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反胶束萃取

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反胶束萃取技术及应用

反胶束萃取技术及应用

反胶团萃取体系
单一反胶团体系： 单一反胶团体系[1] 的表面活性剂有阴离子型、阳离子 型和非离子型。研究最多的是AOT/ 异辛烷体系, 该体 系结构简单而稳定, 反胶团体积相对较大,适用于等电 点较高、相对分子质量较小的蛋白质的分离; AOT：丁二酸- 2 - 乙基已基酯磺酸钠 常用的阳离子型表面活性剂有TOMAC、十六烷基三 甲基溴化铵(CTAB) 、二辛基二甲基氯化铵等季铵盐。
反胶束的制备
溶解法：对非水溶性的蛋白质可用此法。将含 有反胶束的有机溶液与蛋白质固体粉末一起搅 拌时蛋白质进入反胶束中（需较长的时间）。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
提取胞内酶及胞外酶
Rahaman 等[5] 用AOT/ 异辛烷体系, 从发酵液中 回收了碱性蛋白酶, 酶的提取率可达50 %; Giovenco 等[6]用CTAB/ 己醇- 辛烷体系提取和纯化棕色固氮 菌的胞内脱氢酶: 完整的细胞在表面活性剂的作用下 溶解, 析出酶进入反胶团的“水池”中, 再通过选取 适当的反萃取方法, 回收高浓度的活性酶。
反胶团萃取体系
混合反胶团体系： 这是指两种或两种以上表面活性剂构成的体系。 一般说来, 混合表面活性剂反胶团体系对蛋白质有更 高的分离效率。 例如将AOT 与二- (2 - 乙基己基)磷酸(DEHPA) 构成的 混合体系, 可萃取相对分子质量较大的牛血红蛋白, 萃 取率达80 %。 非离子表面活性剂的加入可使反胶团变大, 从而可萃 取相对分子质量更大的蛋白质。
对一个由水、表面活性剂和非极性有机溶剂构 成的三元系统, 共存相可用三元相图表示。 由下页中图2是水-AOT- 异辛烷系统的相图示 例, 从图2 可知, 能用于蛋白质分离的仅是位于 底部的两相区, 在此区内的三元混合物分为平 衡的两相: 一相是含有极少量有机溶剂和表面 活性剂的水相; 另一相是作为萃取剂的反胶束 溶液。

反胶束萃取

反胶束萃取

反胶束萃取上世纪70年代，瑞士的Luisi等首次提出了用反胶束方法萃取蛋白质。

反胶束是表面活性剂在有机溶剂中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。

反胶束是分散于连续有机相中的、由表面活性剂所稳定的纳米尺度的聚集体。

通常表面活性剂分子由亲水憎油的极性头和亲油憎水的尾部组成。

将表面活性剂溶于水中，并使其浓度超过临界胶束浓度（CMC）则会形成聚集体。

反胶束萃取技术(Reversed Micelles Extraction)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。

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。

从原理上，可当做“液膜”分离操作的一种。

在胶束中，表面活性剂的排列方向是极性基团在外，与水接触，非极性基团在内，形成一个非极性的核心、在此核心可以溶解非极性物质。

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”.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，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶束。

在反胶束中，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。

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”。

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”表面活性剂是胶体和界面化学中一类重要的有机化合物，这类化合物由非极性的“尾基”和极性的“头基”两部分组成。

常用表面活性剂:（1）阴离子型表面活性剂（2）阳离子型表面活性剂（3）非离子型表面活性剂。

在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性剂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。

第五章萃取分离技术

第五章萃取分离技术

酶的固定化

6、反胶束萃取技术研究新进展
¾
酶通过一定方法固定在反胶束中,酶系统可以反复使用,而且反胶 束对酶形成保护作用,使其与有机溶剂分隔而保持活性。 目前反胶束酶系统的应用主要有以下几方面: 油脂的水解和合成 脂酶仅能催化油水界面上的脂肪分子,对纯样脂肪体系无能为 力,利用反胶束就可以解决这个问题,反胶束中的脂酶可催化脂 肪的合成或分解。 肽和氨基酸的合成 反胶束酶催化合成肽的优点是能够溶解非极性和极性的底物 有害物质的降解 Crecchio等将这种酶成功固定于反胶束中,用于水中的芳香族 化合物的解毒,反应产物是水不溶性的,易于分离。
③疏水性相互作用 aa的疏水性各不相同 , 研究表明 , 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。
¾ B. 在各pro的pI处(排除了静电相互作用的影响)，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。表明随M增大 , 空间排阻作用增大 , pro的溶解率降低 . 所以可以根据pro间M的差别选择性对 pro进行萃取分离
W0 - 有 机 相 中 水 与 S 的 摩 尔 比 ， 又 称 为 含 水 率 (water content) ； M-水的相对分子质量； asurf- 界面处一个 S的面积； N-阿弗加德罗常数。
2、反胶束萃取蛋白质的基本原理
内水的性质： 当 W0较低 (如 S = AOT, W0 = 6~8)时 , 微水相的水分子受 S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 , 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 S亲水头的区域内。 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。

