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反胶团萃取

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第八章_反胶团萃取

第八章_反胶团萃取

W越大，反胶团的半径越大
（2）反胶团的制备
① 注入法
② 相转移法
③ 溶解法
三、 生理活性物质的分离农缩
1、反胶团萃取原理
蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有机溶剂 相和水相两宏观相界面间的表面活性剂层 ,同邻近 的蛋白质分子发生静电吸引而变形 ,接着两界面形 成含有蛋白质的反胶团 ,然后扩散到有机相中 ,从 而实现了蛋白质的萃取。(可能机理） 改变水相条件 (如pH值、离子种类或离子强度 ) , 又可使蛋白质从有机相中返回到水相中 ,实现反萃 取过程。
案例二：
使用二级混合-分离型萃取流程，用TOMAC/0.1%辛醇-异辛烷的
溶液体系连续分离-淀粉酶，浓缩了17倍。(图)
案例三 ： 胞内酶的提取
作业：
第八章 反胶团萃取
1.概念：反胶团；反胶团的临界胶团浓度 2.反胶团萃取的优点有哪些？ 3.如何用反胶团萃取技术分离核糖核酸酶a、细胞色 素c和溶菌酶？
水

极性“头”
微胶团：水溶液中
表面活性剂的极
性头朝外，疏水 的尾部朝内，中 间形成非极性的 “核”
非极性的 “核”
非极性“尾”
非极性有 机溶剂

极性“头”
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”
极性的“核” 反微团内溶解的水称为微水相或水池
非极性“尾”
第八章、反胶团萃取
一、概述
反胶团(Reversed Micelles)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。

反胶团萃取技术

反胶团萃取技术

反胶团萃取法，亦称“逆胶束萃取法”。

利用反相微胶团在油相中形成的亲水空穴能选择性地溶解某些蛋白质分子的特性,来分离萃取蛋白质分子的一种方法。

反相微胶团是指油相中表面活性剂浓度超过临界胶团浓度后,在非极性油溶液中形成的聚集体,其内腔由表面活性剂分子的亲水头构成,外面被伸向连续油相的憎水尾部所包围,这种结构使其在连续油相中形成了许多亲水空穴,水相中的极性分子有可能溶解在油相中。

如水相中含有几种蛋白质,可调节系统的条件,使某些蛋白质溶于胶团中,而其他蛋白质则不能,以此达到分离的目的。

该法已成功地通过控制pH和氯化钾浓度,实现了α-核糖核酸酶、细胞色素C和溶菌酶的分离以及α-淀粉酶的连续萃取和反萃取操作。

反胶团萃取

反胶团萃取

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，其中 应用最多的是阴离子型表面活性剂AOT，阳离子型表面活性剂主 要有氯化三辛基甲铵和溴化十六烃基三甲胺等季铵盐。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。因此，当水 相pH值偏离蛋白质等两性电解质的等电点时，由于溶质带正电荷 (pH<pI)或负电荷(pH>pI)，与表面活性别发性强烈的静电相互作 用，影响溶质在反胶团相的溶解率，即在两相间的分配系数。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。
(2)反胶团内酶反应动力学行为与在正常的水相中相似， 活性与pH的关系同样表现为钟状曲线。
3、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
主物分子间的空间相互作用；
3、疏水性相互作用。 这些因素对生物分子的溶解率(萃取率)都有重要影 响，其中静电相互作用是最主要的。
经验式推算：
式中右侧第一项为反胶团的水核直径，第二项 (2.4nm)为AOT分子长度的二倍。一般反胶团的W0不超过 40。因此，根据上式，利用AOT形成的反胶团水核直径 一般不超过12nm，可大致容纳一个直径为5—10nm的蛋 白质。当蛋白质分子与反胶团直径相比大得多时，则难 溶解于反胶团中。
2、反胶团的溶解作用
4、萃取及反萃取动力学
水相中的溶质加入反胶团相需经历三步传质过程： 通过表面液膜扩散从水相到达相界面； 在界面处溶质进入反胶团中； 含有溶质的反胶团扩散进入有机相。
反萃取操作中溶质亦经历相似的过程，只是方 向相反，在界面处溶质从反胶团内释放出来。
F:\临时\反胶团萃取.pdf

