从用过的水性两相体系中分离和回收聚乙二醇的方法

摘要

本发明涉及从用过的水性两相体系(ATPS)中分离和回收聚乙二醇(PEG)的方法。更特别地，本发明涉及通过应用微波能量从用过的水性两相体系中回收PEG。

说明书

发明领域

本发明涉及从用过的水性两相体系(ATPS)中分离和回收聚乙二醇(PEG)的方法。更特别地，本发明涉及通过应用微波能量从用过的水性两相体系中回收PEG。

发明背景

使用水性两相体系(ATPS)进行萃取广泛地应用于生物学产物的分离、浓缩和纯化，例如来自发酵肉汤和细胞培养基的蛋白/酶、病毒、细胞和其它生物材料。使用ATPE十分显著地降低了水处理量、去除了细胞碎片、多糖、核酸等，并减少了后续处理步骤的数量。ATPE在工业规模广泛应用的主要障碍在于相形成聚合物的高成本，以及在生物分子萃取后对相形成聚合物进行处理引起的环境问题。所以，需要在生物分子萃取后从ATPS中分离和回收所述聚合物。目前，在生物分子萃取后应用聚合物相循环是为了提高所述方法的经济性。然而，在这一方法中，存在着原本存在于所述聚合物中的杂质不但没有同所述生物分子分离反而进入到所述相体系的可能。在大规模操作中，这导致了所述生物分子的所需纯度水平降低。由于能量需求较高并且生成和维持所需真空需要特殊设备，因此诸如蒸发和真空干燥的常规方法对从ATPS回收所述聚合物来说在经济上是可行的。而且，由于大量水与所述聚合物结合在一起，这些方法也需要较长的时间来完成对PEG的回收。所以需要一种从在生物分子萃取后的废两相体系中完全回收PEG的经济上可行的方法。而且，也需要以最少的能量消耗和更快的速率，应用诸如微波场的外部场及常规热空气干燥技术来从用过的ATPS中分离和完全回收PEG。

参照(哈里思和雅帕尼(Harries and Yalpani)，1985，Polymer-ligands usedin affinity partitioning and their synthesis(亲合分配中使用的聚合物配体及其合成)。″Partitioning of aqueous two-phase systems″(水性两相体系的分配)沃特(Walter)等编辑，589-626页，Academic Press(学术出版社)，纽约)以干燥形式回收PEG可以通过冷却产生重结晶或用醚进行沉淀来实现。在这一方法中，使用诸如醚的化学试剂是所不希望的，甚至是有害的，因为所回收的聚合物必须再次用于生物分子的萃取。而且，需要额外步骤来去除醚。此外，另一种获得干燥PEG的办法是在真空中将温度保持在110-120℃。这种方法回收PEG需要很长时间，并且真空条件的使用也使其在经济上对大规模操作是不可行的。

参照了两段水性两相体系富含聚合物相的循环，该体系用于回收酵母大体积蛋白、丙酮酸激酶和延胡索酸酶(帕洛马尔和黎迪艾特(Palomaresand Lyddiatt)，1996，J.Chrom.B，680，81-89)。然而，在这一方法中，当聚合物循环时，由于在所述循环的聚合物相中存在杂质，聚合物部分与所述生物分子一起循环，而且所得的蛋白纯化水平也很低。

还参照了(约翰森(Johansson)，1994，Methods in Enzymology(酶学方法)，228卷，571页)，其中使用环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物来形成所述相体系。这些聚合物是通过升高温度来回收的。然而，在这一方法中，所述聚合物是以两种聚合物的混合物形式回收的。可发现此处涉及的所有方法都涉及通过沉淀、重结晶或通过真空或将聚合物循环或以两种聚合物的混合物形式来对聚合物进行回收。通过形成ATPS，这些方法被用于后续的生物分子分离、萃取和纯化。这一方法更适合于仅回收热固性的聚合物，而不适合分离和回收PEG。

目前还没有通过应用诸如微波场的外周场从ATPS中回收干燥PEG的文献报道。

发明目的

本发明的主要目的是提供从用过的ATPS中分离和回收PEG的方法。

本发明的另一目的是开拓微波场和热空气干燥联合在从ATPS中回收PEG中的应用。

本发明的又一目的是提供从ATPS中充分分离和回收PEG的更快更经济的方法。

本发明的再一目的是促进工业上重要生物分子的简便分离。

发明概述

因此，本发明提供了从用过的水性两相体系中分离和回收PEG的方法(如图1所示)，包括：

a)从用过的ATPS中分离富含聚乙二醇(PEG)的顶层相。

b)将所分离的富含PEG的相置于微波炉(4)内的频率900-2450MHz、功率输出175-800瓦的微波场中。

c)将所述富含PEG的相暴露于微波场1.5-3分钟，或直到所述分散体析出水分形成两相从而形成底层相和富含PEG的顶层相；

d)分离所述富含PEG的顶层相，并将其在干烤箱中在100-105℃干燥45-60分钟，从而以94-95％的回收率得到干燥的粉状PEG。

在本发明的另一实施方案中，上述方法可用于对分子量为1,500-20,000的PEG进行分离和回收。

附图的简要说明

图1是本发明实验方案的示意图。

发明的详细说明

现参照显示所述实验方案示意图的附图1对本发明进行说明。在图1中，将富含PEG的顶层相与所述盐分离，或将其它富含聚合物相(1)盛放在分液漏斗中，该漏斗放置在位于微波炉(4)内的支架(3)上，微波炉(4)从磁电管(5)以特定频率和功率强度向所述富含PEG相(1)发射微波场。在暴露于微波场后，所述富含PEG的顶层相形成两相，只将顶层富含PEG的相分离到培养皿中，并在干烤箱中在105℃(6)进行干燥从而得到干燥的PEG。

