聚乙二醇双水相体系在萃取分离中的应用 聚乙二醇双水相体系在萃取分离中的应用

聚乙二醇双水相体系在萃取分离中的应用

  • 期刊名字:江西化工
  • 文件大小:735kb
  • 论文作者:田润,尹爱武
  • 作者单位:湖南中医药高等专科学校,湖南科技学院
  • 更新时间:2020-07-10
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论文简介

2012年6月聚乙二醇双水相体系在萃取分离中的应用15田润'尹爱武2(1.湖南中医药高等专科学校,湖南株洲412012;2.湖南科技学院,湖南永州425100)摘要:聚乙二醇双水相体系具有 易分相、价格低廉、萃取高效温和、无毒、对萃取物活性损失小等优点。本文综述了近几年来聚乙二醇双水相体系及其在蛋白质、生物酶、生物活性物质、抗生素、金属离子等萃取分离方面的应用进展,展望了聚乙二醇双水相在分离方面的应用前景和发展方向。关键词:聚乙二醇双水相萃取分离应用进展双水相萃取技术是指亲水性聚合物水溶液在-.定体系。聚乙二醇双水相是最为常用的高分子双水相体条件下可以形成双水相,利用被分离物在两相中分配系,由于其易分相、价格低廉、萃取高效温和、无毒、对系数不同而实现分离的技术。自1955年瑞典的AI-萃取物活性损失小等优点,在蛋白质、生物酶、生物活bertson'i 首次利用双水相萃取技术分离生物分子以性物质抗生素、金属离子等萃取分离方面都有良好的来,双水相萃取技术作为一项新的分离技术引起人们应用前景。极大重视,并得以迅速发展。目前已知的双水相体系1.聚乙二醇(PEG)双水相体系有四种,即高分子双水相体系、表面活性剂双水相体常见的聚乙二醇双水相体系如表1所示。系、普通有机物/无机盐双水相体系和离子液体双水相表1聚乙二醇双水相体系及成相基本原理类型形成上相的聚合物形成下相的聚合物成相基本原理(2]聚合物-聚合物聚乙二醇聚乙烯醇、聚乙烯吡啶烷酮、葡聚|空间上产生 的空间阻隔效-水糖应聚合物-无机盐磷酸钾、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钠、甲酸钠酒石酸钾钠盐析作用目前,关于聚乙二醇双水相体系基本物理参数研50°C的相图,考察了pH对成相的影响,并用四参数方究,文献报道较少。Thanapalan Munugesan'?! 等测定了程对分层体系的双液线实验数据进行了拟合,用Oth-质量分数从0.150%至0.225%的聚乙二醇与柠檬酸钠mer-Tobias和Bancroft's方程对分层体系的结线实验双水相在298. 15,308. 15和318.15 K时的密度和粘数据进行了关联,得到了较为满意实验结果。Dragomir度,上相的粘度和二相的密度差随着结线长度的增加s7]等研究了PEG - 1000 ,PEG - 2000双水相体系分而增加,随温度的增加而降低,与结线长度呈线性关离小分子量的有机酸,给出了PEC和KHPO2或KH2系。Mohammed Taghi(4] 等测定了聚乙二醇与琥珀酸二PO,在298.15 K,标准压力下,双水相的相平衡常数,并钠或甲酸钠二元双水相体系在298. 15K, 308.15K和且考察了乳酸对双水相的形成影响。Joao Paulo Mar-318.15K时的密度,超声波声速和压缩性。用密度和tins'8]等研究了聚乙二醇与硫酸钠、硫酸镁在298. 15,超声波数据,计算出绝热压缩性值。由二元双水相的308.15和318.15 K时的相图,研究表明温度与双水相密度数据拟合的表观摩尔体积方程适用于计算极限表区域不相关,而与焓相关;硫酸镁比硫酸钠更容易与观摩尔体积。M. Taghizadeh Mazandarani'Sl 等测定了平PEG -400形成双水相。用NTRL活度系数模型和相互均分子量为200 ,300和600的聚乙二醇双水相体系在作用参 数测试对实验数据进行了拟合,发现平均偏差293.2 ~ 338.2K,标准大气压下的液体表面张力,结果小于0.999中国煤化工1 or KCl对表明测定结果符合溶液表面张力的线性方程。CiselaPE8000/N22:MHCNMH Ga or Ka后Tub? 'o (6等研究了平均分子量为600, 1000. 1450,其双节线的位置要比妆加婴卜,这叫能与Na*、K*的3350 ,和8000聚乙二醇与柠檬酸钠的在22°C,37°C和水 合吉布斯自由能密切相关。