反胶团萃取

反胶团萃取

反胶团萃取原理与过程
反胶团萃取原理与过程
关于反胶团溶解蛋白质的形式，目前有四种模型：
a、水壳模型：蛋白质 位于水池的中心，周围 存在的水层将其与反胶 团壁隔开；
反胶团萃取原理与过程
b、半岛模型：蛋白质 表面存在强烈疏水区， 该区直接与有机相接触；
c、蛋白质吸附于反胶 团内壁；
d、蛋白质疏水区与几 个反胶团的疏水尾发生 相互作用，被几个小反 胶团所“溶解”。
对于包含大蛋白分子的反胶团，其尺寸远大于“空核” 的反胶团，萃取时势必要消耗较多的能量，这些能量只 能通过较强的静电相互作用得到补偿。用调节pH的作用 来增加蛋白质分子表面电荷的方法，正是达到增强静电 作用的一条途径。
影响反胶团萃取蛋白质的主要因素
（2）离子强度对萃取率的影响
离子强度的影响主要是由离子对表面电荷的屏蔽作用 所决定的：
胶团与反胶团的形成
（3）溶解法：用反胶团溶
液与固体蛋白质粉末一起 搅拌使蛋白质进入反胶团。 该法所需时间较长，适用 于水不溶性蛋白质。 说明反胶团“水池”中的 水与普通水的性质有区别。
反胶团萃取原理与过程
反胶团萃取原理：
从宏观上看反胶团萃取，是有机相－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，是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。
（3）表面活性剂类型的影响
选用有利于增强蛋白质表面电荷与反胶团内表面电荷间 的静电作用和增加反胶团大小的表面活性剂。 （4）表面活性剂浓度的影响 增大表面活性剂的浓度可增加反胶团的数量，从而增大 对蛋白质的溶解能力。
影响反胶团萃取蛋白质的主要因素
（5）离子种类对萃取的影响
通常反胶团中表面活性剂的极性基团不是完全电离的，极性基团的 电离程度愈大，反胶团内表面的电荷密度愈大，产生的反胶团也愈 大。

