第八章反胶团萃取

第八章反胶团萃取反胶束萃取技术（Reversedmicellarextraction）是近年来发展起来的一种新型萃取分离技术，主要适合于蛋白质的提取和分离。是利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成一种纳米级的反胶束相来萃取水溶液中的大分子蛋白质。一.反胶束法料液有机相

反胶团萃取

反胶团（reversedmicelles）是两性表面活性剂在非极性有机溶剂中亲水性基团自发地向内聚集而成的，内含微小水滴的，空间尺度仅为纳米级的集合型胶体。是一种自我组织和排列而成的，并具热力学稳定的有序构造。反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性功能：

①具有分子识别并允许选择性透过的半透膜的功能；②在疏水性环境中具有使亲水性大分子如蛋白质等保持活性的功能。反胶团可作为作为生理活性物质以及生物活性大分子的特异性分离场（分离、浓缩等方法）。反胶团萃取技术的特点反胶团萃取技术的突出优点①有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性；②分离、浓缩可同时进行，过程简便；③能解决蛋白质（如胞内酶）在非细胞环境中迅速失活的问题；④表面活性剂往往具有细胞破壁功效，可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶；⑤成本低，溶剂可反复使用等。反胶团的形成反胶团的构造当向水溶剂中加入表面活性剂时，如表面活性剂的浓度超过一定的数值时，形成正胶团。当向非极性溶剂中加入一定量的表面活性剂时，会形成反胶团或反向胶团。在反胶团中有一个极性核心，它包括由表面活性剂极性端组成的内表面、平衡离子和水，被称之为“水池。这个“水池”具有极性，可以溶解具有极性的分子和亲水性的生物大分子。在AOT反胶团中，水合化一分子AOT需要6～8个水分子，而其他水分子则不受束缚，可与普通水一样自由流动，所以当W＞16时，“水池”中的水逐渐接近主体水相粘度，胶团内也形成双电层。胶团变化示意图反胶团的制备1.液液接触法即将含蛋白质的水相与含表面活性剂的有机相接触。2.注入法将含有蛋白质的水溶液直接注入到含有表面活性剂的非极性有机溶剂中去。这种方法的过程较快并可控制反胶团的平均直径和含水量。3.溶解法对非水溶性蛋白质可用该法。将含有反胶团（W＝3～30）的有机溶液与蛋白质固体粉末一起搅拌，使蛋白质进入反胶团中，该法所需时间较长。含蛋白质的反胶团也是稳定的。蛋白质溶解方式示意图

反胶团萃取蛋白质的基本原理

是从主体水相向溶解于有机溶剂相中反胶团微水相中的分配萃取。同时也是一个浓缩操作。改变水相条件可实现反萃取。反胶团萃取蛋白质的示意图

“水壳”模型（water-shellmode））蛋白质向非极性溶剂中反胶团的纳米级水池中的溶解，如图所示的四种可能。①大分子蛋白质被封闭在“水池”中②蛋白质中的亲脂部分直接与非极性溶剂的碳氢化合物相接触③蛋白质被吸附在微胶团的“内壁”上④蛋白质被几个微胶团所溶解，蛋白质向反胶团溶解的可能模型疏静电引力：主要是蛋白质的表面电荷与反胶束内表面电荷（离子型表面活性剂）之间的静电引力作用。空间位阻作用：增大反胶束极性核的尺寸，以减小大分子蛋白进入胶核的传质阻力。反胶束萃取的原理：凡是能够引起静电引力，能够促使反胶束尺寸增大的因素均有利于提高分配系数。这些因素主要是pH、离子强度、表面活性剂种类和浓度等，通过因素优化，实现选择性地萃取和反萃取。反胶束萃取的原理：常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂表面活性剂有机溶剂AOT异辛烷、环己烷、四氯化碳CTAB乙醇/异辛烷、己醇/辛烷Triton-X乙醇/环己烷磷脂酰胆碱苯、庚烷反胶团萃取的工艺过程前萃取将目的蛋白质有选择性地从发酵液中转移到反胶团溶液中。后萃取再用第二种水相溶液从反胶团中将该蛋白质萃取出来。溶液的pH溶液的离子强度表面活性剂的浓度和种类其他（有机溶剂、助表面活性剂、温度）影响反胶团萃取的因素纯化和分离蛋白质、氨基酸、酶、多肽等蛋白质复性、酶活性复性反胶团萃取的应用应用举例

纯化和分离蛋白质如对于溶菌酶和肌红蛋白的混合溶液(两种蛋白质相对分子量相近,等电点分别为11.1和6.8），用二烷基磷酸盐/异辛烷反胶束溶液萃取，并用缓冲液将混合液的pH值调至9.0，则溶菌酶完全进入有机相中，而肌红蛋白则留在水相。液膜：通常是由溶剂、表面活性剂和添加剂制成的。溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用，可以促进液膜传质速度并提高其选择性；添加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。二液膜萃取液膜萃取液膜萃取：通常将含有被分离组分的料液作连续相，称为外相；接受被分离组分的流体，称内相；处于两者之间的成膜的流体称为膜相，三者组成液膜分离体系。液膜把两个组成不同而又互溶的内、外相溶液隔开，并通过渗透现象起到分离作用。液膜的种类液膜根据其结构可分为多种，但具体有实际应用价值的主要有三种：①乳状液膜②支撑液膜③流动液膜液膜萃取定义

液膜是由水溶液或有机溶剂构成的液体薄膜。利用液膜将与之不能互溶的液体分隔开来，使其中一侧的液体中的溶质选择性的透过液膜进入另一侧，实现溶质之间的分离。液膜萃取机理单纯迁移也称物理渗透，是根据料液中各种溶质在膜相中的溶解度（分配系数）和扩散系数的不同进行的萃取分离。

反萃相化学反应促进迁移在有机酸等弱酸性电解质的分离纯化方面，可利用强碱溶液为反萃相，与料液中的溶质发生不可逆的反应而促进溶质的迁移。反向迁移

向膜相内加入流动载体，使供能物质与目标溶质迁移方向相反，这种载体输送方式称为反向迁移，可以实现离子沿反浓度梯度方向迁移。同向迁移

向膜相内加入流动载体，使供能物质与目标溶质迁移方向相同，这种载体输送方式称为同向迁移，也可以实现离子沿反浓度梯度方向迁移。①乳状液膜乳状液膜（emulsionliquidmembrance,ELM）根据成膜流体的不同，分为(W/O)/W和(O/W)/O两种。在生物分离中主要应用(W/O)/W型乳状液膜。(W/O)/W型乳液液膜内水相液膜目标溶质料液②支撑液膜支撑液膜是将固体膜浸在膜溶剂(如有机溶剂中)使膜溶剂充满膜的孔隙形成液膜。支撑液膜分隔料液相和反萃相,实现渗透溶质的选择性萃取。当液膜为油相时，常用的多孔膜为聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯等高疏水性膜。与乳状液膜相比，支撑液膜结构简单，放大容易。③流动液膜是为了弥补上