N. D. Srinivasltol 等研究.16江西化工2012年第2期了超声波对双水相分层的影响,研究表明超声辅助能白-藻蓝蛋白,约占藻体干重的10% ~24. 8%。据报降低聚乙二醇/麦芽糖糊精双水相的分层时间,超声波道,藻蓝蛋白可提高人体免疫力、增强造血功能,可用能使分层时间降为原来的1/2。于肿瘤贫血等疾病的辅助治疗。CanapathiPatil等目前双水相萃取技术在应用方面取得的进展几乎用聚乙二醇- 4000/磷酸钾双水相体系纯化藻蓝蛋白,都只是建立在实验数据的基础上,至今还没有一套比使藻蓝蛋白纯度从1. 18%增加至3.52%。为了降低疫较完善的理论来解释双水相的形成及物质在体系中分苗制备过程中梭状芽孢杆菌培养基的毒性,Tatiana配的机理。双水相的分离模型研究比较多,最常见的Souza Porto191等以聚乙二醇/柠檬酸盐的双水相体系,有以下三种:描述液体混合物渗透行为的渗透维里扩除去毒性蛋白酶。在pH 8. 0,PEG - 8000质量浓度为展模型;强调液体是近程有序列把液体结构看成是与24% ,柠檬酸盐质量浓度为15%条件下,毒性蛋白酶分晶体格子类似的似晶格模型和将液体的热力学性质与配系数为2.69,产率为116%。T. S. PortoL!等利用聚分子间力联系起来的胞腔理论["。分离物质在双水相乙二醇/柠檬酸盐从产气荚膜梭菌的液体培养基发酵体系中液-液相平衡模型理论时有报道。Khadijeh液中分离蛋白酶,在研究的最佳条件下.相比其他选择Khederloul2?!等考察了头孢氨苄在PEG - 4000, PEG -性分离方法相比,虽然分离因子与选择性较低,但是其10000和K.HPO, ,柠檬酸钠(C。H,Na3O, . 5H2O)双水酶活力回收率高达131%。Alireza Salabal:21等考察了相中的分配行为,用Chen - NRTL吉布斯能量模型对实三种氨基酸:L-色氨酸,L -苯丙氨酸,L-酪氨酸在验数据进行模拟。Shahla Shahriani('1)等研究了β-淀298.15 K下在聚乙二醇6000/盐体系中的分配行为。粉酶和淀粉转葡糖苷酶在聚乙二醇/磷酸盐中的分配试验结果表明,氨基酸疏水性增加可使分配系数增加。性能,并对数据进行拟合,发现其分配形为与Flory -在硫酸钠、硫酸镁、硫酸铵三种盐体系中,硫酸钠体系Huggins晶格模型相符。Mona Miriaghil14)等研究了L中氨基酸的分配系数最大。超氧化物歧化酶(SOD)是-精氨酸盐酸盐在聚乙二醇双水相体系的分配性能,一类广泛存在于生物体内的氧化还原酶。吴夏[2}等利结果表明,盐的浓度影响较大,温度影响次之,其双水用聚乙二醇/磷酸盐双水相萃取分离大蒜、库拉索芦相的分配形为与Flory-Huggins晶格模型理论相符。荟、金琥仙人球中SOD ,研究表明该双水相体系中蛋白Gholamreza Pazukil5]等研究了青霉素G在PEC -20000的活性回收率较高,且不需低温环境,成本较传统的或PEG - 35000和KH,PO,、C6H,Na,O,● 5H20在301. .SOD分离纯化方法更为低廉,可以为大规模工业化生2307.2、310.2 K三种温度下的分配形为,并将UNI-产植物SOD提供更佳选择。精氨酸脱亚胺酶( ADI)是FAC -FV基团贡献法[16)模型应用于青霉素C在聚合-种能催 化L-精氨酸转化为L-瓜氨酸的亚胺基转物双水相中的分配行为研究。移酶。国外研究表明,精氨酸脱亚胺酶能抑制多种恶2.聚乙二醇双水相体系在萃取分离中的应用性肿瘤细胞在体内外增殖,可作为--种新型抗肿瘤物1955年Albertson']是最先从事双水相萃取分离的质(23)。李凯(2)等报道了聚乙二醇/硫酸铵双水相体系研究人员,他主要研究PEG(聚乙二醇)/Dex (萄聚糖)从粪肠球菌(NJ402)粗提酶液中分离纯化精氨酸脱亚系统和PEG/( NH.)2SO,系统分离提纯生物分子。该氨酶( ADI) ,室温下从NJ402自溶细胞粗提酶液中分离体系中聚合物对生物活性物质无毒性,而且对生物活纯化精氨酸脱亚氨酶.纯度为粗提酶液的2.35倍,萃性物质还具有稳定和保护作用。随后几十年中,这项取率高达91.1% ,为精氨酸脱亚氨酶的分离纯化提供技术在氨基酸、蛋白质生物酶、抗生素、天然产物、金了一种新方法。由于膜蛋白具有疏水性、结构可变,难属离子等方面都有良好的应用。以纯化及含量低,给膜蛋白结构与功能的研究带来了2.1 聚乙二醇双水相体系在氨基酸及蛋白质萃- -定的影响。