2012年6月聚乙二醇雙水相體系在萃取分離中的應(yīng)用15田潤(rùn)'尹愛(ài)武2(1.湖南中醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校,湖南株洲412012;2.湖南科技學(xué)院,湖南永州425100)摘要:聚乙二醇雙水相體系具有 易分相、價(jià)格低廉、萃取高效溫和、無(wú)毒、對(duì)萃取物活性損失小等優(yōu)點(diǎn)。本文綜述了近幾年來(lái)聚乙二醇雙水相體系及其在蛋白質(zhì)、生物酶、生物活性物質(zhì)、抗生素、金屬離子等萃取分離方面的應(yīng)用進(jìn)展,展望了聚乙二醇雙水相在分離方面的應(yīng)用前景和發(fā)展方向。關(guān)鍵詞:聚乙二醇雙水相萃取分離應(yīng)用進(jìn)展雙水相萃取技術(shù)是指親水性聚合物水溶液在-.定體系。聚乙二醇雙水相是最為常用的高分子雙水相體條件下可以形成雙水相,利用被分離物在兩相中分配系,由于其易分相、價(jià)格低廉、萃取高效溫和、無(wú)毒、對(duì)系數(shù)不同而實(shí)現(xiàn)分離的技術(shù)。自1955年瑞典的AI-萃取物活性損失小等優(yōu)點(diǎn),在蛋白質(zhì)、生物酶、生物活bertson'i 首次利用雙水相萃取技術(shù)分離生物分子以性物質(zhì)抗生素、金屬離子等萃取分離方面都有良好的來(lái),雙水相萃取技術(shù)作為一項(xiàng)新的分離技術(shù)引起人們應(yīng)用前景。極大重視,并得以迅速發(fā)展。目前已知的雙水相體系1.聚乙二醇(PEG)雙水相體系有四種,即高分子雙水相體系、表面活性劑雙水相體常見(jiàn)的聚乙二醇雙水相體系如表1所示。系、普通有機(jī)物/無(wú)機(jī)鹽雙水相體系和離子液體雙水相表1聚乙二醇雙水相體系及成相基本原理類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|空間上產(chǎn)生 的空間阻隔效-水糖應(yīng)聚合物-無(wú)機(jī)鹽磷酸鉀、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈉、甲酸鈉酒石酸鉀鈉鹽析作用目前,關(guān)于聚乙二醇雙水相體系基本物理參數(shù)研50°C的相圖,考察了pH對(duì)成相的影響,并用四參數(shù)方究,文獻(xiàn)報(bào)道較少。Thanapalan Munugesan'?! 等測(cè)定了程對(duì)分層體系的雙液線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,用Oth-質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.150%至0.225%的聚乙二醇與檸檬酸鈉mer-Tobias和Bancroft's方程對(duì)分層體系的結(jié)線實(shí)驗(yàn)雙水相在298. 15,308. 15和318.15 K時(shí)的密度和粘數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，得到了較為滿意實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Dragomir度,上相的粘度和二相的密度差隨著結(jié)線長(zhǎng)度的增加s7]等研究了PEG - 1000 ,PEG - 2000雙水相體系分而增加,隨溫度的增加而降低,與結(jié)線長(zhǎng)度呈線性關(guān)離小分子量的有機(jī)酸,給出了PEC和KHPO2或KH2系。Mohammed Taghi(4] 等測(cè)定了聚乙二醇與琥珀酸二PO,在298.15 K,標(biāo)準(zhǔn)壓力下,雙水相的相平衡常數(shù),并鈉或甲酸鈉二元雙水相體系在298. 15K, 308.15K和且考察了乳酸對(duì)雙水相的形成影響。Joao Paulo Mar-318.15K時(shí)的密度,超聲波聲速和壓縮性。