生物制藥工藝學(xué)12課件

Chapter12

萃取

SolventExtraction通過本章學(xué)習(xí)因掌握以下內(nèi)容：什么是萃取過程？液－液萃取從機理上分析可分為哪兩類？常見物理萃取體系由那些構(gòu)成要素？何謂萃取的分配系數(shù)？其影響因素有哪些？掌握單級萃取過程的計算解析方法。掌握多級萃取萃取級數(shù)的計算方法。萃取設(shè)備的選擇方法。何謂超臨界流體萃??？其特點有哪些？何謂雙水相萃取?常見的雙水相構(gòu)成體系有哪些？反膠團的構(gòu)成以及反膠團萃取的基本原理。

萃取(extraction)是利用液體或超臨界流體為溶劑提取原料中目標產(chǎn)物的分離純化操作，所以，萃取操作中至少有一相為流體，一般稱該流體為萃取劑(extractant)。以液體為萃取劑時，如果含有目標產(chǎn)物的原料也為液體，則稱此操作為液-液萃取；如果含有目標產(chǎn)物的原料為固體，則稱此操作為液-固萃取或浸取(Leaching)。以超臨界流體為萃取劑時，含有目標產(chǎn)物的原料可以是液體，也可以是固體，稱此操作為超臨界流體萃取。另外，在液-液萃取中，根據(jù)萃取劑的種類和形式的不同又分為有機溶劑萃取(簡稱溶劑萃取)、雙水相萃取、液膜萃取和反膠束萃取等。溶劑萃取一般用于小分子物質(zhì)的提取，雙水相萃取常用于蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的提取。

萃取分離的特點

1、比化學(xué)沉淀法分離程度高；

2、比離子交換法選擇性好、傳質(zhì)快；

3、比蒸餾法能耗低，生產(chǎn)能力大，周期短，連續(xù)操作，可以自動化控制；

4、和其他新型分離技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了一系列新型分離技術(shù)。何謂萃取過程利用在兩個互不相溶的液相中各種組分（包括目的產(chǎn)物）溶解度的不同，從而達到分離的目的物理萃取化學(xué)萃取物理萃取和化學(xué)萃取化學(xué)萃取化學(xué)萃取是利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子實現(xiàn)溶質(zhì)向有機相的分配應(yīng)用范圍：用于氨基酸、抗生素和有機酸等生物產(chǎn)物的分離回收雜質(zhì)溶質(zhì)原溶劑萃取劑LightphaseHeavyphase分配系數(shù)衡量萃取體系是否合理的重要參數(shù)：Y-----平衡時溶質(zhì)在輕相中的濃度X-----平衡時溶質(zhì)在重相中的濃度分配定律（能斯特在1891年提出的分配定律）：在一定溫度、一定壓力下，某一溶液在互不相溶的兩種溶劑分配時，達到平衡后，在兩相中的濃度之比為一常數(shù)：μ1=μ2(μ=μ0+RTlna)μ02—μ01

ln(

a1/a2)=——————a1/a2=KRTC1/C2=K分配定律的適用條件稀溶液溶質(zhì)對溶劑的互溶性沒有影響溶質(zhì)在兩相中同為一種分子類型萃取分離的基本方程由物化理論可知：萃取操作達到平衡時，溶質(zhì)在輕相和重相中的化學(xué)勢相等。分配系數(shù)為分配系數(shù)的對數(shù)值與標準狀態(tài)下的化學(xué)勢的差值有關(guān)因此，要提高溶質(zhì)的分配系數(shù)，必須提高標準狀態(tài)下，其在重相與輕相的化學(xué)勢之差可以采取的方法：改變?nèi)苜|(zhì)的特性生成有用離子對－－可溶于萃取劑的離子對 將強酸弱堿鹽或強堿弱酸鹽生成弱酸弱堿鹽通過改變原溶劑中的pH值，改變?nèi)苜|(zhì)的解離

弱電解質(zhì)的分配平衡1）分配定律公式推導(dǎo)（以酸性電解質(zhì)為例）

AH

K

有機相（萃取相、輕相）

AHA-+H+

KP

水相（萃余相、重相）

[AH]K

得出：K表=————=————[AH]+[A-]1+10(pH-pKp)[AH]K

堿性電解質(zhì)，同理得出：K表=————=————[AH]+[A-]1+10(pKp-pH)2）分離因素（β）：在同一萃取體系內(nèi)兩種溶質(zhì)在同樣條件下分配系數(shù)的比值。

