生物工业下游技术

反胶团萃取技术李**（广西大学行健文理学院，广西南宁530005）摘要摘要摘要摘要：反胶团是一种新型提取分离技术,具有防止生物大分子失活、变性等优良特性。综述了反胶团的原理、含水率、pH、表面活性剂、助表面活性剂、离子浓度、萃取时间等因素对反胶团萃取的影响及反胶团的应用,并对今后的发展进行展望。关键词：反胶团;萃取;影响因素；展望。ReversedmicellarextractionLiShengHui(CollegeofXingJianWenLi,GuangxiUniversity,GuangXiNanning530005)Abstract:Abstract:Abstract:Abstract:Reversedmicelleshadthepropertyofprotectingbiomacromoleculesfromdeactivationanddenature.Thispaperreviewedthecharactersandapplicationsofreversedmicelles,andthefactors,whichwerewatercontent,pH,surfactant,cosurfactant,iconconcentration,andextractiontime,effectedonreversedmicellesextraction.Andfuturedevelopmentprospects.KeyKeyKeyKeywords:words:words:words:reversedmicelles;extraction;influencingfactors；prospects.生物产品的分离与一般的化工产品不同,它既要求有较高的提取率,又要求较高的活性保持率。传统的分离方法,如液—液萃取技术,尤其是有机溶剂液-液萃取技术,由于具有操作连续,多级分离,放大容易和便于控制等优点,而在化工、石化等工业中饱受青睐。反胶团萃取就是在这一背景下(80年代中期)发展起来的。反胶团(ReversedMicelles)是宏观上透明均一的热力学稳定体系。决定反胶团结构大小的一个重要参数是水与表面活性剂摩尔浓度之比W0。反胶团依靠静电作用、范德华力、氢键作用等使物质通过油水相的界面进入微胶团。反胶团萃取具有选择性高、萃取过程简单,且正向萃取、反向萃取可同时进行,并能有效防止大分子失活、变性等优良特性,因此在制药、食品工业、农业、化工等领域的应用得到了大量研究和开发[1]。本文着重目前反胶团萃取技术的研究进展,并对今后的发展进行展望。1反胶团萃取的作用机理1.1反胶团萃取的作用机理反胶团萃取类似于液—液萃取,如目的蛋白质从水相中溶解到非极性有机溶剂中的反胶团微水相内。因为表面活性剂像膜一样保护了萃取到微水相中的蛋白质,使蛋白质不与有机溶剂直接接触,所以蛋白质不会变性;如果再改变离子浓度、pH等条件就可把目的蛋白质反萃取到水中[2]。而反胶团的形成与大小也与此类诸多因素有关,一般测量电导率来判断是否形成了反胶团。形成反胶团之后,体系的渗透压、浊度、表面张力、当量电导都会出现明显改变。2反胶团萃取的影响因素2.1表面活性剂和助表面活性剂常用的形成反胶团的表面活性剂有：二(2-乙基已基)丁二酸磺酸钠(AOT)、吐温(Tween)类非离子表面活性剂、山梨糖醇酯类(Span)、各种聚氧乙烯类表面活性剂、烷基三甲基卤化铵和磷脂类等。不同类型的表面活性剂对酶活性的影响有很大的差异。Rees等人比较了五种微生物脂肪酶在不同W/O微乳液中的活性,并证实了内酯酶的活性在AOT体系中高于CTAB体系;脂肪酶的稳定性在CTAB体系中较高,但是当AOT体系中含水量降低时,其稳定性提高。Paoloviparelli等人[3]对α-胰凝乳蛋白酶活性的研究也表明,表面活性剂的种类对酶活性的影响较大,且酶活性随阳离子表面活性剂的聚集而改变。如非离子表面活性剂TX100和Pog,使酶活性降低7.8%(与纯溶液相比);阳离子表面活性剂CTABr使酶活性降低25%。同时CTPABr使SpNA的活性升高83%,使GpNA升高140%。表面活性剂的化学结构对反胶团也有影响。随着表面活性剂链长度的增加,其内部作用强度和界面密度降低,导致胶团的交换速度和渗透速率降低。通常渗透能提高液滴内部的作用及物质交换速度。表面活性剂的浓度也会影响反胶团的萃取。常用的几种表面活性剂不能满足发展的需要。由于表面活性剂合成费用高,因此研究开发廉价、高效、无毒的生物表面活性剂是未来的发展趋势。2.2pH在胶团的微环境中,pH作用机理目前尚不清楚。但胶团的形成受缓冲液的pH的影响已得到公认。PetersenS.B.等人的研究表明,忽略pH的测量,酶的离子基团受微环境的影响,其电离状态对底物的内部作用及产物抑制有重要影响。SonsolesPiern-vehizguez等[4]的研究表明,在W0一定,随pH上升,酶活性增强。如在W0=10时,pH=9时的酶活性是pH=7.3时的四倍。2.3溶剂体系的影响溶剂的性质,尤其是极性,对反胶团的形成和大小都有影响,常用的溶剂有:烷烃类(正己烷、环己烷、正辛烷、异辛烷、正十二烷等)、四氯化碳、氯仿等等。