反胶团萃取的原理

反胶团萃取的原理

反胶团萃取的原理
反胶团萃取是一种从溶液中去除胶体颗粒的方法。

它利用与胶体颗粒相反的电荷特性，通过添加电荷相反的染料或胶体颗粒，使胶体颗粒与添加剂发生吸附作用，形成重叠反胶团结构。

这些重叠的反胶团结构会相互吸引，从而形成更大的聚集体，使胶体颗粒变得更易沉淀。

该方法的原理是通过添加电荷相反的剂量，改变胶体颗粒表面的电荷性质。

胶体颗粒通常具有带负电或带正电的表面电荷分布，造成它们在溶液中的稳定分散。

当添加具有相反电荷的反胶团剂，如阳离子染料或阳离子胶体颗粒时，这些反胶团剂会吸附到胶体颗粒表面，改变胶体颗粒电荷的分布。

反胶团剂与胶体颗粒的吸附作用导致胶体颗粒之间的吸引力增强，形成更大的组块。

这些组块比起单个胶体颗粒更重，因此在重力或离心力的作用下更容易沉淀。

此外，重叠的反胶团结构还可以通过减少胶体颗粒与溶剂之间的接触面积，进一步促进沉淀。

反胶团萃取方法简单易行，并且可以有效地去除溶液中的胶体颗粒。

通过调整反胶团剂的剂量和溶液的pH值等条件，可以
控制胶体颗粒的去除效果。

然而，需要注意的是，该方法可能对一些溶液中的其他成分产生影响，因此在具体操作中需要仔细考虑和控制实验条件。

反胶团萃取

反胶团萃取
27
pUK21CMV1.2
pPhyt148
28
实验方法
培养基、溶液及分析试剂的配制
质粒DNA的粗提
－SDS碱裂解法大量制备质粒DNA
大肠杆菌RNA的提取
－RNA out 法
反胶团萃取溶液的制备
反胶团萃取溶液的制备
核酸水溶液的制备
核酸测定
凝胶电泳
29
反胶团萃取溶液的制备
称取一定质量的表面活性剂 TOMAC( 三 辛 基 甲 基 氯 化 铵 ) 或 2C16QA( 双 十 六 烷 基 二 甲 基 溴 化 铵 ) ， 溶于一定体积比例的异辛烷/正戊醇 混合有机溶剂中，配成一定浓度的 透明澄清的反胶团溶液：TOMAC溶 于 1 ％ （ v/v ） 正 戊 醇 / 异 辛 烷 ； 2C16QA溶于5％（v/v）正戊醇/异辛 烷。
反萃取率E’
核酸的反萃取率E’定义为反萃入另一 水相的核酸浓度和正向萃取平衡时的有 机相核酸浓度的比值：
E’ = [C’aq]eq / [Corg]eq = [C’aq]eq /（[Caq]init－[Caq]eq）
35
对反胶团萃取的考察因素
pH值
表面活性 剂浓度
萃取时间
反胶束萃取
离子强度
初始浓度
蛋白质溶解模型：
a、水壳模型：蛋白质位于水池的中 心，周围存在的水层将其与反胶团壁 隔开；
b、半岛模型：pro表面存在强烈疏水 区，该区直接与有机相接触；
c、pro吸附于反胶团内壁；
d、pro疏水区与几个反胶团的S疏水
尾发生相互作用，被几个小反胶团所
“溶解”。
5
溶解推动力
A 静电作用：
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.

第八章反胶团萃取

第八章反胶团萃取


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
影响液膜萃取的操作参数
pH:对弱电解质，pH将影响其荷电形式
及不同电荷形式溶质的分率，从而影响 萃取率。
速度：对于支撑液膜，料液流速引起流
体力学的特性改变直接影响萃取率；对 于乳状液膜，搅拌速度影响乳化液的分 散和液膜的稳定性。
共存杂质
流动载体为离子交换萃取剂时，料液中 如果存在与目标分子带相同电荷的杂质时，由 于杂质的竞争会减小用于目标分子和供能离子 输送的载体量，引起目标分子通透性的下降。
反胶束萃取的原理： 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。
液膜 料液 (W/O)/W型乳液液膜