C(L,A)/C(L,B)1KAβ=——————=KA×——=——C(R,A)/C(R,B)KBKB

其中：C(L,A)、C(L,B)—分別為萃取相中溶質(zhì)A、B的濃度

C(R,A)、C(R,B)

—分別為萃余相中溶質(zhì)A、B的濃度單級萃取只包括一個混合器和一個分離器，如圖所示。料液F和溶劑S加入混合器中經(jīng)接觸達到平衡后，用分離器分離得到萃取液L和萃余液R。設(shè)料液體積為VF，溶劑的體積為Vs，則經(jīng)過萃取后。溶質(zhì)在萃取相中的濃度為C1，在萃余相中的濃度為C2用φ表示萃余分率，則在單級萃取時有：其中萃取因素(溶質(zhì)在萃取相與萃余相中數(shù)量之比）：而理論收得率為1一φ可見，K值愈大，理論收得率愈高；而m值愈大，1一φ則愈小。多級萃取是工業(yè)生產(chǎn)最常用的萃取流程分離效率高產(chǎn)品回收率高溶劑用量少xn、xf分別為第N級萃余液和料液中的溶質(zhì)濃度）：萃余分率：

而萃取分率為：

當n∞時，萃取分率1-φn=1（E>0）

多級錯流萃取的解析方法要達到一定的回收率所需萃取的級數(shù)見P136可見，多級錯流萃取的理論收率高于單級萃取，即萃取完全。例如，當單級萃取E=4時，由公式知，1一φ=80％，若改為兩級錯流萃取，每級萃取劑用量為單級的1/2,則E1=E2=2，于是1一φ=89％。但多級萃取流程長，一般情況下，萃取劑用量大，因而得到的萃取液濃度低。多級逆流萃取

在多級逆流萃取中：

可以看出，多級逆流萃取與同級錯流萃取相比，在相同的萃取劑用量下，可獲得更高的收得率。如當E=4,n=2時，由式得1-φ=95％。

在逆流萃取中，由于只在最后一級中加入萃取劑，故與錯流萃取相比，萃取劑用量少，因而萃取液濃度高。

多級逆流萃取裝置常用萃取設(shè)備液一液萃取設(shè)備應(yīng)包括3個部分：混合設(shè)備、分離設(shè)備和溶劑回收設(shè)備。混合設(shè)備是真正進行萃取的設(shè)備，它要求料液與萃取劑充分混合形成乳濁液，欲分離的生物產(chǎn)品自料液轉(zhuǎn)入萃取劑中。分離設(shè)備是將萃取后形成的萃取相和萃余相進行分離。溶劑回收設(shè)備需要把萃取液中的生物產(chǎn)品與萃取溶劑分離并加以回收。混合設(shè)備萃取操作中，用于兩液相混合的設(shè)備有混合罐、混合管、噴射萃取器及泵等?；旌瞎芡ǔ２捎没旌吓殴堋］腿┘傲弦涸谝欢魉傧逻M入管道一端，混合后從另一端導(dǎo)出噴射式混合器其中（a）為器內(nèi)混合過程，即萃取劑及料液由各自導(dǎo)管進入器內(nèi)進行混合；（b）、（c）則為兩液相已在器外匯合，后經(jīng)噴嘴或孔板進入器內(nèi)，從而加強了湍流程度，提高了萃取效率。噴射式混合器噴射式混合柱是一種體積小效率高的混合裝置，特別適用于低黏度、易分散的料液。這種設(shè)備投資小，但需要料液在較高的壓力下進入混合器。另外，若兩液相容易混合時，可直接利用離心泵在循環(huán)輸送過程中進行混合。分離設(shè)備管式超速離心機1電機支架2驅(qū)動裝置3環(huán)形堰板4排液管5輕液6重液7轉(zhuǎn)鼓8固體9制動器10機架11液體入口管式超速離心機的轉(zhuǎn)速在10000r／min以上，有國產(chǎn)的GF－105型，前蘇聯(lián)的CTC-100型，150型，美國的Sharpler等。管式離心機具有一長管式轉(zhuǎn)筒，筒底有料液與萃取劑組成的乳濁液進口管，筒頂有輕液溢流環(huán)，輕重液出口。碟式離心機常用的液一液分離碟片式離心機有國產(chǎn)的DRY－400型，前蘇聯(lián)的САЖ－3型，前西德的OEH－10006及OEP－10006型，美國的DeLayal等。