趋化因子受体3(CCR3)是- 种与变态反取分离中的应用应性疾病相关的C偶联蛋白受体。Baosbheng Gel2s]等聚乙二醇双水相在生物技术中的一个重要应用就用PEC20000/ Triton X - 100双水相体系富集大肠杆菌是分离纯化蛋白质。Yan Xul7]等以游离活性的三唪的CCR3。其CCR3回收率达102士1. 5%,比超速离类染料为配体,考察了聚乙二醇/羟丙基淀粉双水相系心法高32士5%。Draginja M[26) 等用PEG , NaH2PO,,统对面包酵母中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(C-6-NaCl纯化酸性蛋白酶Asperillopepsin 1,并得到了最优PDH)的选择性,试验结果表明三嗪染料活性蓝F3GA实验条件:PEG -4000,NaH,PO, ,NaCl的质量分数分别和普施安红HE3B均匀地分布在上相,并对C-6-为17. 3%,15% NaH,PO,8. 75%。在该条件下,As-PDH有一定的亲和性,但是对已糖激酶没有作用。并pillopepsin中国煤化工因子大于5。建立二步亲和萃取纯化C-6 - PDH条件,在该条件下游见明7)等MHCNMHG统从黑曲霉C-6- PDH萃取率为66.9% ,纯化因子为2.35。螺旋发酵液中 分离提取柚苷酶,柚苷酶的分配系数达1. 85藻是一种多细胞丝状蓝藻,它内含-种特殊的色素蛋以上,酶活力回收率达80%以上,提纯倍数为2.1。2012年6月聚乙二醇双水相体系在萃取分离中的应用17Shahla Shahriaril3!等研究了β-淀粉酶和淀粉转葡糖达到48. 67% ,远高于粗提物中的8. 75% ,使桃叶珊瑚苷酶在聚乙二醇/磷酸盐双水相中的分配行为。Mona甙得 到有效分离。Mirsiaghi[l4l等研究了L-精氨酸盐酸盐在聚乙二醇双2.4聚乙二醇双水 相体系在金属离子萃取分离水相体系的分配性能.考察了温度、pH、聚合物及盐的中的应用.浓度、聚合物分子量、盐的种类对分配性能的影响。结传统的稀有金属/贵金属溶剂萃取方法会污染环果表明,盐的浓度影响最大,而温度影响较次之。B.境,对人体有害,运行成本高,工艺复杂等缺点。双水K. Sarang(28) 等应用聚乙二醇/盐双水相体系分离纯化相萃取技术是金属离子分离的一种新技术。Nobutaka鸡肠消化道内的碱性蛋白酶。研究表明,在不同的盐Yoshikuni(3等在pH 12, 酒石酸钠和过硫酸钾存在条体系中,磷酸钾和柠檬酸钠的收率较高,分别为73.件下,用聚乙二醇/硫酸铵双水相萃取Ni -丁二酮肟配5% ,69.7% ,在聚乙二醇相中酶纯度分为原来的5.3,合物 ,在470 nm处测定钢铁制品取色层中Ni浓度,得7.4倍。增加盐的浓度会减少酶产率及酶的纯度,起始到的分析结果与JSS650-10,BCS323,NISTSRM361、蛋白质的浓度对其分离效果影响不大,温度对分离效362标准相符。黄振钟(]等采用PEC - (NH,)2SO2果没有显著的影响,pH对分离效果有较显著的影响。8QSSAC双水相体系,萃取铜离子,加显色剂形成配合聚乙二醇的浓度从15%增至25% ,酶的产率由53. 7%物用分光光度法测定铜离子浓度。该双水相体系萃取降至21. 9% ,纯度降至原来的28%。速度快,操作简便,分层清晰,稳定性好,为金属离子的2.2聚乙二醇双水 相体系在抗生素萃取分离中测定开发了新的方法。Bulgaiu L}等研究了PEG的应用(1550) - (NH)2SO,双水相体系萃取Zn( I)。研究Khadjeh Khederloul(2]等考察了头孢氨苄在PEC -表明盐溶液pH值对Zn( I )萃取效率影响不大,体系4000或PEC - 1000和Kz HPO,柠檬酸钠( C。H,Nas中增加C1有利于Zn( I)的萃取。在CI~存在时,Zn0,.5H20)双水相体系中的分配行为,实验结果表明盐( I )的萃取效率取决于盐溶液的pH和体系中CI-的的浓度和温度影响分配性能,其中盐的浓度对分配性浓度。张磊:6等利用聚乙二醇/硫酸铵双水相体系从能的影响比温度要大。Gholamreza Pazukifl5] 等研究了酸性溶液中萃取分离金离子,聚乙二醇萃取层可以不青霉素C在聚乙二醇2000或350000和KH2PO、CgH,经反萃取,直接加人锌粉还原出金,易于连续化操作。Na,O, . 5H20在(301.2, 307.2, and 310.2) K的分配Laura Bulgariul?] 