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 液膜 充满膜的孔隙形成液膜。 支撑液膜分隔料液相和反萃 反 料 相,实现渗透溶质的选择性萃取。 萃 液 相 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 支撑液膜 结构简单，放大容易。

第八章反胶团萃取

第八章反胶团萃取

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。
影响反胶团萃取的因素
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）
反胶团萃取的应用
纯化和分离蛋白质、氨基酸、酶、多 肽等
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。
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-shell mode））
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。
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
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。

4.2反胶团萃取

4.2反胶团萃取

2
基本性质
• 一般反胶团的含水率 不超过40. W0不超过 • 依据上式 利用 依据上式, 利用AOT 形成的水核直径一般不 超过12nm, 大致可容纳 超过 一个直径为5-10nm的 的 一个直径为 pro分子 分子. 分子 •当pro分子与反胶团直 当 分子与反胶团直 径相比大得多时(如 当 径相比大得多时 如,当 M > 100-200kD),难于溶 难于溶 解到反胶团中. 解到反胶团中
Hale Waihona Puke AOT/异辛烷系统的含水率与 AOT AOT/ 异辛烷系统的含水率与AOT 浓度无 异辛烷系统的含水率与 AOT浓度无 这是多数反胶团系统的共性. 关,这是多数反胶团系统的共性.
反胶团(reverse micelles): 反胶团(reverse micelles): • 若向有机溶剂中加入一定浓度S，并令其浓度超过 若向有机溶剂中加入一定浓度S 有机溶剂中加入一定浓度 临界胶团浓度时，表面活性剂会在有机溶剂中形 临界 胶 团浓度时 ， 表面活性剂 会在有机溶剂中形 成一种稳定的大小为毫微米级的聚集体， 成一种稳定的大小为毫微米级的聚集体 ， 这聚集 体就是反胶团。 体就是反胶团。 • 反胶团的形态：球形或近似球形，也呈柱状。 反胶团的形态：球形或近似球形，也呈柱状。 极性核: S分子的自组装形成了极性核。具有溶解极 极性核 分子的自组装形成了极性核。 分子的自组装形成了极性核 性物质的能力。 性物质的能力。 微水相或“水池” 极性核溶解于水后就形成“ 微水相或“水池” ：极性核溶解于水后就形成“水 池”。反胶束内溶解的水
4.2 反胶束萃取
• 反胶团萃取类似于水- 有机溶剂的液液萃取， 但它是利 反胶团萃取类似于水 - 有机溶剂的液液萃取 ， 用了表面活性剂在有机相形成的反胶团水池的双电层与 蛋白质的静电吸引作用，而将不同极性（等电点） 蛋白质的静电吸引作用，而将不同极性（等电点）、 不 同分子量的蛋白质选择性地萃取到有机相， 同分子量的蛋白质选择性地萃取到有机相，达到分离目 的。 • 例如： 例如：蛋白质 • • 利用调节pH 值选择性地使蛋白质萃取到有机相的液 利用调节 pH值选择性地使蛋白质萃取到有机相的液 pH 液萃取方法，易使蛋白质变性； 液萃取方法，易使蛋白质变性； 利用离子对试剂与蛋白质作用形成疏水性物质而萃 取至有机相的办法， 取至有机相的办法 ， 常因缔合物在有机相的分配系 数太小（蛋白质带电荷多，亲水性强）而难成功。 数太小（蛋白质带电荷多，亲水性强）而难成功。