3萃取與分離同時進行的設(shè)備多級離心萃取機是在一臺設(shè)備中裝有兩級或三級混合及分離裝置的逆流萃取設(shè)備。圖2是LuwestaEK10007三級逆流離心萃取機的示意圖。分上、中、下三段，下段是第一級混合與分離區(qū)，中段是第二級，上段是第三級，每一段的下部都是混合區(qū)域，中部是分離區(qū)域，上部都是重液相引出區(qū)域，新鮮的萃取劑由第三級加入，待萃取料液則由第一級加入，萃取輕液相在第一級引出，萃余液則在第三級引出。操作時轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為4500r／min，料液最大處理量為7m3／h，料液進口壓力5×105Pa，萃取劑進口壓力3×105Pa。連續(xù)逆流離心萃取機連續(xù)逆流離心萃取機是將萃取劑與料液在逆流情況下進行多次接觸和多次分離的萃取設(shè)備。臥式連續(xù)逆流離心萃取機

傾析式離心機近來發(fā)展的三相傾析式離心機可同時分離重液，輕液及固體三相，已開始應(yīng)用于生物工業(yè)中，圖是20世紀80年代德國Westfalia公司研制的三相傾析式離心機的結(jié)構(gòu)圖。它由圓柱一圓錐形轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、驅(qū)動裝置、進料系統(tǒng)等組成該機在螺旋轉(zhuǎn)子往的兩端分別設(shè)有調(diào)節(jié)環(huán)和分離盤，以調(diào)節(jié)輕、重液相界面，輕液相出口處配有向心泵，在泵的壓力作用下，將輕液排出液－液萃取萃取設(shè)備與流程設(shè)備的選擇：所需理論級數(shù)

設(shè)備種類

2～3各種萃取設(shè)備均可

4～5轉(zhuǎn)盤塔、振動篩板塔、脈沖塔

>5混合澄清設(shè)備超臨界流體萃取什么是超臨界流體？純凈物質(zhì)要根據(jù)溫度和壓力的不同，呈現(xiàn)出液體、氣體、固體等狀態(tài)變化，如果提高溫度和壓力，來觀察狀態(tài)的變化，那么會發(fā)現(xiàn)，如果達到特定的溫度、壓力，會出現(xiàn)液體與氣體界面消失的現(xiàn)象.該點被稱為臨界點超臨界流體指的是處于臨界點以上溫度和壓力區(qū)域下的流體，在臨界點附近，會出現(xiàn)流體的密度、粘度、溶解度、熱容量、介電常數(shù)等所有流體的物性發(fā)生急劇變化的現(xiàn)象超臨界流體概念物質(zhì)通常具有大家所熟知的氣、固、液三相，但當溫度及壓力超過其臨界溫度及臨界壓力時，就進入所謂的超臨界流體狀態(tài)。在未達臨界點前，常存在明顯氣、液兩相之間的界面，但到到達臨界點時，此界面即消失不見。臨界點物質(zhì)均具有其固有的臨界溫度和臨界壓力，在壓力-溫度相圖上稱為臨界點在臨界點以上物質(zhì)處于既非液體也非氣體的超臨界狀態(tài)，稱為超臨界流體超臨界流體萃取超臨界流體：當一種流體處于其臨界點的溫度和壓力之上，則稱之為超臨界流體。特點：密度接近液體－－萃取能力強 粘度接近氣體－－傳質(zhì)性能好