本发明方法包括从用过的水性两相体系中对PEG进行分离和回收，包括(如图1所示)

(a)从用过的ATPS中分离富含PEG的顶层相。

(b)将所分离的富含PEG的相置于微波炉(4)内的频率为900-2450MHz、功率输出为175-800瓦的微波场中。

(c)将所述富含PEG的相暴露于微波场1.5-3分钟，或直到所述分散体析出水分形成两相从而形成底层相和富含PEG的顶层相；

(d)将所述富含PEG的顶层相分离，并在干烤箱中在100-105℃干燥45-60分钟，从而以94-95％的回收率得到干燥的粉状PEG。

上述方法可用于对分子量1,500-20,000的PEG进行分离和回收。

在本发明中，将分离的顶层富含PEG的相盛放在分液漏斗中，该漏斗放置在位于微波炉内的支架上。通过磁电管产生微波场，直到在所述富含PEG的相中观察到剧烈的运动。撤去微波场，使所述富含PEG的相在室温冷却。冷却后的富含PEG的相明显分为两相，随后将其分离并进行初始称重。所分离的顶层相和底层相随后在干烤箱中在105℃干燥以去除残留的水。记录干燥的顶层和底层相的重量，并与干燥前的初始重量进行比较从而计算出PEG的回收率。此外，对所回收的PEG的物理性质如密度、粘度、水分含量等进行评估，结果如表1所示。而且，在对从新鲜PEG和回收PEG制备的相体系进行的分配研究中，分配系数没有变化。

表1  使用微波场对PEG进行回收

微波方式(仅有微波加热)相体系暴露前的顶层相，g暴露时间，分钟暴露后分离的富含PEG相，g干燥后的富含PEG的相，g回  收率％富含PEG相的密度kg/m³之前   之后富含PEG相的粘度mPas之前   之后16.07/10.13 30.0 1.5 23.6 10.17 941082.5 1082.926.95  29.8合并方式(微波/对流加热)16.07/10.13 30.0 3.0 22.6 11.1 951082.5 1081.926.95  28.48

在常规方法中，与PEG结合的水通过在110-120℃真空干燥，或通过用诸如醚的化学试剂进行沉淀来去除。此外，真空干燥较为缓慢且难以扩大规模，而所需真空的产生和维持也需要昂贵的设备。换言之，由于大量的水与所述PEG共存，PEG回收本身是非常烦琐的。

本法明的新颖性在于，微波场的应用导致与所述PEG共存的游离水分子产生偶极旋转，以及温度上升。温度升高使得PEG更加疏水，从而将水排出富含PEG的相。这形成了分离的底层相及一定量的从富含PEG相析出的盐。从富含PEG的相中除去水使得可以用相对更短的时间和更低的能量消耗通过热空气干燥来更快地回收PEG。

以下实施例仅是以对本发明进行示例性说明的方式给出的，而不应理解为对本发明范围的限制。

实施例1

将30g从含有16.07％PEG和84％水的ATPS(1)中分离得到的富含PEG的顶层相盛放在分液漏斗(2)中，该漏斗放置在位于微波炉内的支架(3)上。将所述分离的富含PEG的顶层相暴露于由磁电管(5)产生的微波场，其在整个实验过程中设置成频率为2450MHz的微模式使温度保持在110℃。所述实验一直进行到所述分散体形成两相(持续时间为1.5分钟)。将所述顶层和底层相分离并分别在温度保持在105℃的干烤箱中干燥。对所得产物进行评估，其PEG回收率为94％。

实施例2

将30g从含有16.07％PEG和84％水的ATPS(1)中分离得到的富含PEG的顶层相盛放在分液漏斗(2)中，该漏斗放置在位于微波炉内的支架(3)上。将所述分离的富含PEG的顶层相暴露于由磁电管(5)产生的微波场，其在整个实验过程中设置成频率为2450MHz的微模式，使温度保持在120℃。所述实验一直进行到所述分散体形成两相。将所述顶层和底层相分离并分别在温度保持在105℃的干烤箱中干燥。对所得产物进行评估，其PEG回收率为95％。

本发明的主要优点

1.显著促进了从ATPS中简单和有效地回收PEG。

2.能够克服PEG处理引起的环境危害。

3.与聚合物回收的常规技术相比能够具有对PEG进行更有效和更快的回收。

4通过消除沉淀剂的使用，能够克服PEG工业化回收方法中的主要瓶颈。

根据本发明，这些都可以通过去除水以及不使用沉淀剂来实现，从而大幅降低了PEG回收的成本，并且得到了不含化学试剂(如盐和沉淀剂)的PEG。