反胶团萃取

反胶团萃取
• 反胶团“水池”的物理性能(大小、形状 等)及其中水的活度是可以用Wo的变化来调 节的，并且会影响大分子如蛋白质的增溶 或排斥，达到选择性萃取的目的，这就是 所谓的位阻效应。
• 许多反胶团萃取的实验研究已经表明， 随着Wo的降低，反胶团直径减小，空间位 阻作用增大．蛋白质的萃取率也减少。
空间位阻效应也体现在蛋白质分子大小对 分配系数的影响上。在各种蛋白质等电点 处的反胶团萃取实验研究表明，随着蛋白 质分于量的增大，蛋白质的分配系数(溶解 率)下降。当相对分子质量超 表面活性剂分子的聚集使反胶团内形成极性核， 反胶团内溶解的水通常称为微水相或“水池”。 由于反胶团内存在“水池”，故可溶解氨基酸、 肽和蛋白质等生物分子，为生物分子提供适宜存 在的亲水微环境。
因此，“水池”的物理化学性质直接影响到反 胶团萃取的适用范围和效率。
• 当反胶团的含水率较低时，反胶团“水池” 内水的理化性质与正常水相差悬殊。例如，
2.5 Wo值
• 表征胶团大小较好的参数是Wo——水与 表面活性剂的摩尔比。用非极性溶剂中的 水浓度和表面活性剂浓度之比来表示:
Wo=[H20] / [表面活性剂]
Wo值的物理意义
• Wo值越大，反相微胶团内的水分含 量就越多，形成的反相微胶团的半径 就越大。能溶解水溶性成分的量就越 多。
• 因此，Wo值大小可以反映出反相微 胶团的大小和溶解能力。
反胶团的突出优点
• (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)由于构成反胶团的表面活性剂往 往具有细胞破壁功效，因而可直接从完 整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶;

第11章 反胶团萃取

第11章 反胶团萃取

有机相中一种自发形成的纳米尺度的聚集体，所以表面活 性剂是反胶团溶液形成的关键。 表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极 性基团两部分组成的两性分子，可分为阴离子表面活性 剂、阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。
阴离子表面活性剂
在反胶束萃取蛋白质的研究中，用得最多的是阴离子表 面活性剂AOT(AerosolOT)，其化学名为丁二酸－2－乙基 己基磺酸钠
（2）反胶团的形成
若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中， 若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度 超过临界胶束浓度(CMC) 便会在有机溶剂内形成聚集体， (CMC)， 超过临界胶束浓度(CMC)，便会在有机溶剂内形成聚集体， 这种聚集体称为反胶团。 这种聚集体称为反胶团。 （3）结构特征 a.胶团 极性头向外，非极性尾向内，形成非极性核， 胶团： a.胶团：极性头向外，非极性尾向内，形成非极性核，溶 解非极性化合物. 解非极性化合物. b.反胶团 极性头向内，非极性尾向外，形成极性核，此 反胶团： b.反胶团：极性头向内，非极性尾向外，形成极性核 此 极性核具有溶解极性物质的能力。极性核溶解水后， 极性核具有溶解极性物质的能力。极性核溶解水后，就形 成了“水池” pool)， 成了“水池”(water pool)，当含有此种反胶束的有机 溶剂与蛋白质的水溶液接触后， 溶剂与蛋白质的水溶液接触后，蛋白质及其他亲水物质能 够通过螯合作用进入此“水池” 够通过螯合作用进入此“水池”。由于周围水层和极性基 团的保护，保持了蛋白质的天然构型，不会造成失活。 团的保护，保持了蛋白质的天然构型，不会造成失活。
3.2 临界胶团浓度 要形成胶团或反胶团溶液，表面活性剂需达到一定浓
度。临界胶束浓度是形成胶团或反胶团的表面活性剂的最 低浓度，用CMC表示。大小与表面活性剂的结构、溶剂、 温度和压力有关。