用密度和tins'8]等研究了聚乙二醇與硫酸鈉、硫酸鎂在298. 15,超聲波數(shù)據(jù),計(jì)算出絕熱壓縮性值。由二元雙水相的308.15和318.15 K時(shí)的相圖,研究表明溫度與雙水相密度數(shù)據(jù)擬合的表觀摩爾體積方程適用于計(jì)算極限表區(qū)域不相關(guān),而與焓相關(guān);硫酸鎂比硫酸鈉更容易與觀摩爾體積。M. Taghizadeh Mazandarani'Sl 等測(cè)定了平PEG -400形成雙水相。用NTRL活度系數(shù)模型和相互均分子量為200 ,300和600的聚乙二醇雙水相體系在作用參 數(shù)測(cè)試對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,發(fā)現(xiàn)平均偏差293.2 ~ 338.2K,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的液體表面張力,結(jié)果小于0.999中國(guó)煤化工1 or KCl對(duì)表明測(cè)定結(jié)果符合溶液表面張力的線性方程。CiselaPE8000/N22:MHCNMH Ga or Ka后Tub? 'o (6等研究了平均分子量為600, 1000. 1450,其雙節(jié)線的位置要比妝加?jì)氩?這叫能與Na*、K*的3350 ,和8000聚乙二醇與檸檬酸鈉的在22°C,37°C和水 合吉布斯自由能密切相關(guān)。N. D. Srinivasltol 等研究.16江西化工2012年第2期了超聲波對(duì)雙水相分層的影響,研究表明超聲輔助能白-藻藍(lán)蛋白,約占藻體干重的10% ~24. 8%。據(jù)報(bào)降低聚乙二醇/麥芽糖糊精雙水相的分層時(shí)間,超聲波道,藻藍(lán)蛋白可提高人體免疫力、增強(qiáng)造血功能,可用能使分層時(shí)間降為原來(lái)的1/2。于腫瘤貧血等疾病的輔助治療。CanapathiPatil等目前雙水相萃取技術(shù)在應(yīng)用方面取得的進(jìn)展幾乎用聚乙二醇- 4000/磷酸鉀雙水相體系純化藻藍(lán)蛋白,都只是建立在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,至今還沒(méi)有一套比使藻藍(lán)蛋白純度從1. 18%增加至3.52%。為了降低疫較完善的理論來(lái)解釋雙水相的形成及物質(zhì)在體系中分苗制備過(guò)程中梭狀芽孢桿菌培養(yǎng)基的毒性,Tatiana配的機(jī)理。雙水相的分離模型研究比較多，最常見(jiàn)的Souza Porto191等以聚乙二醇/檸檬酸鹽的雙水相體系,有以下三種:描述液體混合物滲透行為的滲透維里擴(kuò)除去毒性蛋白酶。在pH 8. 0,PEG - 8000質(zhì)量濃度為展模型;強(qiáng)調(diào)液體是近程有序列把液體結(jié)構(gòu)看成是與24% ,檸檬酸鹽質(zhì)量濃度為15%條件下,毒性蛋白酶分晶體格子類似的似晶格模型和將液體的熱力學(xué)性質(zhì)與配系數(shù)為2.69,產(chǎn)率為116%。T. S. PortoL!等利用聚分子間力聯(lián)系起來(lái)的胞腔理論["。分離物質(zhì)在雙水相乙二醇/檸檬酸鹽從產(chǎn)氣莢膜梭菌的液體培養(yǎng)基發(fā)酵體系中液-液相平衡模型理論時(shí)有報(bào)道。Khadijeh液中分離蛋白酶,在研究的最佳條件下.相比其他選擇Khederloul2?!等考察了頭孢氨芐在PEG - 4000, PEG -性分離方法相比,雖然分離因子與選擇性較低,但是其10000和K.HPO, ,檸檬酸鈉(C。H,Na3O, . 5H2O)雙水酶活力回收率高達(dá)131%。Alireza Salabal:21等考察了相中的分配行為,用Chen - NRTL吉布斯能量模型對(duì)實(shí)三種氨基酸:L-色氨酸,L -苯丙氨酸,L-酪氨酸在驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬。Shahla Shahriani('1)等研究了β-淀298.15 K下在聚乙二醇6000/鹽體系中的分配行為。粉酶和淀粉轉(zhuǎn)葡糖苷酶在聚乙二醇/磷酸鹽中的分配試驗(yàn)結(jié)果表明，氨基酸疏水性增加可使分配系數(shù)增加。性能,并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,發(fā)現(xiàn)其分配形為與Flory -在硫酸鈉、硫酸鎂、硫酸銨三種鹽體系中,硫酸鈉體系Huggins晶格模型相符。Mona Miriaghil14)等研究了L中氨基酸的分配系數(shù)最大。超氧化物歧化酶(SOD)是-精氨酸鹽酸鹽在聚乙二醇雙水相體系的分配性能，一類廣泛存在于生物體內(nèi)的氧化還原酶。吳夏[2}等利結(jié)果表明,鹽的濃度影響較大,溫度影響次之,其雙水用聚乙二醇/磷酸鹽雙水相萃取分離大蒜、庫(kù)拉索蘆相的分配形為與Flory-Huggins晶格模型理論相符。薈、金琥仙人球中SOD ,研究表明該雙水相體系中蛋白Gholamreza Pazukil5]等研究了青霉素G在PEC -20000的活性回收率較高,且不需低溫環(huán)境,成本較傳統(tǒng)的或PEG - 35000和KH,PO,、C6H,Na,O,● 5H20在301. .SOD分離純化方法更為低廉,可以為大規(guī)模工業(yè)化生2307.2、310.2 K三種溫度下的分配形為,并將UNI-產(chǎn)植物SOD提供更佳選擇。精氨酸脫亞胺酶( ADI)是FAC -FV基團(tuán)貢獻(xiàn)法[16)模型應(yīng)用于青霉素C在聚合-種能催 化L-精氨酸轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)-瓜氨酸的亞胺基轉(zhuǎn)物雙水相中的分配行為研究。移酶。國(guó)外研究表明,精氨酸脫亞胺酶能抑制多種惡2.聚乙二醇雙水相體系在萃取分離中的應(yīng)用性腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)外增殖,可作為--種新型抗腫瘤物1955年Albertson']是最先從事雙水相萃取分離的質(zhì)(23)。李凱(2)等報(bào)道了聚乙二醇/硫酸銨雙水相體系研究人員,他主要研究PEG(聚乙二醇)/Dex (萄聚糖)從糞腸球菌(NJ402)粗提酶液中分離純化精氨酸脫亞系統(tǒng)和PEG/( NH.)2SO,系統(tǒng)分離提純生物分子。該氨酶( ADI) ,室溫下從NJ402自溶細(xì)胞粗提酶液中分離體系中聚合物對(duì)生物活性物質(zhì)無(wú)毒性,而且對(duì)生物活純化精氨酸脫亞氨酶.純度為粗提酶液的2.35倍,萃性物質(zhì)還具有穩(wěn)定和保護(hù)作用。隨后幾十年中,這項(xiàng)取率高達(dá)91.1% ,為精氨酸脫亞氨酶的分離純化提供技術(shù)在氨基酸、蛋白質(zhì)生物酶、抗生素、天然產(chǎn)物、金了一種新方法。由于膜蛋白具有疏水性、結(jié)構(gòu)可變,難屬離子等方面都有良好的應(yīng)用。以純化及含量低,給膜蛋白結(jié)構(gòu)與功能的研究帶來(lái)了2.1 聚乙二醇雙水相體系在氨基酸及蛋白質(zhì)萃- -定的影響。趨化因子受體3(CCR3)是- 種與變態(tài)反取分離中的應(yīng)用應(yīng)性疾病相關(guān)的C偶聯(lián)蛋白受體。Baosbheng Gel2s]等聚乙二醇雙水相在生物技術(shù)中的一個(gè)重要應(yīng)用就用PEC20000/ Triton X - 100雙水相體系富集大腸桿菌是分離純化蛋白質(zhì)。Yan Xul7]等以游離活性的三唪的CCR3。其CCR3回收率達(dá)102士1. 5%,比超速離類染料為配體,考察了聚乙二醇/羥丙基淀粉雙水相系心法高32士5%。