超臨界流體萃取的基本思想利用超臨界流體的特殊性質(zhì)，使其在超臨界狀態(tài)下，與待分離的物料接觸，萃取出目的產(chǎn)物，然后通過降壓或升溫的方法，使萃取物得到分離常用萃取劑極性萃取劑：乙醇、甲醇、水（難）非極性萃取劑：二氧化碳（易）超臨界流體萃取過程簡介將萃取原料裝入萃取釜。采用二氧化碳為超臨界溶劑。二氧化碳氣體經(jīng)熱交換器冷凝成液體，用加壓泵把壓力提升到工藝過程所需的壓力(應(yīng)高于二氧化碳的臨界壓力)，同時調(diào)節(jié)溫度，使其成為超臨界二氧化碳流體。二氧化碳流體作為溶劑從萃取釜底部進入，與被萃取物料充分接觸，選擇性溶解出所需的化學(xué)成分。含溶解萃取物的高壓二氧化碳流體經(jīng)節(jié)流閥降壓到低于二氧化碳臨界壓力以下進入分離釜(又稱解析釜)，由于二氧化碳溶解度急劇下降而析出溶質(zhì)，自動分離成溶質(zhì)和二氧化碳氣體二部分，前者為過程產(chǎn)品，定期從分離釜底部放出，后者為循環(huán)二氧化碳氣體，經(jīng)過熱交換器冷凝成二氧化碳液體再循環(huán)使用。整個分離過程是利用二氧化碳流體在超臨界狀態(tài)下對有機物有特異增加的溶解度，而低于臨界狀態(tài)下對有機物基本不溶解的特性，將二氧化碳流體不斷在萃取釜和分離釜間循環(huán)，從而有效地將需要分離提取的組分從原料中分離出來。不同的物質(zhì)具有不同的臨界點二氧化碳是常用的超臨界流體萃取劑二氧化碳的性質(zhì)二氧化碳在氣體狀態(tài)下不具萃取能力，但當進入超臨界狀態(tài)后，二氧化碳變成親有機性，因而具有溶解有機物的能力，此溶解能力會隨溫度及壓力而有所不同。超臨界二氧化碳萃取臨界點：二氧化碳的臨界點較低，臨界溫度接近常溫，并且無毒、化學(xué)穩(wěn)定性高、價格低廉。