有时也用添加助溶剂,如醇类(正丁醇等)来调节溶剂体系的极性,改变反胶团的大小,增加蛋白质的溶解度。2.4温度的影响温度对反胶团的生物催化反应的影响同对其他溶液一样。当温度升高到一定时,反应活性达到最大。KazumistuNaoe[5]等人的研究表明:在DK-F-110体系中,40℃时脂肪酶的反应活性最大,随温度升高,脂肪酶活性降低。Claudiashah等人[6]的研究证明了这一点。同时,较高温度和高液滴浓度导致渗透,从而引起电导性和双交联结构的形成。3反胶团萃取技术的应用3.1提取蛋白质由于反胶团的屏蔽作用使蛋白质不与有机溶剂直接接触,而水池的微环境又保护了蛋白质的活性[7],从而达到溶解、分离、浓缩蛋白质的目的。目前,研究较广泛的是对a-淀粉酶、细胞色素-c、溶菌酶[8]等蛋白质的分离提纯。3.2反胶团—超临界CO2萃取超临界流体是状态超过气液共存时的最高压力和最高温度下物质特有的点临界点后的流体,而CO2是超临界流体萃取中应用较广泛的流体,但对亲水性分子、相对分子质量高的物质如氨基酸、蛋白质和许多聚合物、金属离子的溶解能力非常低,这限制了超临界CO2萃取技术的广泛应用[9];但丁一刚等[10]研究重金属离子的分离应用了超临界CO2萃取和反胶团结合,使萃取率达到了90%以上。3.3分离金属离子反胶团萃取金属离子一般在高酸度条件下,这是金属离子反胶团萃取的特征。研究较广泛的是从磷酸中萃取出金属离子杂质。在余静等人的研究中[11],采用DNNSA和煤油构成反胶团来萃取磷酸中的镁离子,发现氢离子浓度的增加会抑制萃取反应的进行,磷酸浓度越高,萃取越难进行。被萃取的镁离子也不是简单地增溶入DNNSA反胶团,而是与反胶团发生了化学反应,萃合物组成为MgD2·6HD。3.4制备纳米材料纳米材料性能优越,近来研究发现反胶团也可制备纳米材料,这为反胶团的应用扩展了新的空间。如王敦举等[12]以NTO(一种纳米级高能炸药,具有高威力、低敏感性等特点)为提取目标做了试验,以Span80/Tween80、正己醇、液体石蜡构成反胶团萃取NTO,在温度为25—30℃、真空度为-0.6—-0.85MPa的条件下均匀萃取出10—30nm的NTO颗粒。3.5酶催化反应反胶团体系作为酶反应介质,具有组成灵活、热力学稳定、界面积大,可通过相调节来实现产物回收等优点。崔茂金等[13]在AOT/异辛烷反胶团体系中鉴定了纤维素酶降解的最佳条件,最佳W0为3.18、最佳酸度为5.09、最佳温度为318.90K。4开发与应用展望目前,反胶团技术大多还处于实验室阶段,它们的微结构与蛋白质萃取的选择性之间的规律、蛋白质与表面活性剂的相互作用、萃取机理等尚需进一步的探讨;表面活性剂合成费用高,开发廉价、高效、无毒的生物表面活性剂是未来发展的趋势;如何萃取分子量大的蛋白质,如何最大限度的保持蛋白质的活性,也是值得研究的课题;同时反胶团技术在制备纳米粒子,模拟酶膜反应器以及用作生物探针等诸多方面都显示了强大的优势,但都需要在理论和实践方面多加探讨。可以相信,随着研究的不断深入,利用反胶团萃取技术对蛋白质等生物产品进行大规模的分离和纯化已为时不远。参考文献[1]彭运平,何小维,吴军林.生物物质的分离新技术——反胶团萃取[J].生命的化学,2003,23(4)311-313.[2]于艳春,钱保华,李咏梅,等.反胶团法在蛋白质萃取及超细微粒制备方面的研究进展[J].淮海工学院学报,2004,13(4)43-47.[3]Paoloviparelli,FrancescoAlfani,MariaCantarella.JofMolecularCatalysisB,2001,1~8.[4]Sonsolespiern-vehizguez.JournalofMolecularCatalysisB:Enzy-matic,2001,49~55[5]KazumitsuNaoe,TomomiOhsa,etal.BiochemicalEngineeringJournal,2001,9:67~72.[6]Claudiasha,SubramaniSellappan,etal.ProcessBiochemisty,2000,971~975[7]张桂菊,徐宝财.反胶团技术应用研究进展[J].精细化工,2005,(1)4-7.[8]凤权,汤斌.溶菌酶分离纯化方法的研究进展[J].生物学杂志,2006,23(1)5-7.[9]杨静,李淑芬.反胶团在超临界CO2萃取中的应用[J].化学工业与工程,2003,20(6)476-480.[10]丁一刚,黄海涛,田志高.超临界CO2中络合反胶团萃取痕量重金属的研究[J].襄樊学院学报,2009,30(5)5-9.[11]余静,刘代俊,杜怀明.反胶团萃取磷酸溶液中的镁[J].高校化学工程学报,2008,22(3)401-406.[12]王敦举,张景林,王金英,等.制备纳米NTO反胶团微乳液体系的优化设计研究[J].理论与探索,2007,(1)43-45.[13]崔茂金,刘海莹,侯婷婷,等.反胶束中纤维素酶降解最佳条件的微量量热法研究[J].曲阜师范大学学报,2008,34(2)85-88.