兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件

1、兩水相萃取過程的選擇性(1) 細胞，細胞碎片影響分配（粘度） 總分配系數(shù)(2) 親和兩水相分配(3) 液體離子交換劑兩水相萃取過程的選擇性(1) 細胞，細胞碎片影響分配（粘度兩水相體系發(fā)展中的問題 相體系回收(1) 環(huán)境(2) 成本兩水相體系發(fā)展中的問題 相體系回收成相聚合物的回收(1) 壓力敏感型兩水相(2) 熱促相分離高聚物EO-PO(3) pH敏感型高聚物（聚兩性離子高聚物, 多聚電解質(zhì))(4) 光敏感相分離高聚物成相聚合物的回收(1) 壓力敏感型兩水相壓力誘導相分離壓力誘導相分離兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件加氨基酸對相圖的影響加氨基酸對相圖的影響加氨基酸對相密度的影響加氨

2、基酸對相密度的影響氨基酸的分離配系數(shù)氨基酸的分離配系數(shù)系線長度與分配系數(shù)系線長度與分配系數(shù)熱誘導相分離熱誘導相分離EO-PO-HP-EOPOEO-PO-HP-EOPO高聚物結(jié)構式高聚物結(jié)構式相體系回收示意圖相體系回收示意圖相 圖相 圖鹽的分配鹽的分配蛋白純化蛋白純化EOPO-HPEOPO高聚物回收EOPO-HPEOPO高聚物回收pH 誘導相分離pH 誘導相分離兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物

3、分離工程-課件Phase separationTop phaseBottom phaseRecycleLight pHLight pH Recycling Polymers Forming Aqueous Two-phase Systems Phase separationTop phaseBotto光敏感聚合物合成光敏感聚合物合成Table 1 Probability of PNBC with different components with varied composition to form aqueous two-phase systemssystems1 (% w/w)2 (%w/

4、w)3 (:%w/w)two-phasesPNBC：PEG60003.3:6.72.5:103.0:8.0noPNBC：PEG200003.3:6.72.5:103.0:8.0noPNBC：PPG3.3:13.32.5:203.0:16turbidPNBC：Dex200003.3:3.32.5:6.73.0:4.0yesPNBC：SDS3.3:6.72.5:103.0:8.0turbidPNBC：Tween 3.3:33.32.5:503.0:40noPNBC：EO30PO703.3:6.72.5:103.0:8.0noPNBC：IPA3.3:33.32.5:503.0:40noPNBC：（N

5、H4）2SO43.3:6.72.5:103.0:8.0precipitationThe number 1, 2, 3 denotes the initial volume ratio 1:1, 2:1, 3:2, respectively. All systems were stood for one day at 20.Table 1 Probability of PNBC wFig 1.Phase diagram for PNBC-Dextran in water solution at 20. Figure 2. Repeated recovery of polymer in aqueo

6、us solutionFigure 3 Recovery comparison of light-sensitive radiation and thermo-sensitive precipitation of PNBC polymer in two-phase systems. The concentration of salts in total phases was 50mM. The initial volume ratio is 3:2(ml/ml).Fig 1.Phase diagram for PNBC-D 兩水相系統(tǒng)的應用蛋白質(zhì)純化抗生素，氨基酸，天然成分酶相轉(zhuǎn)移催化細胞器分

7、離 兩水相系統(tǒng)的應用蛋白質(zhì)純化兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件光敏感可再生兩水相中青霉素?；复呋嗝顾谿為6-APA光敏感可再生兩水相中青霉素圖 6APA在系列鹽系統(tǒng)中的分配系數(shù)K圖 6APA在系列鹽系統(tǒng)中的分配系數(shù)K兩水相萃取過程的選擇性-生物分離工程-課件圖6.3 不同系統(tǒng)中PG的酶催化轉(zhuǎn)化率圖6.4 PA濃度變化PG的轉(zhuǎn)化率（未加鹽） 圖6.5 PA濃度變化PG的轉(zhuǎn)化率

