酶双水相萃取PPT课件

Contents1、双水相系统的形成2、双水相系统的相图3、蛋白质双水相萃取的原理4、蛋白质双水相萃取的过程 5.蛋白质双水相萃取的优缺点第1页/共21页1.1、双水相萃取的形成的概述双水相萃取的形成的概述熵增熵增混合混合自发自发分子间作用力分子间作用力随着随着Mr的增加的增加,而增大而增大.聚合物的不相容性聚合物的不相容性含有聚合物分子的溶液含有聚合物分子的溶液发生分相的现象发生分相的现象.形成原因形成原因 FirstSecond Third第2页/共21页形形成成过过程程 当两种不同水溶性聚合物都溶于水中当两种不同水溶性聚合物都溶于水中且浓度达到一定值时，体系会自然的形成且浓度达到一定值时，体系会自然的形成互不相容的两相，两种聚合物分别溶于两互不相容的两相，两种聚合物分别溶于两相中，即构成双水相系统。这主要是由于相中，即构成双水相系统。这主要是由于聚合物分子的空间位阻作用，相互间无法聚合物分子的空间位阻作用，相互间无法渗透，而且有强烈的相分离倾向，在一定渗透，而且有强烈的相分离倾向，在一定条件下即可分为两相。一般认为，聚合物条件下即可分为两相。一般认为，聚合物水溶液的疏水性差异是产生相分离的主要水溶液的疏水性差异是产生相分离的主要推动力，且蔬水性差异越大，相分离倾向推动力，且蔬水性差异越大，相分离倾向也越大。也越大。构成两相的溶质达到一定浓度构成两相的溶质达到一定浓度第3页/共21页作用力作用力为斥力为斥力作用力作用力为引力为引力作用力无作用力无强烈引力强烈引力和斥力和斥力形成双水相系统形成双水相系统形成两相，一相为两形成两相，一相为两高聚物，一相为水相高聚物，一相为水相完全互溶，形成均一相完全互溶，形成均一相双水相双水相均一相均一相两相两相1.21.2、双水相系统中作用力的表现、双水相系统中作用力的表现第4页/共21页1.31.3、几种常见的双水相体系、几种常见的双水相体系类型类型形成上相的聚合物形成上相的聚合物形成下相的聚合物形成下相的聚合物非离子型聚合物非离子型聚合物/ / 非离子非离子型聚合物型聚合物聚乙二醇聚乙二醇葡聚糖葡聚糖聚乙烯醇聚乙烯醇聚丙二醇聚丙二醇聚乙二醇聚乙二醇聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯吡咯烷酮高分子电解质高分子电解质/ /非离子型聚非离子型聚合物合物羧甲基纤维素钠羧甲基纤维素钠聚乙二醇聚乙二醇高分子电解质高分子电解质/ /高分子电解高分子电解质质葡聚糖硫酸钠葡聚糖硫酸钠羧甲基纤维素钠羧甲基纤维素钠聚合物聚合物/ / 低分子量化合物低分子量化合物葡聚糖葡聚糖丙醇丙醇聚合物聚合物/ / 无机盐无机盐聚乙二醇聚乙二醇磷酸钾磷酸钾硫酸铵硫酸铵第5页/共21页2 2、双水相系统相图、双水相系统相图双水相区双水相区单相区单相区临界点临界点(critical (critical point)point)：当系线：当系线长度趋于零时长度趋于零时, , 两两相差别消失相差别消失, ,任何任何溶质在两相中的分溶质在两相中的分配系数均为配系数均为1 1。如。如右图右图C C点：点：双节线系线第6页/共21页3、蛋白质双水解萃取的原理、蛋白质双水解萃取的原理 当蛋白质分子进入双水当蛋白质分子进入双水相系统后，由于其表面性质、相系统后，由于其表面性质、电荷作用以及各种作用力电荷作用以及各种作用力（疏水键、氢键、离子键等）（疏水键、氢键、离子键等）的存在，使其在两相间按其的存在，使其在两相间按其分配系数进行选择性分配。分配系数进行选择性分配。蛋白质主要分配在上相，菌蛋白质主要分配在上相，菌体碎片在下相或界面上体碎片在下相或界面上。第7页/共21页3.1、 蛋白质双水相萃取体系常用聚合物蛋白质双水相萃取体系常用聚合物无毒原则无毒原则聚乙二醇聚乙二醇-葡聚糖葡聚糖聚乙二醇聚乙二醇-磷酸盐磷酸盐第8页/共21页3.23.2、影响蛋白质分配系数的因素、影响蛋白质分配系数的因素在很大的浓度范围内，被在很大的浓度范围内，被分离蛋白质的分配系数与分离蛋白质的分配系数与浓度无关，而与被分离蛋浓度无关，而与被分离蛋白质的性质及选定的双水白质的性质及选定的双水相系统的性质有关相系统的性质有关两相的两相的组成组成温度、温度、pH值值等等两相溶两相溶液的比液的比例例蛋白质的蛋白质的分子质量、分子质量、电荷、极电荷、极性性聚合物的分子聚合物的分子质量、浓度、质量、浓度、极性及离子的极性及离子的种类、浓度、种类、浓度、电荷等电荷等第9页/共21页4 4、蛋白质双水相萃取过程、蛋白质双水相萃取过程目的产物的萃取PEG循环无机盐的循环主要有三部分构成：主要有三部分构成：匀浆液匀浆液ATPSPEG+PEG+盐盐ATPS上相（产物）上相（产物）上相（上相（PEGPEG、杂蛋白）、杂蛋白）下相（目的产物）下相（目的产物）下相（废物）下相（废物）+盐盐分离器分离器分离器分离器P PE EG G循循环环第10页/共21页1）目的产物的萃取）目的产物的萃取 细胞悬浮液经珠磨机破碎细胞后，与细胞悬浮液经珠磨机破碎细胞后，与PEG和无机盐在萃取器中混合，然和无机盐在萃取器中混合，然后进入离心机分相。