反胶团萃取技术

反胶团萃取技术一、概述•本质：液-液有机溶剂萃取•特点：反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形成反胶团（reversedmicelles），从而在有机相内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶团的亲水微环境中，消除了生物分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解在有机相中或在有机相中发生不可逆变性的现象。反胶团萃取的优点选择性好、分离效率高分离速度快，具有提纯和浓缩作用分离条件温和，能使生物物质保持较高的活性收率分离料液处理简单，操作方便易放大，正萃和反萃同时进行二、反胶团的形成1.胶团与反胶团极性“头”水非极性“核”非极性“尾”极性“头”有机溶剂极性的“核”非极性“尾”胶团反胶团二、反胶团的形成反胶团：是指向非极性溶剂中加入表面活性剂时，当表面活性剂的浓度超过临界胶团浓度（CMC）时，会在非极性溶剂内自发形成亲水头部向内、疏水尾部向外的具有极性内核的表面活性剂聚集体。与在水相中形成的微胶团方向相反，因此称为反胶团或反向胶团。通常反胶团的极性内核在溶解了水后在内核中形成“微水相”或“水池”，可以进一步溶解蛋白质、核酸、氨基酸等亲水性的生物大分子。胶团的屏蔽作用使这些物质不与有机溶剂直接接触，而“水池”的微环境又保护了生物物质的活性，从而达到了溶解和分离生物物质的目的。二、反胶团的形成2、反胶团体系的分类（1）单一表面活性剂反胶团体系：A、阴离子型。在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性剂（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠，简称AOT）。适用于等电点较高的、相对分子量较小的蛋白质的分离。B、阳离子型，如TOMAC（氯化三辛基甲铵）、CTAB（溴代十六烷基三甲胺）等。该体系适用于等电点较低的、相对分子量较大的蛋白质的分离。C、非离子型表面活性剂，能形成更大的反胶团体系，能分离相对分子量更大的蛋白质，但这类体系容易乳化。二、反胶团的形成2）混合表面活性剂反胶团体系：是指两种或两种以上表面活性剂构成的体系，一般来说，混合表面活性剂反胶团对蛋白质有更高的分离效率。3）亲和反胶团体系：是指除了有组成反胶团的表面活性剂以外，还有具有亲和特征的助剂，它的亲和配基与蛋白质特异性的结合，往往极少量亲和配基的加入就可使萃取蛋白质的选择性大大提高。二、反胶团的形成3、反胶团的物理化学特性1）反胶团的临界胶团浓度表面活性剂在非极性有机溶剂相中能形成反胶团的最小浓度称为临界胶团浓度（CMC）。大多数表面活性剂的CMC在0.1~1.0mmol/L之间。2）反胶团含水率W0：W0是指有机相中水和表面活性剂的摩尔浓度之比。即：0CW=C水表面活性剂W0越大，反胶团的半径越大。二、反胶团的形成4、反胶团的溶解作用由于反胶团内存在微水池，故可溶解氨基酸、脂肪和蛋白质等生物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。因此，反胶团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白质等生物分子的分离纯化，特别是蛋白质类生物大分子。水壳模型疏水区二、反胶团的形成5、反胶团溶解作用的推动力（1）表面活性剂与蛋白质的静电相互作用；（2）反胶团与生物分子间的空间排阻作用；（3）疏水性相互作用。三、反胶团萃取技术从宏观上看反胶团萃取，是溶质在有机相－水相间的分配萃取，和普通的液液萃取在操作上具有相同特征。微观上，则是指溶质从主体水相向溶解于有机溶剂相中的反胶团微水相中的分配萃取。1、反胶团萃取原理三、反胶团萃取技术2.影响反胶团萃取生物分子的主要因素水相pH值的影响水相离子强度的影响助表面活性剂的影响温度等四、反胶团萃取技术的应用α-淀粉酶、细胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、过氧化氢酶等。萃取蛋白质日化行业反胶团超临界CO2萃取药物反胶团萃取技术的应用提取化妆品原料及功能性添加剂（植物油、氨基酸、维生素）等对各种蛋白质、抗体、抗生素的萃取。