反胶团萃取专题

LOGO反胶团萃取技术的产生传统的分离方法，如液-液萃取技术很难应用于对生化产品（如蛋白质、氨基酸、抗生素等）的提取与分离，原因在于这类物质多数不溶于非极性有机溶剂，或与有机溶剂接触后会引起变性和失活；而盐析、沉淀、层析、电泳等生化分离方法又不能实现连续和放大操作。因此，针对这两大难题，在20世纪70年代中期反胶团萃取技术就发展起来了。一、概述LOGO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的反胶团（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。一、概述LOGO反胶团萃取的优点分离速度快，具有提纯和浓缩作用2分离料液处理简单，操作方便4选择性好、分离效率高31分离条件温和，能使生物物质保持较高的活性收率33易放大，正萃和反萃同时进行5一、概述反胶团萃取的优点LOGO极性“头”水非极性的“核”非极性“尾”胶团：表面活性剂的极性头部朝外，疏水的尾部朝内，中间形成非极性的“核”。二、反胶团的形成1.胶团与反胶团LOGO二、反胶团的形成反胶团：是指当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。胶团和反胶团的形成均是表面活性剂分子自聚集的结果，具有热力学稳定的有序构造。LOGO极性“头”有机溶剂极性的“核”非极性“尾”反胶团：表面活性剂的极性头朝内，疏水的尾部向外，中间形成极性的“核”。二、反胶团的形成LOGO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、反胶团的形成反胶团的极性核心包括由表面活性剂极性端组成的内表面、平衡离子和水。LOGO、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。该体系结构简单和稳定，反胶团体积较大，适用于等电点较高的、相对分子量较小的蛋白质的分离；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），AOT容易获得，它具有双链，形成反胶团时无需添加辅助表面活性剂且有较好的强度；它的极性基团较小，所形成的反胶团空间较大，有利于生物大分子进入。LOGO、阳离子型，如TOMAC（氯化三辛基甲铵）、CTAB、DAP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。表面活性剂有机溶剂表面活性剂有机溶剂AOTn-烃类(C6～C10)、异辛烷、环己烷、四氯化碳、苯Brij60辛烷CTAB己醇／异辛烷，己醇／辛烷TritonX己醇／环己烷三氯甲烷／辛烷磷脂酰胆碱苯、庚烷TOMAC环己烷磷脂酰乙醇胺苯、庚烷常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂LOGO（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有特异的结合能力，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。2、反胶团体系分类LOGO（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。CMC与表面活性剂的种类有关。3、反胶团的物理化学特性LOGO某些表面活性剂的临界胶束浓度／(mol／L)表面活性剂CMC表面活性剂CMCR8SO4Na0.136R12COOK0.0125R12SO4Na0.00865R12SO3Na0.01R14SO4Na0.0024R12SO4Na0.00865R16SO4Na0.00058R12NH3Cl0.014R18SO4Na0.000165R12N(CH3)3Br0.016R8O(CH2CH2O)6H9.9×10—3R12O(CH2CH2O)6H8.7×10—5R10O(CH2CH2O)6H9×10—4R12O(CH2CH2O)9H1×10—4R12O(CH2CH2O)6H8.7×10—5R12O(CH2CH2O)12H1.4×10—4R14O(CH2CH2O)6H1×10—5R16O(CH2CH2O)6H1×10—6C8H17CH2COOK0.01R16SO4Na5.8×10—4C8H17CH2(COOK)20.35R12CH(SO4Na)R31.72×10—3C10H21CH2COOK0.025R10CH(SO4Na)R52.35×10—3C10H21CH2(COOK)20.13R8CH(SO4Na)R74.25×10—3LOGO（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：W0越大，反胶团的半径越大。3、反胶团的物理化学特性0CW=C水表面活性剂LOGO（2）反胶团含水率W0：当反胶团的含水量W0较低时，反胶团“水池”内水的理化性质与正常水相差悬殊。如：用AOT为表面活性剂时，当W0＜6~8时，反胶团内微水相的水分子受表面活性剂亲水基团的强烈束缚，表观黏度很大，疏水性也极高。随着W0的增大，这些现象逐渐减弱，当W0＞16时，微水相的水与正常的水接近，反胶团内可形成双电层。3、反胶团的物理化学特性LOGO、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。水壳模型疏水区对于亲水性蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型，许多实验也证明了水壳模型的正确性。LOGO、反胶团溶解作用的推动力生物分子溶解于AOT等离子型表面活性剂反胶团相的推动力有：（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。LOGO（1）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。（2）空间排阻作用（3）疏水相互作用LOGO、反胶团萃取原理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。二、反胶团萃取技术LOGO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温度等二、反胶团萃取技术LOGO影响反胶团萃取生物分子的主要因素（1）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。LOGO（2）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。2.影响反胶团萃取生物分子的主要因素LOGO（3）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。2.影响反胶团萃取生物分子的主要因素LOGO（1）萃取蛋白质：利用反胶团萃取技术处理蛋白质或其混合物，包括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。例：浓缩α-淀粉酶、分离蛋白质混合物（2）日化行业中用于化妆品原料及功能性添加剂（植物油、氨基酸、维生素）的提取。（3）在药物中的应用：主要是对各种蛋白质、抗体、抗生素的萃取。反胶团萃取技术的应用LOGO异辛烷反胶团体系，将产物浓缩了8倍1、连续萃取-反萃取浓缩α-淀粉酶LOGO、多步混合/澄清萃取法-----反胶团萃取分离核糖核酸酶、细胞色素C和溶酶菌等三种蛋白质的工艺过程。LOGO=50mmol/L9LOGO研究进展反胶团萃取分离技术工艺流程简单，可实现规模化连续操作，分离效率高且能耗低，但目前还没有合适的分离设备应用于生物产品分离，这在一定程度上限制了其工业应用。与传统分离方法相比，反胶团萃取技术是一个相对年轻的领域，相信随着研究的深入反胶团技术的应用将更加广泛。LOGO