Draginja M[26) 等用PEG , NaH2PO,,統(tǒng)對(duì)面包酵母中葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(C-6-NaCl純化酸性蛋白酶Asperillopepsin 1,并得到了最優(yōu)PDH)的選擇性,試驗(yàn)結(jié)果表明三嗪染料活性藍(lán)F3GA實(shí)驗(yàn)條件:PEG -4000,NaH,PO, ,NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別和普施安紅HE3B均勻地分布在上相,并對(duì)C-6-為17. 3%,15% NaH,PO,8. 75%。在該條件下,As-PDH有一定的親和性,但是對(duì)已糖激酶沒(méi)有作用。并pillopepsin中國(guó)煤化工因子大于5。建立二步親和萃取純化C-6 - PDH條件,在該條件下游見(jiàn)明7)等MHCNMHG統(tǒng)從黑曲霉C-6- PDH萃取率為66.9% ,純化因子為2.35。螺旋發(fā)酵液中 分離提取柚苷酶,柚苷酶的分配系數(shù)達(dá)1. 85藻是一種多細(xì)胞絲狀藍(lán)藻,它內(nèi)含-種特殊的色素蛋以上，酶活力回收率達(dá)80%以上,提純倍數(shù)為2.1。2012年6月聚乙二醇雙水相體系在萃取分離中的應(yīng)用17Shahla Shahriaril3!等研究了β-淀粉酶和淀粉轉(zhuǎn)葡糖達(dá)到48. 67% ,遠(yuǎn)高于粗提物中的8. 75% ,使桃葉珊瑚苷酶在聚乙二醇/磷酸鹽雙水相中的分配行為。Mona甙得 到有效分離。Mirsiaghi[l4l等研究了L-精氨酸鹽酸鹽在聚乙二醇雙2.4聚乙二醇雙水 相體系在金屬離子萃取分離水相體系的分配性能.考察了溫度、pH、聚合物及鹽的中的應(yīng)用.濃度、聚合物分子量、鹽的種類對(duì)分配性能的影響。結(jié)傳統(tǒng)的稀有金屬/貴金屬溶劑萃取方法會(huì)污染環(huán)果表明,鹽的濃度影響最大,而溫度影響較次之。B.境,對(duì)人體有害,運(yùn)行成本高,工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。雙水K. Sarang(28) 等應(yīng)用聚乙二醇/鹽雙水相體系分離純化相萃取技術(shù)是金屬離子分離的一種新技術(shù)。Nobutaka雞腸消化道內(nèi)的堿性蛋白酶。研究表明,在不同的鹽Yoshikuni(3等在pH 12, 酒石酸鈉和過(guò)硫酸鉀存在條體系中,磷酸鉀和檸檬酸鈉的收率較高,分別為73.件下,用聚乙二醇/硫酸銨雙水相萃取Ni -丁二酮肟配5% ,69.7% ,在聚乙二醇相中酶純度分為原來(lái)的5.3，合物 ,在470 nm處測(cè)定鋼鐵制品取色層中Ni濃度,得7.4倍。增加鹽的濃度會(huì)減少酶產(chǎn)率及酶的純度,起始到的分析結(jié)果與JSS650-10,BCS323,NISTSRM361、蛋白質(zhì)的濃度對(duì)其分離效果影響不大,溫度對(duì)分離效362標(biāo)準(zhǔn)相符。黃振鐘(]等采用PEC - (NH,)2SO2果沒(méi)有顯著的影響,pH對(duì)分離效果有較顯著的影響。8QSSAC雙水相體系，萃取銅離子,加顯色劑形成配合聚乙二醇的濃度從15%增至25% ,酶的產(chǎn)率由53. 7%物用分光光度法測(cè)定銅離子濃度。該雙水相體系萃取降至21. 9% ,純度降至原來(lái)的28%。速度快,操作簡(jiǎn)便,分層清晰,穩(wěn)定性好,為金屬離子的2.2聚乙二醇雙水 相體系在抗生素萃取分離中測(cè)定開(kāi)發(fā)了新的方法。Bulgaiu L}等研究了PEG的應(yīng)用(1550) - (NH)2SO,雙水相體系萃取Zn( I)。研究Khadjeh Khederloul(2]等考察了頭孢氨芐在PEC -表明鹽溶液pH值對(duì)Zn( I )萃取效率影響不大,體系4000或PEC - 1000和Kz HPO,檸檬酸鈉( C。H,Nas中增加C1有利于Zn( I)的萃取。