8、（50mM KCl） 配制5%PNBC300000-40%Dextran20000兩水相體系45 ml(pH7.8,含0.1M 磷酸鹽緩沖液)，上下體積比為8:1，加入固定化酶0.10g（0.2，0.3g）,青霉素G（Na）0.40g,于20振蕩反應，每60 min測定6-APA濃度,計算青霉素G轉(zhuǎn)化率。圖6.3 不同系統(tǒng)中PG的酶催化轉(zhuǎn)化率圖6.4 PA濃度重復批轉(zhuǎn)化反應與上述相體系基本相同，只是另加50mM KCl，加入固定化酶0.3g, PG0.18g,(0.4%),在反應360min后,測定上相中6-APA，之后移出上相，加入與原上相相同的組成的上相及PG，重復進行反應，測定6-APA

9、濃度，計算轉(zhuǎn)化率。重復批轉(zhuǎn)化反應與上述相體系基本相同，只是另加50mM KCl 結(jié) 論合成一種對光敏感，可回收再利用的兩水相成相聚合物光照回收率均在98以上，熱敏回收率在95%以上，可以很好地實現(xiàn)聚合物回收 青霉素G轉(zhuǎn)化率達到79.8%，較單水相提高15%尚需尋找另一種可回收高聚物，使得兩水相中兩種高聚物都能得到回收。 結(jié) 論全回用兩水相體系意義：1.合成可再生的聚合物。2.構建兩水相體系，使兩相均能回收3.較好的分離效果。內(nèi)容：1.以異丙基丙烯酰胺（NIPA）、乙烯基 吡咯烷酮（NVP）、葉綠酸銅鈉（CHL）三單體合成可再生光 敏感聚合物PNNC2.PNNC與另一pH敏感聚合物PADB成相3

10、.應用該可再生兩水相體系全回用兩水相體系意義：合成聚合物PNNC示意圖R1：合成聚合物PNNC示意圖R1：2.聚合物PNNC的合成與表征(1)聚合物PNNC的單體比例選擇 聚合物PNNC(NIPA:NVP:CHL)摩爾比196:4:1196:6:1196:8:1196:10:1196:20:1LCST（ ）33.432.131.829.428.6選取的單體摩爾比為196：8：12.聚合物PNNC的合成與表征聚合物PNNC(NIPA:NV成相物質(zhì)濃度與10%聚合物溶液 成相情況PEG2000010%不成相30%不成相PEG1000010%不成相25%不成相DEX2000010%成相20%成相30

11、%成相PPG40%不成相EOPO 406010%不成相30%不成相EOPO 307030%不成相（NH4）2SO430%沉淀SDS20%不成相羧甲基纖維素鈉3%沉淀PNBC10%不成相PABC5%不成相 PADB5%成相1.聚合物的成相通過成相實驗和相圖，確定使用的兩水相體系為 PNNC(10 %) / PADB(5%)成相物質(zhì)濃度與10%聚合物溶液 成相情況PEG20000繪制相圖采用 節(jié)點檢測法 BACK繪制相圖采用 節(jié)點檢測法 BACK 兩水相成相、分相、聚合物回收示意圖 兩水相成相、分相、聚合物回收示意圖溶液濃度溶液體積1mL0.8mL0.5mL616min15min10min10%2

12、2min20min15min聚合物質(zhì)量（g）0.0300.0480.0600.0500.0800.100時間（min）1015161520221g聚合物沉淀平均所需要的照射時間為266分鐘由公式：Q=W*T 1g聚合物沉淀大概所需要吸收的激光能量為4.8kJ1度電能夠使750g聚合物沉淀2.聚合物PNNC光照回收（1）聚合物PNNC的光照條件 采用激光輸出功率為300mw，照射點的面積為1.77*10-6m2溶液濃度溶液體積1mL0.8mL0.5mL616min15（2）單水相PNNC溶液光照回收（3）單水相PNNC溶液重復回收實驗組別空白NaClNa2SO4Na3PO4Na4P2O7NaCl

13、O4KSCN光照沉淀時間（min）15141516121613回收率（）99.599.899.193.399.699.899.796.8（2）單水相PNNC溶液光照回收組別空白NaClNa2SO4（4）兩水相兩聚合物回收實驗（5）兩水相兩聚合物重復回收實驗組別空白NaClNa2SO4Na3PO4Na4P2O7NaClO4KSCN光照沉淀時間（min）15141516121613PNNC回收率(%)95.598.197.093.396.696.898.7PADB回收率(%)97.098.197.697.398.697.598.395.5%BACK（4）兩水相兩聚合物回收實驗組別空白NaClNa2