T：304.1 （31.3℃）P：73.8bar

臨界密度：0.448g/mL優(yōu)點：缺點：臨界條件溫和設(shè)備投資大產(chǎn)品分離簡單無毒、無害不燃無腐蝕性價格便宜

超臨界二氧化碳萃取流程圖超臨界流體性質(zhì)在臨界點附近的超臨界狀態(tài)下等溫線的斜度平緩，即溫度或壓力的微小變化就會引起密度發(fā)生很大變化。隨壓力升高，超臨界流體密度增大，接近液體的密度，因此具有與液體相近的溶解能力由于超臨界流體粘度小、自擴散系數(shù)大，可以迅速滲透到物體的內(nèi)部溶解目標物質(zhì)，快速達到萃取平衡超臨界流體性質(zhì)粘度接近于氣體，因粘度低，輸送時所需的功率則較液體低密度接近于液體，密度隨壓力增大而增大；因密度高，可輸送較氣體更多的超臨界流體；具有與液體相近的溶解能力；擴散系數(shù)高于液體10至100倍，亦即質(zhì)量傳遞阻力遠小于液體，因此在質(zhì)量傳遞上較液體快；超臨界流體有如氣體幾無表面張力，因此很容易滲入到多孔性組織中。超臨界流體萃取操作物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度主要受到溫度和壓力的影響，因此可以通過調(diào)節(jié)萃取操作的溫度和壓力優(yōu)化萃取操作，提高萃取速率和選擇性。根據(jù)萃取過程中超臨界流體的狀態(tài)變化和溶質(zhì)分離回收方式不同超臨界流體萃取操作主要分為等溫法等壓法吸附（吸收）法1、等溫法等溫法是通過改變操作壓力實現(xiàn)溶質(zhì)的萃取和回收，操作溫度不變。等溫法操作過程–溶質(zhì)在萃取槽中被高壓（高密度）流體萃取–流體經(jīng)膨脹閥減壓后溶質(zhì)的溶解度降低，溶質(zhì)在分離槽中析出。2、等壓法等壓法是通過改變操作溫度實現(xiàn)溶質(zhì)的萃取和回收。等壓法操作過程–溶質(zhì)在萃取槽中被低溫流體萃取–如果在操作壓力下溶質(zhì)的溶解度隨溫度升高而下降，則萃取流體經(jīng)加熱器加熱后進入分離槽，析出目標溶質(zhì)；–萃取劑經(jīng)冷卻器冷卻后返回萃取槽循環(huán)使用3、吸附法吸附法是利用選擇性吸附（或吸收）目標產(chǎn)物的吸附（吸收）劑回收目標產(chǎn)物，有利于提高萃取的選擇性超臨界流體萃取的優(yōu)點萃取速度高于液體萃取，特別適用于固態(tài)物質(zhì)的分離提??；接近常溫的條件下操作，能耗低于一般的精餾法，適用于熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)的分離；適合于非揮發(fā)性物質(zhì)的分離；臨界CO2流體常態(tài)下是氣體，無毒；超臨界流體萃取的優(yōu)點壓力和溫度都可以成為調(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)；超臨界流體的極性可以改變，一定溫度條件下，只要改變壓力或加入適宜的夾帶劑，即可提取不同極性的物質(zhì)，可選擇范圍廣超臨界流體的應(yīng)用咖啡因萃取植物油：胚芽油、玉米油、γ亞麻酸天然香料：杏仁油、檸檬油啤酒花尼古丁從魚油中萃取EPA和DHA中草藥中有效成分的萃取萃取去雜超臨界流體萃取技術(shù)的特點具有廣泛的適應(yīng)性由于超臨界狀態(tài)流體溶解度特異增高的現(xiàn)象是普遍存在。因而理論上超臨界流體萃取技術(shù)可作為一種通用高效的分離技術(shù)而應(yīng)用。萃取效率高，過程易于調(diào)節(jié)超臨界流體兼具有氣體和液體特性，因而超臨界流體既有液體的溶解能力，又有氣體良好的流動和傳遞性能。并且在臨界點附近，壓力和溫度的少量變化有可能顯著改變流體溶解能力，控制分離過程。分離工藝流程簡單超臨界萃取只由萃取器和分離器二部分組成，不需要溶劑回收設(shè)備，與傳統(tǒng)分離工藝流程相比不但流程簡化，而且節(jié)省耗能。分離過程有可能在接近室溫下完成(二氧化碳)，特別適用于過敏性天然產(chǎn)物必須在高壓下操作，設(shè)備及工藝技術(shù)要求高，投資比較大大型超臨界流體萃取裝置超臨界流體萃取技術(shù)展望當今，隨著人們生活水平的不斷提高，對工業(yè)污染的普遍關(guān)心，以及世界各地對食品管理衛(wèi)生法規(guī)有日趨嚴格的趨勢，天然產(chǎn)物，“綠色食品”將取得不斷發(fā)展。然而，傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物分離，精制加工工藝中的壓榨；加熱；水汽蒸餾和溶劑萃取等工藝手段往往會造成天然產(chǎn)物中某些熱敏性或化學(xué)不穩(wěn)定性成分在加工過程中被破壞，改變了天然食品的獨特“風(fēng)味”和營養(yǎng)。而且加工過程溶劑殘留物的污染也是不可避免的，因而人們一直在尋找新的天然產(chǎn)物加工新工藝，超臨界流體萃取技術(shù)將有可能滿足人們這一要求。所以在過去20年中，國際上在超臨界流體萃取分離領(lǐng)域上投人大量研究工作。并在食品和香料加工領(lǐng)域取得一批有價值的應(yīng)用成果，引起廣泛關(guān)注。但超臨界流體萃取并沒有像有些人所期望那樣取代傳統(tǒng)的分離方法，特別是90年代以來發(fā)展趨勢漸緩，沒有新的，有影響力的工業(yè)化成果出現(xiàn)，綜觀其原因，超臨界流體萃取存在著以下弊端：⑴分離過程在高壓下進行，設(shè)備一次性投資大。⑵萃取釜無法連續(xù)操作，造成裝置的時空產(chǎn)生率比較低。⑶過程消耗指標不容忽視。雙水相萃取技術(shù)誕生：1896年Beijerinck觀察到“明膠-瓊脂水溶液混合”，“明膠-淀粉水溶液混合”，先得到一渾濁不透明溶液，隨后分為兩相溶液混合過程熱力學(xué)分析根據(jù)熱力學(xué)第二定律，混合是熵增加的過程兩種物質(zhì)混合時，熵的增加與涉及的分子數(shù)目有關(guān)；因此如果按照摩爾計算，小分子間與大分子間的混合過程的熵的增加是相同的分子間相互作用力（能）分子間的相互作用力主要表現(xiàn)為分子中各個基團間的相互作用力，隨著分子量增加，分子中各個基團數(shù)目相應(yīng)增加，其相互作用力也大聚合物的不相容性當兩種高分子聚合物之間存在相互排斥作用時，由于相對分子質(zhì)量較大，分子間的相互排斥作用與混合過程的熵增加相比占主導(dǎo)地位，一種聚合物分子周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，當達到平衡時，即形成分別富含不同聚合物的兩相。這種含有聚合物分子的溶液發(fā)生分相的現(xiàn)象稱為聚合物的不相容性雙水相的形成原理聚合物的不相溶性(incompatibility)：當兩種高分子聚合物之間存在相互排斥作用時，由于相對分子質(zhì)量較大，分子間的相互排斥作用與混合過程的熵增加相比占主導(dǎo)地位，一種聚合物分子的周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，當達到平衡時，即形成分別富含不同聚合物的兩相。這種含有聚合物分子的溶液發(fā)生分相的現(xiàn)象稱為聚合物的不相容性。常見雙水相系統(tǒng)?雙聚合物體系聚乙二醇/葡聚糖（PEG/Dextran）聚丙二醇/聚乙二醇甲基纖維素/葡聚糖體系?單聚合物體系聚乙二醇/硫酸鉀體系（PEG/KPi）聚乙二醇/磷酸銨體系聚乙二醇/硫酸鈉體系雙水相萃取利用物質(zhì)在不相溶的，兩水相間分配系數(shù)的差異進行萃取的方法可以構(gòu)成雙水相的體系有：離子型高聚物－非離子型高聚物PEG(聚乙二醇)－DEXTRAN(葡聚糖)高聚物－相對低分子量化合物PEG－硫酸銨PEG/DEX形成的雙水相的組成可形成雙水相的雙聚合物體系：如聚乙二醇(polyethyleneglycol,PEG)/葡聚糖(dextran，Dx)，聚丙二醇(polypropyleneglycol)/聚乙二醇和甲基纖維素(methylcellulose)/葡聚糖等。雙水相萃取中常采用的雙聚合物系統(tǒng)為PEG/Dx，該雙水相的上相富含PEG，下相富含Dx。?除雙聚合物系統(tǒng)外，聚合物與無機鹽的混合溶液也可形成雙水相，例如，PEG/磷酸鉀(KPi)、PEG/磷酸銨、PEG/硫酸鈉等常用于生物產(chǎn)物的雙水相萃取。PEG/無機鹽系統(tǒng)的上相富含PEG，下相富含無機鹽。幾種典型的雙水相系統(tǒng)