制药工程原理与设备-03分离工程基础与设备2(反胶束萃取)

制药工程原理与设备-03分离工程基础与设备2(反胶束萃取)
16
3
2 反胶束的溶解作用
溶解推动力
A 静电作用： 静电作用： 理论上， 理论上 ， 当溶质所带电荷与 表面活性剂相反时， 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， 力的作用 ， 溶质易溶于反胶团 ， 溶解率或分配系数较大； 反之， 溶解率或分配系数较大 ； 反之 ， 则不能溶解到反胶团相中。 则不能溶解到反胶团相中 。 右 图 为pH值对不同蛋白质的溶解率急 值对不同蛋白质的溶解率急 剧变化图 剧变化 图 ： 当 pH<pI时 ， 即在带 时 正电荷的pH范围内蛋白质的溶解 正电荷的 范围内蛋白质的溶解 率接近100%， 说明静电相互作 率接近 ， 用对蛋白质的反胶团萃取起决定 性作用。 性作用。
（二）反胶束萃取 1 基本术语 2 反胶束的溶解作用 3 反胶束萃取的操作 4 萃取的影响因素 5 Applications
1
1 基本术语
胶束(micelles)：向水中加入表面活性剂 ， 水溶液的 δ随 [S]增大而下降。 ： 向水中加入表面活性剂S，水溶液的δ 增大而下降。 胶束 增大而下降 达到一定值后， 缔合形成水溶性胶束 缔合形成水溶性胶束, 当[S]达到一定值后，S缔合形成水溶性胶束 溶液的表面张力不再随表 达到一定值后 面活性剂浓度的增大而降低。胶团形成均是S分子自聚集的结果 分子自聚集的结果， 面活性剂浓度的增大而降低。胶团形成均是 分子自聚集的结果，是热 力学稳定体系。 力学稳定体系。 自组装(selfassembly)：自动有序聚集的过程。 自组装 ：自动有序聚集的过程。 临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC)：S在水溶剂中形成胶 临界胶束浓度 ： 在水溶剂中形成胶 束的最低浓度。 束的最低浓度。 反胶束(reverse micelles)：若向有机溶剂中加入一定浓度 ，在有机溶剂 反胶束 ：若向有机溶剂中加入一定浓度S， 中所会形成胶束。当形成反胶束时，水在有机相中的溶解随[S]线性增 中所会形成胶束 。 当形成反胶束时 ， 水在有机相中的溶解随 线性增 因此，可通过测定有机相中平衡水浓度的变化， 大。因此，可通过测定有机相中平衡水浓度的变化，确定形成反胶团的 最低表面活性剂浓度。 最低表面活性剂浓度。 反胶束的形态：球形或近似球形，也呈柱状。 反胶束的形态：球形或近似球形，也呈柱状。 极性核( 分子的自组装形成了极性核。 极性核(polar core): S分子的自组装形成了极性核。 微水相或“水池” 微水相或“水池”(water pool)：反胶束内溶解的水。 ：反胶束内溶解的水。

反胶束萃取

反胶束萃取

• 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，它们都可用于形成反胶 束。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—乙基己基酯磺酸钠,结 —2— , 构式如下: :
Ⅲ.从发酵液中提取胞外酶: 从发酵液中提取胞外酶:
• 在生化物质提取方面，反胶束溶液能否作为萃 取剂，要看它们是否可以从实际发酵液中选择 性地萃取目标蛋白质。有人采用浓度为 250mol／m3的AOT／异辛烷反胶束溶液， 从芽孢杆菌的全发酵液中提取和纯化碱性蛋白 酶(一种洗涤酶，Mr＝33000)，通过优化过 程参数，相对比活力可高达6，三级错流操作 时，酶的提取收率为50％。这一事实有力地证 明了利用反胶束萃取处理全发酵液的可行性， 同时表明采用这一技术可使纯化和浓缩一步完 成。
反胶束萃取原理： 反胶束萃取原理：
• 将表面活性剂添加到水或者有机溶剂中，并使其浓度超过临 界胶束浓度（即胶束形成时所需表面活性剂的最低浓度）， 表面活性剂就会在水溶液或有机溶剂中聚集在一起而形成聚 集体，这种聚集体成为胶束。 • 通常将在水溶液中形成的聚集体胶束，成为正胶束。如果将 表面活性剂加入到有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓 度，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶束。 在反胶束中，表面活性剂的非极性集团在外，与非极性的有 机溶剂接触，而极性基团排列在内，形成一个极性核，此极 性核吸收水后就形成了水池，具有溶解极性物质的能力。 • 当含有此种反胶束的有机溶剂与蛋白质等组分的水溶液接触 后，蛋白质及其他亲水物质能够进入此水池中，而与其他不 能进入反胶束的组分分离。
反胶束萃取优点： 反胶束萃取优点：