14、SO4Na3.蛋白質(zhì)在兩水相體系中的分配 （1）鹽種類對溶菌酶及牛血清白蛋白（BSA）分配的影響 （均采用20mM無機鹽）3.蛋白質(zhì)在兩水相體系中的分配 （1）鹽種類對溶菌酶及牛血清4.氨基酸的分配實驗 (1)鹽種類對氨基酸分配的影響 采用色氨酸（Trp），酪氨酸（Tyr）為試樣4.氨基酸的分配實驗 1. 通過自由基無規(guī)聚合，合成了水溶性光敏感聚合物PNNC 粘均分子量約為7.1103。2. 選取的成相體系為10（w/w） PNNC與5（w/w） PADB， 成相體積比為1：3。兩水相中兩聚合物多次光回收和pH回收都在95.5到98.7之間，一定程度上解決了聚合物回收率低的問題。3.以氨基酸、

15、蛋白質(zhì)等生物物質(zhì)為研究對象，考察該兩水相系統(tǒng)的性質(zhì)。其中Tyr、Trp的最佳分配系數(shù)分別為0.12、 6.25；溶菌酶、BSA的最佳分配系數(shù)分別為0.11、4.2。4.該兩水相體系對乳酸小分子的分配系數(shù)均接近于1，最大分配系數(shù)只有2.30。5. 在乳酸的分配模型關聯(lián)中，朱自強改進的D-H模型 相關性最好，說明在PNNC濃度8.012.0范圍內(nèi)，該模型對乳酸在PNNC/PADB兩水相體系中分配系數(shù)關聯(lián)最為準確。結(jié)論1. 通過自由基無規(guī)聚合，合成了水溶性光敏感聚合物PNNCpH敏感型可回收丙烯酸類兩性高聚物的合成及其在兩水相中應用 意義：1 構建兩種成相聚合物均可回收的新兩水相體系 （PNBC/P

16、ADB）2 較高的回收率（ 95）3 操作條件相對溫和采用丙烯酸（AA），甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（DMAEMA），甲基丙烯酸丁酯（BMA）pH敏感型可回收丙烯酸類兩性高聚物的合成及其在兩水相中應用 PADB反應示意圖：通過1H NMR中單體上特征氫，計算得到三種單體摩爾比為AA：DMAEMA：BMA27.7：9.2：1；投料比為19.7：7.24：1PADB反應示意圖：通過1H NMR中單體上特征氫，計算得到4.聚合物成相實驗成相物質(zhì)濃度與5聚合物溶液成相情況PEG200005不能成相8不能成相10可成相15可成相20可成相30產(chǎn)生沉淀PEG1000020不能成相30下相沉淀DEX200001

17、0不成相30不成相(NH4)2SO430不成相Na3PO430不成相PNBC10成相15成相PABC5不成相PNNC10不成相PNNBC5不成相選擇由pH敏感型聚合物PADB和光敏感聚合物PNBC組成兩種成相聚合物均可回收的兩水相體系。4.聚合物成相實驗成相物質(zhì)濃度與5聚合物溶液成相情況55.相圖PADB濃度PNBC濃度TBMC選擇由10%(w/w)PNBC/5%(w/w)PADB組成兩水相體系，5.相圖PADB濃度PNBC濃度TBMC選擇由10%(w2.無機鹽種類及濃度對聚合物PADB單水相回收影響 未加無機鹽, 2. NaCl；3. KCl；4. Na2SO4 ；5.（NH4）2SO4 ；

18、6. Na3PO4；7. Na4P2O72.無機鹽種類及濃度對聚合物PADB單水相回收影響未加無機鹽3.單水相聚合物PADB多次循環(huán)使用的得率8082848688909294969810012345回收次數(shù)回收率（）40mM Na3PO4對照96.798.63.單水相聚合物PADB多次循環(huán)使用的得率8082848684.無機鹽種類對兩水相PNBC/PADB聚合物回收影響1. NaCl ；2. KCl ； 3. Na2SO4 ；4.（NH4）2SO4；5. Na3PO4 ；6. NaClO4 98.796.880828486889092949698100123456無機鹽種類(10mM)回收率(

