微生物工程工艺与设备萃取分离技术及其设备反胶束

微生物工程工艺与设备萃取分离技术及其设备反胶束第1页/共26页反胶束萃取技术

第2页/共26页主要内容反胶束萃取工艺的发展背景1反胶束萃取及其特点24反胶束萃取的应用反胶束萃取的影响因素3第3页/共26页(1)发展历史

1977年瑞典伦德大学Albertsson首先提出

反胶团萃取分离蛋白质

20世纪80年代生物学家们开始认识到反胶团萃取的重要性国内自20世纪80年代起也开展了反胶团萃取技术研究反胶束萃取工艺的发展进程第4页/共26页反胶束萃取及其特点2第5页/共26页蛋白质等活性物质与有机溶剂接触，易引起其变性蛋白质等活性物质表面带有许多电荷，普通的离子缔合型萃取剂很难奏效现代生物活性物质分离技术的发展需求相对简化的工艺；条件温和，毒性低；分离效率高；易于连续化操作。溶剂萃取被寄予厚望，但有机溶剂萃取存在先天不足：第6页/共26页亲水极性头疏水非极性尾可游离离子一种阴离子型表面活性剂pool

反胶团及其基本性质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。生物分子可溶解在反胶团的亲水微环境中，消除了生物活性物质难溶解在有机相中，或在有机相中发生变性的现象。第7页/共26页反胶团及其基本性质正胶团向水中加入表面活性剂，浓度达到一定值后，将发生表面活性剂分子的缔合或自聚集，形成正胶团。表面活性剂在水溶液中形成胶团的最低浓度称为临界胶团浓度（CMC）。反胶团向有机溶剂中加入表面活性剂（琥珀酸二辛酯磺酸钠，AOT），浓度超过一定值时，形成反胶团。第8页/共26页反胶团的溶解作用反胶团溶解蛋白质的形式，有人提出四种模型：水壳模型；蛋白质分子表面疏水区域直接与有机相接触；蛋白质吸附于反胶团内壁；蛋白质疏水区与几个反胶团的表面活性剂疏水尾相互作用，被几个小反胶团“溶解”。对亲水性蛋白质，普遍接受水壳模型。第9页/共26页第10页/共26页反胶束萃取的影响因素3第11页/共26页12pHvalue

AOT=

二-(2-已基已基)

琥珀酸酯磺酸钠

反胶束萃取的影响因素第12页/共26页静电作用：

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,溶解率或分配系数较大,反之,则不能溶解到反胶团相中。静电相互作用对蛋白质的反胶团萃取经常起决定性作用。第13页/共26页盐（离子）浓度盐浓度W0S&ProZ选择性第14页/共26页空间相互作用

盐浓度增大对反胶团相产生脱水效应,

含水率W0随盐浓度的增大而降低,反胶团直径减小,空间排阻作用增大,pro溶解下降。如，AOT/异辛烷系统的含水率与I-0.5成正比。图中W0与NaCl浓度关系为:图还表示：AOT/异辛烷系统的含水率与AOT浓度无关,这是多数反胶团系统的共性.第15页/共26页①离子强度增大时，反胶团内表面的双电层变薄减弱了蛋白质和反胶团内表面间的静电引力；②反胶团内表面的双电层变薄后，也减弱了表面活性剂极性基团间的斥力，使反胶团变小，从而使蛋白质不能进入其中；③离子强度增大时，增大了离子向反胶团内“水池”迁移并取代其中蛋白质的倾向，从而蛋白质盐析；④盐与蛋白质或表面活性剂相互作用，可以改变溶解性能。第16页/共26页17盐离子的种类

极性基团的电离程度愈大，反胶团内表面的电荷密度愈大，产生的反胶团愈大。第17页/共26页18蛋白质相对分子质量M分配系数m(orK):y–

萃取相浓度x–

萃余相浓度第18页/共26页反胶团萃取实验研究表明:

随着M增大,pro的分配系数(m,溶解率)下降。当M>20KD时,m很小。表明随M增大,空间排阻作用增大,pro的溶解率降低。结果还表明,要据pro间M的差别可以选择性对pro进行萃取分离。第19页/共26页20表面活性剂SA种类B[S]应选萃取率最大时的最佳浓度。第20页/共26页6）疏水性相互作用

aa（氨基酸）的疏水性各不相同,研究表明,除pH和I外,aa或肽的m随aa疏水性的增大而增大。蛋白质的疏水性影响其在反胶团中的溶解形式,因而影响其分配系数。疏水性较大的pro可能以“半岛式”形式溶解第21页/共26页227)助表面活性剂

第22页/共26页反胶束萃取的操作A 萃取的基本方法

B反萃取C分级萃取第23页/共26页24