聚丙二醇聚乙二醇、聚乙烯醇聚丙二醇葡聚糖（Dex）聚丙二醇羥丙基葡聚糖聚乙二醇（PEG）聚乙烯醇、Dex聚乙二醇（PEG）磷酸鉀、硫酸銨聚乙二醇（PEG）硫酸鈉、硫酸鎂硫酸葡聚糖鈉鹽聚丙烯乙二醇羧基甲基葡聚糖鈉鹽甲基纖維素羧甲基葡聚糖鈉鹽羧甲基甲基纖鈉鹽雙水相系統(tǒng)的相圖雙結(jié)點線是連接C、K和B的曲線，其作用是將相圖分隔為上、下兩部分下部：均相區(qū)上部：兩相區(qū)系線的長度是衡量兩相間相對差別的尺度，系線越長，兩相間的性質(zhì)差別越大，反之則越小。當系線長度趨向于零時，即在圖b的雙節(jié)線上K點，兩相差別消失，任何溶質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)均為1，因此K點稱為臨界點(criticalpoint)。在臨界點處，雙水相系統(tǒng)的上、下相組成相同系線是連接雙結(jié)點線上兩點的直線雙水相萃取的原理依據(jù)懸浮粒子與其周圍物質(zhì)具有的復(fù)雜的相互作用：氫鍵電荷力疏水作用范德華力構(gòu)象效應(yīng)雙水相系統(tǒng)中目標物分配系數(shù)的影響因素從雙水相萃取過程設(shè)計的角度出發(fā)，確定影響分配系數(shù)的主要因素是非常重要的。已有的大量研究表明，生物分子的分配系數(shù)取決于溶質(zhì)與雙水相系統(tǒng)間的各種相互作用，其中主要有靜電作用、疏水作用和生物親和作用等。因此，分配系數(shù)是各種相互作用的和。雙水相系統(tǒng)中目標物分配系數(shù)的影響因素成相高聚物濃度－－界面張力聚合物的濃度位于臨界點時，蛋白均勻分配于兩相，分配系數(shù)接近1；成相聚合物的總濃度或聚合物鹽總濃度增加，系統(tǒng)就遠離臨界點，系線就越長，兩相差距就越大，蛋白趨向于一側(cè)分配。缺點：遠離臨界點時，系統(tǒng)表面張力也增加，細胞等固體顆粒易集中在界面上。