等研究了Cd( I)在聚乙二醇/硫酸性能,考察了温度,聚合物分子量,聚合物和盐的浓度铵双水相中分配行为,通过滴加卤素离子,Cd( I)与卤对双水相的影响。实验结果表明盐的浓度对青霉素C素离子形成卤 化物进入聚乙二醇相,卤素离子对Cd的分配性能有很大的影响,温度对分配性能影响较小。( I )的萃取率的大小依次为1~、Br~、CI~。2.3聚乙二醇双水相体系在生物活性物质莘取3.结语分离中的应用聚乙二醇双水相萃取技术已广泛应用于蛋白质、芦丁又名芸香甙,是黄酮醇甙类化合物,具有降低生物酶、生物活性物质、抗生素、金属离子等方面,并取毛细管通透性、抗炎、抗过敏等药理活性,临床用于防得了很大进展,然而,聚乙二醇双水相萃取技术有关研治脑溢血、高血压、视网膜出血、紫瘢和急性出血性肾究不是很全面,还可以向更广更深开拓,如采用价格低炎等疾病。李蕾(29-0]等建立了聚乙二醇/硫酸铵双水廉、性能也好且无毒的聚合物或盐,扩大聚乙二醇双水相体系萃取银杏叶中芦丁的方法。最佳萃取条件为相的范围;与相关技术的集成化,扩展双水相萃取的应PEG - 1000或PEG - 1500 3. 0mL, (NH4)2SO,用量为用领域;加强对双水相的化学、物理性质研究及化合物2.5g,pH6.0 B. R缓冲液。多糖可以提高机体的免疫在双水相的分配机理研究。力,具有抗肿瘤、抗癌抗艾滋病、降血糖等作用。李芬*基金项目:湖南省教育厅科学研究项目芳}川等探讨了硫酸铵与三种不同相对分子质量聚乙二(11C0973)。醇双水相体系的分相能力和双水相体系对芦荟多糖的提取分离,以甘露糖为标准,用浓硫酸-苯酚法测定芦参考文献荟多糖含量,结果表明聚乙二醇6000的分相能力最[1]P. A. Albersson. Partitioning of cell particles and好。聚乙二醇6000/硫酸铵双水相体系提取得到的芦macromolecules(3rded)[M]. New Yor!: Wiley , 1986.荟多糖含量为75.63%,远高于传统醇沉法所得含量[2]辜鵬,谢放华,黄海艳,王丹.双水相萃取技术的68.39%,而且聚乙二醇/硫酸铵双水相体系提取法大研究现状与卓军中国煤化工大的减少了有机溶剂的用量。彭胜(2|等建立了聚乙二(11): 29醇4000/葡聚糖40000 双水相体系萃取分离杜仲叶中[3] ThanapalanIYTHCN M H Gumalsemy.桃叶珊瑚甙的新方法,萃取得到的桃叶珊瑚甙的纯度Densities and Viscosities of Polyethylene Glycol 2000.18江西化工2012年第2期Salt Water Systems from (298. 15 to 318.15) K[J].Data. ,2009 ,54 (8) :2239 - 2244.J. Chem. Eng. Data ,2005 ,50,1290 - 1293.[13 ] Shahla Shahrian, Manouchehr Vossoughi, Vahid[4] Mohammed Taghi Zafarani - Moattar and Sh. Hamze-Taghikhani ,et al. 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This paper simplyintroduced polyethylene glycol aqueous two - phase , sunmarized the application of aqueous two - phase system in the sepa-ration and purification of protein,biological enzyme , bioactive substances,antibiotics and metal recent years. Its applicationand development prospects were forecast.Key Words :polyethylene glycol aqueous two - phase separation and purification progress中国煤化工MYHCNMH G ..

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