在CI~存在時(shí),Zn0,.5H20)雙水相體系中的分配行為,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鹽( I )的萃取效率取決于鹽溶液的pH和體系中CI-的的濃度和溫度影響分配性能,其中鹽的濃度對(duì)分配性濃度。張磊:6等利用聚乙二醇/硫酸銨雙水相體系從能的影響比溫度要大。Gholamreza Pazukifl5] 等研究了酸性溶液中萃取分離金離子,聚乙二醇萃取層可以不青霉素C在聚乙二醇2000或350000和KH2PO、CgH,經(jīng)反萃取,直接加人鋅粉還原出金,易于連續(xù)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,考察了溫度,聚合物分子量,聚合物和鹽的濃度銨雙水相中分配行為,通過(guò)滴加鹵素離子,Cd( I)與鹵對(duì)雙水相的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鹽的濃度對(duì)青霉素C素離子形成鹵 化物進(jìn)入聚乙二醇相,鹵素離子對(duì)Cd的分配性能有很大的影響,溫度對(duì)分配性能影響較小。( I )的萃取率的大小依次為1~、Br~、CI~。2.3聚乙二醇雙水相體系在生物活性物質(zhì)莘取3.結(jié)語(yǔ)分離中的應(yīng)用聚乙二醇雙水相萃取技術(shù)已廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)、蘆丁又名蕓香甙,是黃酮醇甙類化合物,具有降低生物酶、生物活性物質(zhì)、抗生素、金屬離子等方面,并取毛細(xì)管通透性、抗炎、抗過(guò)敏等藥理活性,臨床用于防得了很大進(jìn)展,然而,聚乙二醇雙水相萃取技術(shù)有關(guān)研治腦溢血、高血壓、視網(wǎng)膜出血、紫瘢和急性出血性腎究不是很全面,還可以向更廣更深開(kāi)拓，如采用價(jià)格低炎等疾病。李蕾(29-0]等建立了聚乙二醇/硫酸銨雙水廉、性能也好且無(wú)毒的聚合物或鹽,擴(kuò)大聚乙二醇雙水相體系萃取銀杏葉中蘆丁的方法。最佳萃取條件為相的范圍;與相關(guān)技術(shù)的集成化,擴(kuò)展雙水相萃取的應(yīng)PEG - 1000或PEG - 1500 3. 0mL, (NH4)2SO,用量為用領(lǐng)域;加強(qiáng)對(duì)雙水相的化學(xué)、物理性質(zhì)研究及化合物2.5g,pH6.0 B. R緩沖液。多糖可以提高機(jī)體的免疫在雙水相的分配機(jī)理研究。力,具有抗腫瘤、抗癌抗艾滋病、降血糖等作用。李芬*基金項(xiàng)目:湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目芳}川等探討了硫酸銨與三種不同相對(duì)分子質(zhì)量聚乙二(11C0973)。醇雙水相體系的分相能力和雙水相體系對(duì)蘆薈多糖的提取分離,以甘露糖為標(biāo)準(zhǔn),用濃硫酸-苯酚法測(cè)定蘆參考文獻(xiàn)薈多糖含量,結(jié)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/硫酸銨雙水相體系提取得到的蘆macromolecules(3rded)[M]. New Yor!: Wiley , 1986.薈多糖含量為75.63%,遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)醇沉法所得含量[2]辜鵬，謝放華，黃海艷，王丹.雙水相萃取技術(shù)的68.39%,而且聚乙二醇/硫酸銨雙水相體系提取法大研究現(xiàn)狀與卓軍中國(guó)煤化工大的減少了有機(jī)溶劑的用量。彭勝(2|等建立了聚乙二(11): 29醇4000/葡聚糖40000 雙水相體系萃取分離杜仲葉中[3] ThanapalanIYTHCN M H Gumalsemy.桃葉珊瑚甙的新方法,萃取得到的桃葉珊瑚甙的純度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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