成相高聚物的相對分子量一般來說，蛋白等高分子量物質(zhì)易集中于低分子量相聚合物的分子量普通規(guī)律：當成相的某種聚合物分子量降低時，蛋白質(zhì)易分配于富含該聚合物的相。例：PEG-Dx系統(tǒng)中，PEG分子量減小，則分配系數(shù)增大；Dx分子量減小，則分配系數(shù)減小。不論何種成相聚合物系統(tǒng)與蛋白都適用。

電化學(xué)分配雙水相萃取時，蛋白質(zhì)的分配系數(shù)受離子強度的影響很小在雙聚合物系統(tǒng)中，無機離子具有各自的分配系數(shù)，不同電解質(zhì)的正負離子的分配系數(shù)不同，當雙水相系統(tǒng)中含有這些電解質(zhì)時，由于兩相均應(yīng)各自保持電中性，從而產(chǎn)生不同的相間電位，則此相間電位會影響在雙水相系統(tǒng)中帶電荷的溶質(zhì)（即系統(tǒng)pH不是其等電點）的分配系數(shù)。例如：在PEG－DX－磷酸鈉系統(tǒng)中，在pH=6.9時，溶菌酶帶正電，卵蛋白帶負電，加入NaCl時，查相應(yīng)的兩離子的分配表可知，Na+的分配系數(shù)小于Cl-的分配系數(shù)，故系統(tǒng)上相電位低于下相，則這種電位差使溶菌酶分配系數(shù)增大，而使卵蛋白的減?。上胂鬄樯舷鄮ж撾?，下相帶正電，按電荷相作用來理解）。疏水反應(yīng)鹽濃度對血紅蛋白分配系數(shù)的影響，PEG/Dx，NaCl(mol/kg),分別為0，0.5，1，2

可見隨鹽濃度的增加，直線斜率（也就是HFS）增加，即蛋白表面疏水性增加，這直接影響了蛋白的分配系數(shù)生物親和分配溫度及其它因素

溫度影響雙水相的相圖，但在系統(tǒng)組成離臨界點較遠時，影響較??；通常在常溫下操作，因可節(jié)約冷凍成本，粘度較低，同時PEG等大分子對蛋白也有穩(wěn)定作用雙水相系統(tǒng)的選擇根據(jù)目標蛋白質(zhì)和共存雜質(zhì)的表面疏水性，相對分子質(zhì)量、等電點和表面電荷等性質(zhì)上的差別，綜合利用靜電作用、疏水作用和添加適當種類和濃度的鹽，可選擇性萃取目標產(chǎn)物雙水相系統(tǒng)的選擇若目標產(chǎn)物與雜蛋白的等電點不同，可調(diào)節(jié)系統(tǒng)pH值，添加適當?shù)柠}，產(chǎn)生所希望的相間電位；若目標產(chǎn)物與雜蛋白的表面疏水性HFS相差較大，可發(fā)揮鹽析作用；提高成相系統(tǒng)的濃度（系線長度），增大雙水相系統(tǒng)的疏水性因子HF，也是選擇性萃取的重要手段；雙水相系統(tǒng)的選擇改變系線長度還可以使細胞碎片選擇性地分配于PEG/鹽