双水相萃取技术及其在食品与发酵工业中的应用

1、双 水 相 萃 取 技 术 及 其 在食 品 与 发 酵 工 业 中 的 应 用小组人员:陈永兰 孔江燕 张铜祥 尚学峰 由植物、动物、微生物衍生或产生的生物材料主要是由蛋白质、脂肪和糖等组成。商业规模的生物材料产品，特别是发酵工业中的产品主要是细胞破碎后有效产品的分离。随着食品与发酵工业的迅速发展，越来越多的新产品得到了开发，但是要使这些产品商业化并取得明显的经济效益和社会效益，还有不少难题有待解决。如何分离和纯化是关键性问题. 一一.双水相萃取的发展历史双水相萃取的发展历史: 双水相系统 (ATPS) 的发展已有很长的一段时间。Beijeronck(1896) 将琼脂水溶液与可溶性淀粉或明

2、胶水溶液混合，发现了双水现象 。而 1956年 Albertsson 利用此现象成功地分离了叶绿体，在此领域取得了突破性的进展，从而开创了双水相萃取技术 获得了两相均含高溶度水的双水相系统这解决了蛋白质变性和沉淀的问题。 之后在对双水相系统的研究中建立了不少 ATPS的相图，并考察了许多生物物质如蛋白质、核酸、病毒、细胞、细菌、海藻叶绿体和线粒体等在 ATPS 中的分配系数,为发展 ATPS 技术奠定了基础。从 1970年以来，大量的有关描述蛋白质在 ATPS 中分配，以及应用此技术进行蛋白质纯化的科技文献大量发表。同时，利用这一技术对食品与发酵工业生物材料产品中有效成分的分离和提取也受到了广

3、泛的关注二二ATPS的特点：的特点：双水相系统与常规的液液萃取相比有特双水相系统与常规的液液萃取相比有特殊的物理性质殊的物理性质；系统的含水量多达 7590% ，两相界面张力极低，相 间 密 度 差 很 低 ，有助于保持生物活性和强化相际间的质量传递，但也存在系统易乳化的问题，值得注意。分相时间短分相时间短，特别是聚合物 盐系统，自然分相时间一般只有 5-15min。3.双水相分配技术易于连续操作双水相分配技术易于连续操作，若系统物性研究透彻，可运用化学工程中的萃取原理精确地按比例规模放大，但要加强萃取设备方面的研究。4.具有高的生产力具有高的生产力，目标产物的分配系数一般大于 3，大多数情况

4、下目标产物有较高的收率。5.大量杂质能够与所有固体物质一起去掉大量杂质能够与所有固体物质一起去掉，与其它常用固液分离方法相比，可直接从含有菌体的发酵液和培养液中提取所需的生物物质，还能不经破碎直接提取细胞内的有效成分，因此双水相分配技术可省去 1-2个分离步骤，使整个分离过程更经济，降低投资成本。6.有生物适应性有生物适应性，组成双水相的高聚物及某些无机盐对生物活性物质无伤害，因此不会引起生物物质失活或变性，有时还有保护作用。三食品与发酵工业中的应用三食品与发酵工业中的应用从动物组织中提取酶制剂 Lin 等 ,用双水相亲和萃取技术从兔肌中提取乳酸脱氢酶 (LDH)，实现了实验室规模的提取，纯化

5、因子达 7，收率 80% 以上，萃取过程稳定可靠，并且聚合物和染料得以充分地循环使用。Johansson等曾利用接有染料配基的 PEG/葡聚糖双水相系统从猪肉中提取 LDH。经提取和纯化的 LDH比活可达 456-494U/mg，并对这一技术的放大进行了摸索和探讨。2.双水相萃取青霉素朱自强等试用双水相体系(A TPS) 从发酵液中萃取提纯青霉素。其操作工艺是首先在发酵液中加入8% (w w , 下同) 的聚乙二醇(PEG2000) 和20% 的硫酸铵进行萃取分相, 青霉素富集于轻相, 再用醋酸丁酯从轻相中萃取青霉素。简要流程见图5。其操作工艺条件和结果如下:料液:1L , 15892 um

6、l, (10. 25 gL ) ;双水相体系富集:pH5. 0, T = 293 K, Y t= 93. 67%醋酸丁酯萃取:pH= 1. 7T = 293 KY t= 92. 42%;结晶: 晶体质量7. 228 g, 纯度为88. 48%。双水相体系从发酵液中直接萃取青霉素的新工艺具体工艺简单、收率高等优点, 避免了发酵液的过滤预处理和酸化操作; 所需的溶剂量大大减少; 提高了青霉素的活性; 萃取工艺集中。这是改革传统抗生素提取操作的有益尝试。但由于形成双水相体系的聚乙二醇等试剂价格高且回收复用困难, 造成生产成本过高, 因而暂时还无法在工业上应用。结语结语: 双水相萃取是一项可以利用不复杂的设备，并在温和条件下进行简单的操作就可获得较高收率和纯度