pH值对蛋白质溶解率的影响图盐浓度对蛋白质溶解率的影响多步混合/澄清萃取法分离蛋白质混合物反胶团-超临界CO2萃取超临界CO2萃取的应用范围比较广,但CO2对于亲水性分子、相对分子质量高的物质如氨基酸,蛋白质和许多聚合物以及金属离子的溶解能力非常低。一种使得CO2能够适合溶解这些分子的方法就是采用表面活性剂创造反胶团或微乳液环境。四、反胶团萃取技术的应用聚-(六氟环氧丙烷)是目前发现的最亲CO2的可溶性聚合物。适合在超临界CO2中形成反胶团的表面活性剂的三个标准:1)表面活性剂尾端应具有高亲CO2性。这要求内聚能较低。CO2尾端相互作用较强,以促进在CO2中的分布,包围水界面的弯曲度。还有胶团-胶团相互作用较弱。2)表面活性剂的极性头端不能过于分散,尾端最好有多条分支,以促进在水和CO2界面形成分散的空间结构。3)表面活性剂头端应和水形成氢键,作为聚集的动力。否则,表面活性剂在CO2中可能形成凝相而不是反胶团。五、反胶团萃取设备1、膜萃取器膜萃取器有管状超滤膜和中空纤维膜两种。1）管状超滤膜用管状陶瓷超滤膜截留含有磷脂酶的反胶团，实现了对生物产品的部分分离。含有磷酯酶的发酵液经过泵进入到陶瓷超滤膜组件中，磷酯酶被截留在膜内，萃余相则返回到反应器，从而实现磷酯酶的分离。五、反胶团萃取设备2）中空纤维膜中空纤维管是另一类被广泛用于液-液分离的膜萃取器。它具有很大的比表面积，且与反胶团技术相结合能减少蛋白质的失活，是一项很有实用前景的生物分离技术。五、反胶团萃取设备2、离心萃取器反胶团溶液-水-蛋白质所组成的萃取体系，由于表面活性剂的存在，界面张力低，易乳化。另外，由于萃取的目标产物是蛋白质，易变性失活。为了尽量避免蛋白质的变性，应尽量缩短操作时间，因而反胶团离心萃取是一项很合适的蛋白质萃取分离技术。五、反胶团萃取设备3、混合澄清槽混合-澄清式萃取器是一种最常用的液-液萃取设备，该设备由料液与萃取剂的混合器和用于两相分离的澄清器组成，可进行间歇或连续的液-液萃取。但该设备最大的缺点是反胶团相与水相相混合时，混合液易出现乳化现象，从而增加了相分离时间。五、反胶团萃取设备4、微分萃取设备1）喷淋塔萃取器喷淋塔是一种应用广泛的液-液微分萃取设备，具有结构简单和操作弹性大等优点，在反胶团萃取方面受到了人们的关注。尤为重要的是，当用于含有表面活性剂的反胶团体系时，所需输入的能量很低，故不易乳化，从而缩短了相分离时间。但喷淋塔的缺点是连续相易出现轴向反混，从而降低萃取效率。五、反胶团萃取设备2）转盘萃取塔转盘萃取塔（RDC）可用于蛋白质的萃取分离。右图是RDC萃取蛋白质的示意图，反胶团相为分散相，水相为连续相。转盘塔的优点是单位塔高的效率高、高产量、操作弹性大和低能耗等。缺点是体系易出现乳化和返混现象。Thankyou！静电相互作用反胶团萃取一般采用离子型表面活性剂制备反胶团相，因此这些表面活性剂所形成的反胶团内表面带有负电荷或正电荷。当改变水相pH值可使蛋白质表面带正电荷(pHpI)或负电荷(pHpI)，通过与表面活性剂发生强烈的静电相互作用，使蛋白质溶解在反胶团中。理论上，当溶质所带电荷与表面活性剂相反时，由于静电引力的作用，溶质易溶于反胶团，静电引力越大溶解率或分配系数较大，反之，则不能溶解到反胶团相中。水相pH值的影响表面活性剂的极性头朝向反胶团的内部，使反胶团的内壁带有一定的电荷，而蛋白质是一种两性电解质，通过改变水相pH值可改变蛋白质的表面电荷。当蛋白质所带电荷与反胶团内所带电荷的性质相反时，由于静电引力，可使蛋白质转移到反胶团中。通过改变水相pH，由于静电斥力，可使蛋白质从反胶团相反萃取到水相中。水相离子强度的影响a：离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽的程度，降低了蛋白质分子和反胶团内壁的静电作用力。b：减小了表面活性剂极性头之间的相互斥力，使反胶团变小。这两方面的效应都会使蛋白质分子的溶解性下降，甚至使已溶解的蛋白质从反胶团中反萃取出来。助表面活性剂的影响蛋白质的分子量往往很大，超过几万或几十万，使表面活性剂形成的反胶团的大小不足以包容大的蛋白质，而无法实现萃取，此时加入一些非离子表面活性剂，使它们插入反胶团结构中，就可以增大反胶团的尺寸，溶解相对分子质量较大的蛋白质。