通过选择合适的双水相组成，一般使目标蛋白质分配到上后进入离心机分相。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相( PEG相相) ，而细胞碎片、核酸、多糖和杂蛋白等分配到下相，而细胞碎片、核酸、多糖和杂蛋白等分配到下相(富盐相富盐相) 。第11页/共21页2 ）PEG的循环 在大规模双水相萃取过程中，成相材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，降低处理的费用，还可以节约化学试剂，降低成本。成本。PEGPEG回收有两种方法：一种即前面所回收有两种方法：一种即前面所述的加入盐使蛋白质转入富盐相来回收述的加入盐使蛋白质转入富盐相来回收PEG PEG ，一种是将，一种是将PEG PEG 通过离子交换树脂，通过离子交换树脂，洗脱剂先洗出洗脱剂先洗出PEGPEG，再洗出蛋白质。现在常，再洗出蛋白质。现在常用的方法是将第用的方法是将第1 1步萃取的步萃取的PEG PEG 相或除去部相或除去部分蛋白质的分蛋白质的PEGPEG相循环利用相循环利用 。第12页/共21页3 3 ）无机盐的循环）无机盐的循环 一种方法是将含磷酸钠的盐相冷却到一种方法是将含磷酸钠的盐相冷却到6 ，使盐结晶析出，然后用离心机分离收集；另一使盐结晶析出，然后用离心机分离收集；另一种是用电渗析法、膜分离法回收盐类或除去种是用电渗析法、膜分离法回收盐类或除去PEG 相的盐。双水相萃取所用的设备一般都是相的盐。双水相萃取所用的设备一般都是其他两相体系如水其他两相体系如水-有机溶剂体系所通用的设备，有机溶剂体系所通用的设备，商业化的混合器商业化的混合器-沉淀器系统以及离心分离机已沉淀器系统以及离心分离机已成功应用于双水相萃取。用磁性分离等新技术成功应用于双水相萃取。用磁性分离等新技术也可提高两相分离。尽管刚开始应用时，大多也可提高两相分离。尽管刚开始应用时，大多数双水相萃取是间歇式的，但此技术更适合于数双水相萃取是间歇式的，但此技术更适合于错流萃取的连续生产，这样可有效利用空间和错流萃取的连续生产，这样可有效利用空间和时间，尤其是在与其他分离技术如凝胶过滤、时间，尤其是在与其他分离技术如凝胶过滤、膜分离等相结合使用时。膜分离等相结合使用时。第13页/共21页4.14.1、蛋白质双水相萃取的工艺流程、蛋白质双水相萃取的工艺流程Chart Title in here200320042005200630070120第14页/共21页enzymeenzymeenzymeenzymeenzyme4.24.2、蛋白质双水相萃取与酶促反应、蛋白质双水相萃取与酶促反应第15页/共21页enzymeenzymeenzyme第16页/共21页5.15.1、蛋白质双水相萃取的优点、蛋白质双水相萃取的优点1234可用于蛋白质的可用于蛋白质的精制，经过几次精制，经过几次连续的双水相萃连续的双水相萃取，得到更高纯取，得到更高纯度的蛋白质。度的蛋白质。两相含水量均很两相含水量均很高，与蛋白质有高，与蛋白质有很好的相容性，很好的相容性，且不易使蛋白质且不易使蛋白质失活失活。所需设备简所需设备简单，且处理单，且处理容量大，利容量大，利于大规模生于大规模生产产 。 分离纯化后分离纯化后的蛋白质产的蛋白质产物纯度很高，物纯度很高，有很大使用有很大使用价值。价值。第17页/共21页5.25.2、蛋白质双水相萃取的缺点、蛋白质双水相萃取的缺点系统中水的含量系统中水的含量高，分离后的蛋高，分离后的蛋白质液浓度低，白质液浓度低，需要浓缩以提高需要浓缩以提高产物的浓度。产物的浓度。分离后的蛋白质分离后的蛋白质液含有高分子聚液含有高分子聚合物和盐类，需合物和盐类，需要将其除去。要将其除去。缺点缺点第18页/共21页5.3、双水相萃取技术在工业使用上存在的问题、双水相萃取技术在工业使用上存在的问题和解决方法和解决方法 存在问题存在问题：成相聚合物价格昂贵是阻碍该技术应用于工业生产的主要因素。成相聚合物价格昂贵是阻碍该技术应用于工业生产的主要因素。葡聚糖是医疗上的血浆代用品，价格很高，用粗品代替精制品又会造成葡聚糖相粘度太高，使分离困难。研究应用最多的PEG并不是双水相体系最适和的聚合物，磷酸盐又会带来环境问题。 解决方法解决方法：开发新型廉价的双水相系统是该技术应用急需解决的问题。开发新型廉价的双水相系统是该技术应用急需解决的问题。第19页/共21页第20页/共21页感谢您的观看！第21页/共21页