19、%)PNBC回收率PADB回收率4.無機鹽種類對兩水相PNBC/PADB聚合物回收影響1. 5.無機鹽濃度對兩水相PNBC/PADB聚合物回收影響909192939495969798991000204060801001201404回收率（）PNBC的回收率PADB回收率Na3PO4濃度 (mM)98.698.25.無機鹽濃度對兩水相PNBC/PADB聚合物回收影響9096.多次回收對兩水相PNBC/PADB聚合物回收影響909192939495969798991000123456回收次數(shù)回收率（）PNBC回收率PADB回收率97.896.76.多次回收對兩水相PNBC/PADB聚合物回收影響9

20、0913. 無機鹽種類及濃度對分配系數(shù)的影響 27.51.沒加無機鹽；2. NaCl；3. KCl ；4. KBr；5. NaHSO3；6. Na2SO4；7.Na3PO4；8. Na4P2O7 3. 無機鹽種類及濃度對分配系數(shù)的影響 27.51.沒加無機結(jié) 論1.通過自由基無規(guī)聚合，合成了pH敏感型的可回收丙烯酸類兩性聚合物PADB ，其粘均分子量約為3.7104，聚合物中三種單體摩爾比為AA：DMAEMA：BMA27.7：9.2：1；2.由10（w/w）PNBC /5（w/w）PADB組成兩種成相聚合物均可回收的兩水相體系，成相體積比為1：2。經(jīng)過五次循環(huán)使用后聚合物PNBC的回收率為97

21、.8；PADB的回收率96.7；3.該兩水相體系對大分子有較好的分離效果，其中BSA最大分配系數(shù)可達27.5；溶菌酶的最大分配系數(shù)可達0.49； 結(jié) 論1.通過自由基無規(guī)聚合，合成了pH敏感型的可回收丙烯酸Phase transfer bioconversion of penicillin G into 6-APA by immobilized penicillin acylase in recycling aqueous two-phase systems with light-pH sensitive copolymersPhase transfer bioconversion oenzy

22、meenzymeenzymeenzymeenzymeEnzymetic reactionsubstrateproductenzymeenzymeenzymeenzymeenzymeenzymeenzymeenzymeEnzymetic reaction with ATPSenzymeenzymeenzymeEnzymetic reRelation between 6-APA partition coefficient and inorganic salts Top (g/L) bottom (g/L) K6-APA 0.81 0.80 1.01Phenylacetic acid 0.67 0.

23、69 0.97PG（Na） 0.39 0.39 1.00 Salts conc. 0.5%（w/w） 1.0%(w/w) 1.5%(w/w)MgCl2 0.99 0.99 0.94NaCl 3.56 5.78 1.53NaHSO3 0.8 0.73 0.38Na3PO4 2.21 1.49 0.44KI 0.54 0.37 0.32MgSO4 1.64 2.00 0.47Na2SO4 0.32 0.54 0.53KH2PO4 0.7 0.8 0.73Relation between 6-APA partitiPartition coefficients change of substrate

24、and products during Partition coefficients change Conc. Change of phenylacetic acid and 6-APA during bioconversiosConc. Change of 6-APA in top and bottom phaseConc. Change of Phenylacetic acid in top bottom phaseConc. Change of phenylacetic aTotal yield of 6-APA in top and bottom phaseTotal yield of

25、 6-APA in top a小 結(jié) 1 Immobilized penicillin acylase was used for bioconversion of penicillin G into 6-APA in ATPS with PNBC and PADB.2 K6-APA 5.78 (containing1% NaCl). Reaction time at 7h or so. The 6-APA mole yields 85.3% (pH 7.8, and 20 ) 3 K 6-APA and K phenylacetate acid was significantly changeable during reaction. 4 PNBCcould be recovered by laser radiation at 488 nm or filtrated 450 nm light, PADB could be recovered by isoelectric point (pH 4.1) . The recovery of the two co