚乙二醇按一定比例与水混合，溶液呈浑浊状，静置平衡后，溶液分为两相，两相互不混溶，上相富含聚乙二醇，下相富含葡聚糖。
当两种聚合物或一种聚合物和一种盐溶解在同一溶剂中时，由于聚合物之间或聚合物和盐之间的不相容性，当聚合物或无机盐的浓度达到一定值时，它将被分成两个不混溶的相。
因为所用的溶剂是水，所以称为双水相，其中水占很大比例(85%至95%)，活性蛋白质或细胞在这种环境中不会失活，但它可以以不同的比例分布在两相中，克服了有机溶剂萃取中容易失活蛋白质和不溶性强亲水性蛋白质的缺点。
双水相萃取的优点:
1.操作条件温和，在常温常压下进行。
它不会导致生物活性物质失活或变性。
2.两相界面张力小，萃取过程中两相高度分散，传质速度快。
3.消除了有毒和易燃有机溶剂的使用，这可以提供温和的水环境，并避免提取组分的脱水和变性。
4.溶质对目标组分具有很强的选择性，大量的杂质可以与所有固体物质一起被除去，从而能够进行分离操作。
5、工艺简化，连续操作容易，处理量大，适合工业化应用。
缺点:
该体系易乳化，成相聚合物成本较高，大多数水溶性聚合物粘度较高，不易定量控制，聚合物回收困难。
I:
双水相萃取技术的发展趋势目前，用于分离生物物质的双水相体系主要有两种:
非离子聚合物/水体系(最常用的是聚乙二醇/葡聚糖)和非离子聚合物/无机盐/水体系(常用的是聚乙二醇/盐体系)是由于在两种类型的双水相体系中使用了无毒聚合物，并且它们的多元醇和多糖结构可以确保生物大分子的稳定性。
然而，在实际应用中，这两种类型的双水相系统有其自身的缺点。
非离子聚合物/水体系能保证生物活性物质的活性，界面吸附少，但所用的高分子材料如葡聚糖价格昂贵，体系粘度大，限制了大规模应用。
与前者相比，非离子聚合物/无机盐/水体系成本低、粘度低，但该体系会导致一些敏感的生物活性物质失活，此外，还会产生大量高浓度含盐废水。
因此，寻找一种新型的双水相体系成为未来的主要研究方向。
目前，新型双水相体系的开发主要包括廉价双水相体系和其他新型功能双水相体系。
(1)低成本双水相体系由于葡聚糖等高分子材料价格昂贵，寻找一些低成本的聚合物是目前低成本双水相体系发展的主要方向，如使用变性淀粉、阿拉伯树胶等。
取代葡聚糖，羟基纤维素取代聚乙二醇。
王文锦·[2]研究了用羟丙基改性淀粉代替葡聚糖和聚乙二醇形成双水相体系来提取菠萝蛋白酶。
(2)新型功能性双水相系统新型功能性双水相系统是指双水相系统，其中系统中使用的聚合物易于回收或操作。
对温度敏感的双水相体系可以由乙烯基氧和丙烯氧基(商品名UCON)与聚酯的共聚物形成。
在常温下，聚酯、UCON和水混合成一个均匀的体系。
当温度加热到40℃时，形成两相系统。
上相是聚酯和UCON，下相是水。
该系统可以实现聚酯和UCON的回收。
(3)由热分离聚合物和水组成的新型双水相体系(温度敏感双水相体系)。
大多数水溶液中的热分离聚合物是环氧乙烷和环氧丙烷的无规共聚物(环氧乙烷:7%(质量分数)聚乙烯)
近年来，关于双水相萃取技术从中草药中提取有效成分的文献开始报道，虽然数量不多，但现有的实例充分表明其具有良好的应用前景。
将聚乙二醇和磷酸二氢钾配制成一定浓度的浓缩液；
常温下，将诺特5明生浓缩液放入10毫升离心试管中，加入一定体积的成相物质浓缩液，摇匀，在离心机中以一定速度离心5分钟，进行分相；
分别读取上相和下相的体积，并取样分析上相和下相的总皂苷含量。
(3)黄色素的免疫分析基于液-液体系或界面性质开发的分析检测技术是一种潜在的具有应用价值的生化检测分析技术。
该技术已成功应用于免疫分析、生物分子相互作用力的测定和细胞数量的测定。
例如心脏药物异羟基洋地黄毒苷(缩写为黄素)的免疫测定。
双水相体系中螺旋霉素的电化学检测方法都是基于双水相体系中生物物质的
不同分配系数。
(4)稀有金属/贵金属的分离传统的稀有金属/贵金属的溶剂萃取方法存在溶剂污染环境、对人体有害、操作成本高、工艺复杂等缺点。
双水相萃取技术引入金属分离领域，无疑是一项新的金属分离技术。
在聚乙二醇2000/硫酸/偶氮胂(ⅲ)双水相体系中，钛(ⅳⅳ)和锆(ⅳ)被分离。
将两毫升不同酸碱度的缓冲溶液、0.6毫升偶氮胂ⅲ溶液、5毫升聚乙二醇溶液和一定量的金属离子溶液分别加入60毫升分液漏斗中，用水定容至10毫升，然后加入2克固体(NH4)2SO4，振荡3-5分钟，静置。
两相分离清楚后，将下层水相放入25ml比色管中，测定下层水相中金属离子的残留量，计算萃取率。
(5)其他物质的分离A .青霉素的纯化向发酵液中加入8%聚乙二醇(PEG2000)和20%硫酸铵进行提取和相分离。
青霉素在轻相中富集，然后用乙酸丁酯从轻相中提取青霉素。
抗生素的分离丙酰螺旋霉素的分离ph=8.0-8.5，peg 2000 (14%)/na2hpo4 (18%)，收率69.2%，而乙酸丁酯提取工艺的收率为53.4%。
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