新型的萃取技術一一雙水相萃取摘要本文介紹了雙水相萃取技術的原理與特點及近年來該技術在生命科學，復雜中藥體系的離以及抗生素藥物提取等方面的研究進展。并探討了其今后的發展趨勢。關鍵詞雙水相萃取生命科學天然藥物溶劑萃取法是分離技術中最重要的方法之一。傳統的溶劑萃取分離是依據被分離物質在兩個互不相溶液相中的溶解性不同而達到分離目的。一般的萃取體系包括有機相和水相兩部分，迄今為止，已有若干種分類方法。依據萃取機理和被萃取物質的性質，可分為中性配合萃取體系、陽離子交換萃取體系、離子締合萃取體系、協同萃取體系等。隨著近年來分離技術在生命科學、天然藥物提純及各類抗生素藥物等方面應用的迅速發展，新型的萃取技術應運而生。例如對于生物物質來說，分離的對象復雜，既包括可溶物，如蛋白質和核酸，也包括懸浮的小顆粒，如細胞器和整個細胞；由于生物物質極易變性和失活，給分離帶來很大的難度。雙水相萃取（Aqueoustwo-phaseextraction，ATPE）是兩種水溶性不同的聚合物或者一種聚合物和無機鹽的混合溶液，在一定的濃度下，體系就會自然分成互不相容的兩相。被分離物質進入雙水相體系后由于表面性質、電荷間作用和各種作用力（如憎水鍵、氫鍵和離子鍵）等因素的影響，在兩相間的分配系數不同，導致其在上下相的濃度不同，達到分離目的。1雙水相萃取技術的發現及特點1.1雙水相的形成及類型早在1896年，Beijerinck觀察到，明膠與瓊脂或明膠與可溶性淀粉溶液混合時，得到一種不透明的混合溶液，靜置后可分為兩相，上相中含有大部分的明膠，下相中含有大部分瓊脂（或淀粉），這種現象被稱為聚合物的不相容性，從而產生了雙水相。例如將2.2%（質量分數）的葡聚糖水溶液0.72%的甲基纖維素的水溶液等體積混合靜置后，可以得到兩個液層，下層含有71.8%的葡聚糖，上層含有90.3%的甲基纖維素，兩相的主要成分都是水。由于雙水相萃取條件較為溫和，不會導致被分離物質的失活，該技術已應用于生物大分子的分離和純化，并且在生物小分子的分離、抗生素提取、中藥中有效成分提取分離、稀有金屬/貴金屬分離等方面的應用也取得了進展。在雙水相體系中，常見的水溶性高聚物有：聚乙二醇（PEG）、聚丙二醇、甲基纖維素、聚丙烯乙二醇、吐溫、聚氧乙烯類表面活性劑等；聚乙二醇/葡聚糖和聚乙二醇/無機鹽是常用的雙水相體系，由于葡聚糖價格昂貴，聚乙二醇/無機鹽體系應用更為廣泛。1.2雙水相萃取技術的特點ATPE作為一種新型的分離技術，對生物物質、天然產物、抗生素等的提取、純化表現出以下優勢:（1）含水量高（70%—90%）,在接近生理環境的體系中進行萃取，不會引起生物活性物質失活或變性；（2）可以直接從含有菌體的發酵液和培養液中提取所需的蛋白質，還能不經過破碎直接提取細胞內酶，省略了破碎或過濾等步驟；（3）分相時間短，自然分相時間一般為5min-15min；（4）不存在有機溶劑殘留問題，高聚物一般是不揮發物質，對人體無害；（5）大量雜質可與固體物質一同除去；（6）易于工藝放大和連續操作，與后續提純工序可直接相連接，無需進行特殊處理；（7）操作條件溫和，整個操作過程在常溫常壓下進行；（8）親和雙水相萃取技術可以提高分配系數和萃取的選擇性。在實際應用中，雙水相體系中的水溶性高聚物具有難揮發性，反萃取是必不可少的，同時由于鹽會進入反萃取劑也會給分離工作帶來一定的難度。2雙水相萃取技術的應用2.1雙水相萃取與生命科學通常，溶劑萃取分離時，由于使用了有機溶劑會使生物大分子（如蛋白質和酶）失活。從20世紀90年代初期，人們致力于應用ATPE技術分離提取蛋白質，避免蛋白質的變性。目前，已成功應用于蛋白質、生物酶、菌體、細胞、細胞器、親水性生物大分子、氨基酸、抗生素以及生物小分子等的分離、純化。特別是近年來，國內外在此方面的研究有很大的進展。例如M6nica等利用聚乙二醇（PEG）/磷酸鹽雙水相體系提取天然發酵物中的堿性木聚糖酶，確定最佳體系是22%PEG6000，10%K2HPO4和12%NaC1，活性酶的產率可達98%。除此以外，在近幾年的報道中雙水相萃取已用于多種蛋白質和生物酶的分離，如牛血清蛋白（BSA）、牛酪蛋白、B-乳球蛋白、血清蛋白；a-淀粉酶和蛋白酶、膽固醇氧化酶、脂肪酶、磷酸甘油酸激酶（PGK）和磷酸甘油醛脫氫酶（GAPDH）、葡糖淀粉酶、L-天門冬酰胺酶等都在雙水相體系中得到較好的分離。B-內酰胺類包括青霉素和頭孢菌素，是應用廣泛的抗生素藥物；大環內酯類抗生素如:紅霉素和乙酰螺旋霉素都利用ATP技術得到了較好的收率；在多肽類抗生素中，用雙水相體系對萬古霉素的提取也得到了滿意的結果。2.2雙水相萃取與天然藥物中藥中含有大量的有機化合物且成分十分復雜，提高中草藥中有效成分提取及分離技術對我國中醫中藥進入國際市場有很大的促進作用。天然活性成分的分離提取和質量控制將是今后重點研究課題，這類具有獨特功能和生物活性的化合物，是疾病預防與治療的基礎物質。主要包括：黃酮、多酚、萜類等。目前，活性成分的提取分離技術還有待發展，雙水相萃取技術作為一種新型的萃取技術已經成功的應用于天然產物的分離純化。近幾年有關雙水相提取天然藥物中有效成分的報道也逐年增多。甘草的主要成分甘草皂甙，又稱甘草酸（Glycyrrhizicacid），采用乙醇/磷酸氫二鉀雙水相體系萃取，分配系數達到12.8，回收率可達98.3%。選用PEG/磷酸鹽體系在一定溫度、pH條件下萃取銀杏浸取液，主要藥用成分黃酮類化合物進入上相，達到分離的目的，最佳條件在25°C，PEG的分子量在1500左右，一般采用較高的相比可以提高萃取率，但是過高會引起上相的體積增多，最佳萃取率可達98.2%。黃苓甙和谷胱甘肽也分別在環氧乙烷和環氧丙烷無規則共聚物(EOPO)/混合磷酸鉀(KHP)體系，以及環氧乙烷和環氧丙烷的無規則共聚物(EOPO)/羥丙基淀粉(PES)所組成的雙水相體系中得到較好的分離，萃取率分別是75.8%和80%以上。天然產物有效成分含量低，難于富集，體系復雜，大分子與小分子、生命與非生命物質共存，特別是存在結構異構體等都使分離提純工作的難度加大。ATPE技術在天然產物的分離和純化等方面還有待進一步研究。參考文獻高劍南，王祖浩.化學教育展望.上海：華東師范大學出版社，2001施良方.教學理論：課堂教學的原理、策略與研究