反胶团萃取

反胶团萃取
在吸附过程,气体或液体中的分子、原子或离 子传递到吸附剂固体的内外表面,依靠键或微弱的 分子间力吸着于固体上。解吸是吸附的逆过程。
吸附操作是一种古老的技术。人们发现早在两千多 年前西汉古墓中就用木炭吸湿防潮，这说明当时已了解 到木炭有很强的吸湿作用。20世纪50年代前，因吸附剂 种类少，常用的只有酸性白土、硅藻土和活性炭等几种， 选择吸附的能力低，只限于脱色、脱臭、吸湿、干燥等 小型的操作过程。20世纪60年代以来，随着性能优良的 吸附剂的不断开发(如合成沸石、活性氧化铝、分子筛等) 以及各行各业分离要求的不断提高，使吸附分离技术得 到了迅速发展，成为完整的单元操作过程。目前，吸附 分离技术已经在轻工、炼油、化工、食品、环保等许多 领域得到了广泛的应用。
1、吸附原理和吸附剂
(1)、吸附原理
吸附剂固体之所以能够吸附流体分子,是因为固体表 面上的质点处于力场不平衡状态, 固体表面具有过剩的能 即表面能,当固体与流体分子接触时,被吸附物质与固体之 间由于某种吸附力的作用使固体与流体混合物中的某些 组分产生吸附,从而降低了表面能。吸附过程所放出的热 量,称为该物质在固体表面的吸附热。
(3)、在生物转化、化学渗透释放和电泳等中引入双 水相分配,给已有的技术赋予了新的内涵,为新分离过程的 诞生提供了新的思路。
二、吸附
吸附操作是指流体与某种固体相接触时,固体 能够有选择地将流体中的某些组分凝聚在其表面 上,从而达到分离的目的。这些有吸附作用的固体 称为吸附剂,在固体表面上被吸附的物质称为吸附 质或吸附物。
(1)、与温度诱导相分离、磁场作用、超声波作用、 气溶胶技术等实现集成化,改善了双水相分配技术中诸如 成相聚合物回收困难、相分离时间较长、易乳化等问题, 为双水相分配技术的进一步成熟、完善并走向工业化奠 定了基础。

生化工程下游技术知识课件第八章反胶团萃取

生化工程下游技术知识课件第八章反胶团萃取

反胶团萃取技术与其他分离技术的结合使用可以进一步提高分离效果和降低成本。
对生化工程的贡献
反胶团萃取技术的出现为生化工 程领域提供了一种新的分离纯化 手段，有助于提高产品的质量和
产量。
反胶团萃取技术可以应用于生物 医药、食品加工、环境保护等领 域，有助于推动相关产业的发展。
反胶团萃取技术还有助于促进生 化工程与其他学科的交叉融合，
反胶团萃取技术可用于细胞分离，根据细胞的不同性质实现细胞的分离和纯化。
细胞破碎
反胶团萃取也可用于细胞破碎，通过破坏细胞膜释放细胞内的内容物，用于下游 提取和纯化过程。
04 反胶团萃取的挑战与前景
反胶团萃取技术的局限性
适用范围有限
目前反胶团萃取技术主要适用于生物大分子物质的分离，对于小 分子物质的分离效果不佳。
促进相关领域发展
反胶团萃取技术的广泛应用将促进相关领域的发展，如生物制品的 分离纯化、药物制备等。
推动科技进步
反胶团萃取技术的发展将推动科技进步，为其他领域的技术创新提供 借鉴和启示。
05 结论
总结
反胶团萃取是一种有效的生化分离技术，具有高选择性、高回收率和低能耗等优点。
反胶团萃取在蛋白质、酶和其他生物分子的分离纯化方面具有广泛的应用前景。
推动学科发展。
对未来的影响
随着反胶团萃取技术的不断发展和完 善，其应用范围和应用领域将进一步 扩大。
反胶团萃取技术的深入研究将有助于 推动生化工程领域的技术创新和产业 升级，为人类社会的可持续发展做出 贡献。
反胶团萃取技术与其他技术的结合使 用将有助于解决一些传统分离方法难 以解决的问题，提高分离效果和降低 成本。
优化操作条件
通过实验研究，优化反胶 团萃取的操作条件，降低 对设备的要求，提高技术 的可操作性。

第六章 萃取-反胶团萃取

第六章 萃取-反胶团萃取

34
1.


什么是反胶团？反胶团的微小界面和微小水 相具有哪两个特异性的功能？ 反胶团（Reversed Micelles）:是两性表面 活性剂在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，空间尺寸仅 为纳米级的集合型胶体。 反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异 性的功能： （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。 35
10
（3）反胶团含水率W：有机相中水与表面 活性剂的摩尔比。
W越大，反胶团的半径越大。W=C水/C表 注意：反胶团“水池”中的水与普通的水在性质 上是有差异的。当含水率W0较低时，反胶团水池 内的理化性质与正常水相差悬殊。
11


例如，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 粘度上升50倍，水合化一分子AOT需6-8个水分子，其它 水分子不受束缚； 当W0>16时，微水相的水与正常的水接近，反胶团内形成 双电层。
25
四、反胶团萃取蛋白质的应用
1、分离蛋白质混合物
如利用反胶团分离核糖核酸酶、细胞色素C和溶菌 酶三种蛋白。如下图。此工艺过程称为多步混合/ 澄清萃取。
26
2、浓缩α -淀粉酶
用TOMAC/异辛烷反胶团溶液对α -淀粉酶水溶解进行 两级（混合-澄清槽）连续萃取和反萃取操作。
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结果： α-淀粉酶浓缩8倍，酶活力约为45%， 如果在反胶团相中添加非离子型表面活性 剂以提高分配系数，并增大搅拌转速提高 其传质速率，则反萃取水相中的α-淀粉酶 活力得率达到85%，浓缩17倍，且反胶团 每次循环的表面活性剂损失可减少到2.5%。
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反胶团的溶解作用
关于反胶团溶解蛋白质的形式，有人提出 了四种模型：
a
b
水壳模型
c
d
水壳模型的正确性 （亲水性蛋白质）
(1)反胶团内酶的结构和活性与W0值密切相关， 说明酶对其周围存在的水层非常敏感；
(2)反胶团内酶反应动力学行为与在正常的水 相中相似，活性与pH的关系同样表现为钟 状曲线。
反胶团的制备
当反胶团的含水率W0较低时，反胶团水池内水的理化性质与正常水 相差悬殊。例如，以AOT为表面活性剂，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，表观粘度上升50 倍，疏水性也极高。随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。但即使当W0 值很大时，水池内水的理化性质也不能与正常的水完全相同，特别是 在接近表面活性剂亲水头的区域内。
优点:
A 形成胶团空间较大，半径为170nm，有利于生物大分子的进入； B 具有双链，极性基团较小，不需要添加助表面活性剂。
阳离子型：
(1) CTAB(cetyl-methyl-ammonium bromide) 溴化十六烷基三甲铵 (2) DDAB(didodecyldimethyl ammonium bromide) 溴化十二烷基二甲铵 (3) TOMAC (triomethyl-ammonium chloride) 氯化三辛基甲铵 将阳离子表面活性剂如CTAB溶于有机溶剂形成反胶团时，与AOT不同，还 需加入一定量的助溶剂(助表面活性剂。这是因为它们在结构上的差异造成 的。
非离子型：TritonX、Brij60
常用的表面活性剂及相应的有机溶剂
构成反胶团的条件：
（2）临界胶团浓度(Critical Micelle
Concentration， CMC)
临界胶团浓度,是胶团形成时所需表面 活性剂的最低浓度，用CMC来表示，这 是体系特性，与表面活性剂的化学结构、 溶剂、温度和压力等因素有关. CMC的数值可通过测定各种物理性质 的突变(如表面张力、渗透压等)来确定。 大多数非极性溶剂中CMC都在0.11.0mmol/L范围内。
M，ρ分别为水的相对分子质量和密度
αsurf 为每个表面活性剂分子在反胶团表面的面积，它与表面活性剂、水相 和有机溶剂的特性有关，对离子型来说，室温下为0.5-0.7nm2
N 阿佛加德罗常数
反胶团的形状与大小
从式可知，Rm与Wo成正比，因此可通过测定与水相平衡的反胶团 相所增溶的水量来判定反胶团尺寸的大小和每个反胶团中表面活性剂 的分子数。
反胶团萃取的优点：
(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) 由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞破壁功效，
因而可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶; (5) 反胶团萃取技术的成本低，溶剂可反内外深入展开。从所得结果来看， 反胶团萃取具有成本低、溶剂可反复使用、萃取率和反 萃取率都很高等突出的优点。
此外，反胶团萃取有可能解决外源蛋白的降解，即蛋白 质(胞内酶)在非细胞环境中迅速失活的问题，而且由于 构成反胶团的表面活性剂往往具有溶解细胞的能力，因 此可用于直接从整细胞中提取蛋白质和酶。
胶团与反胶团的形成
将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过临界胶 团浓度(CMC)时，表面活性剂就会在水溶液中 聚集在一起而形成聚集体，在通常情况下，这 种聚集体是水溶液中的胶团，称为正常胶团 (normal micelle)。
胶团与反胶团的形成
若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使 其浓度超过临界胶团浓度(CMC)，便会在有机溶 剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶团，
反胶团溶液形成的条件和特性
定义： 反胶团(Reversed Micelles)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。
构成反胶团的条件：
（1）表面活性剂
阴离子型：AOT (Aerosol OT，学名丁二酸-2-乙基已基酯磺酸钠或 琥珀酸二（2－乙基己基）酯磺酸钠，p154)，
胶团与反胶团的形成
在反胶团中，表面活性剂的非极性 基团在外与非极性的有机溶剂接触， 而极性基团则排列在内形成一个极 性核(polar core)。
此极性核具有溶解极性物质的能力， 极性核溶解水后，就形成了“水 池”(water pool)。
当含有此种反胶团的有机溶剂与蛋 白质的水溶液接触后，蛋白质及其 他亲水物质能够通过螯合作用进入 此“水池”。由于周围水层和极性 基团的保护，保持了蛋白质的天然 构型，不会造成失活。
相转移法
影响反胶团萃取蛋白质的主要因素
（1）水相pH值对萃取的影响
水相的pH值决定了蛋白质表面电荷的状态、从而对萃取过程造成影响。
只有当反胶团内表面电荷，也就是表面活性剂极性基团所带的电荷与 蛋白质表面电荷相反时，两者产生静电引力，蛋白质才有可能进入反 胶团。
第六章 双水相萃取回顾
聚合物不相溶性 影响分配的参数 双水相体系生物转化反应的条件 亲和双水相
第七章 反胶团萃取
概述
针对于蛋白质的提取和分离
1977年，瑞士的Luisi等人首次提出用反胶团萃 取蛋白质，但并未引起人们的广泛注意。
直到80年代，生物学家们才开始认识到其重要性， 荷兰的Van‘t Riet和Dekker、美国的Gokelen和 Hatton首先进行了反胶团萃取蛋白质的研究。
反胶团的形状与大小
用于萃取蛋白质等生化物质的胶团是反胶团，反胶团的 形状通常为球形，也有人认为是椭球形或棒形;反胶团 的半径一般为10～100nm，可由理论模型推算，计算公 式如下：
Rm=
6W0M
αsurfNρ
W0： 为每个反胶团中水分子与表面活性剂分子数的比值，假定表面活性剂 全用于形成反胶团并忽略有机溶液中的游离水，则W0等于反胶团溶液 中水与表面活性剂的摩尔浓度比值，称为含水率（water content）