反胶束萃取-概述说明以及解释

反胶束萃取-概述说明以及解释

反胶束萃取-概述说明以及解释1.引言1.1 概述反胶束萃取作为一种新型的分离技术，近年来得到了广泛的关注和应用。

在传统胶束萃取的基础上，反胶束萃取通过添加适宜的表面活性剂和溶剂体系，形成反嵌段结构，使其具有与胶束相反的微观结构和分散状态。

这种微观结构的反转使得反胶束能够更加有效地分离和富集目标物质。

相比传统胶束萃取，反胶束萃取具有许多独特的优点。

首先，反胶束体系具有更大的界面活性剂浓度范围，可适应更广泛的实际应用环境。

其次，反胶束的结构稳定性更高，能够在更高的温度和pH值下保持稳定，具有更好的耐性和抗干扰能力。

此外，反胶束还能够提高分离和富集过程的选择性和灵敏度，提高分析的准确性和可靠性。

反胶束萃取在许多领域中得到了广泛的应用。

在环境分析领域，反胶束萃取可用于水样、土壤和大气中有机污染物的富集和分离。

在食品安全检测中，反胶束萃取可以用于提取食品中的农药残留物和有害物质，以保障消费者的健康。

此外，反胶束萃取还可以用于生物药物的纯化和分离，提高药物的纯度和药效。

尽管反胶束萃取在许多应用领域取得了令人瞩目的成果，但也存在一些问题和挑战需要解决。

例如，反胶束系统的设计和优化仍然是一个挑战，需要考虑多种因素的影响。

此外，反胶束的工艺条件和操作参数也需要进一步研究和改进。

综上所述，反胶束萃取作为一种新型的分离技术，在应用领域具有广阔的发展前景。

通过不断深入研究和改进，相信反胶束萃取将为科学研究和应用实践提供更多的可能性，为解决实际问题提供更好的解决方案。

1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的大致结构进行介绍和概述。

可以参考以下内容进行编写：在本文中，我们将对反胶束萃取进行全面的介绍和分析。

首先，我们将在引言部分概述反胶束萃取的基本原理和应用领域。

随后，正文部分将详细阐述反胶束萃取的原理和其在不同领域中的应用案例。

最后，在结论部分，我们将总结反胶束萃取的优势，并对其未来的发展前景进行展望。

通过这样的文章结构，读者可以清楚地了解到本文的整体框架和内容安排。

反胶束萃取

反胶束萃取
❖ 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。
❖ 对不同相对分子质量的蛋白质，pH值对萃取率 的影响有差异性，当蛋白质相对分子质量增加时， 只有增大(pH-PI)值的绝对值，相转移才能顺利 完成
负电荷（AOT-----丁二酸－2－乙基己基酯磺酸钠)
正电荷（TOMAC(triomethyl-ammonium chloride)氯化三辛基
DDAB 甲铵；
(didodecyldimethyl ammonium bromide)溴化十二烷基二
CTAB 甲铵；
(cetyl-methyl-ammonium bromide溴化十六烷基三甲胺/
(d)蛋白质的疏水区与几个反胶团的表面活性剂疏水尾发生相互 作用，被几个小反胶团所“溶解”。
反胶束萃取蛋白质的基本原理
三元相图
由水、表面活性剂和非极性有机溶剂构成的三元系统. 能用于蛋白质分离的仅是位于底部的两相区：水相；反 胶束溶液。
物理化学性质: 界面张力在0.1－2mN/m范 围内，密度差为10％-20％， 反胶束溶液粘度适中，大约 为1mPa·s。
蛋白质的萃取 1)蛋白质溶解原理
蛋白质
界面间的表 面活性剂
静电作用
蛋白质进入 反胶束溶液 是一个协同 过程。
变形
包含有蛋白质的反胶束
（相界面）
扩散进入有机相
蛋白质萃取
萃取 过程
改变水相条 件 （ pH 、 离子种类 和强度） 使蛋白质 由有机相 返回水相， 实现反萃 取过程.
反萃取 过程
2）蛋白质进入反胶束相的传质三过程
表面液膜扩散
蛋白质（水相）
到达相界面
含有蛋白质的反胶束
扩散 有机相
进入反胶束

生物分离反胶束萃取

生物分离反胶束萃取
◎显示酶类性质的一种模型进行基础性研究；
◎具有新型功能的疏水性反应场；
◎酶和微生物的一种新型的固定化方法；
◎微小型的生物反应器；
◎在生物技术领域中作为生理活性物质以及生物活 性大分子的特异性分离场。
一、基本概念
4．反胶束萃取（Reverse micelle extraction）： 利用表面活性剂所形成的反胶束来萃 取水相中的生物大分子物质至有机相中的 操作过程。 5．反胶束萃取的优点： ◎成本低、溶剂可反复使用； ◎萃取率和反萃取率都很高且具有选择 性；
★两种被混合分子间如存在空间排斥力，它们的线团
结构无法互相渗透，则在达到平衡后就有可能分 成两相，形成双水相。
二、双水相的形成及种类
2. 种类
◎两种高聚物均为非离子型：如聚丙二醇/聚乙 二醇、聚乙烯醇、葡聚糖（Dex）、羟丙基葡
取糖，聚乙二醇（PEG）/聚乙烯醇、葡聚糖、
聚乙烯吡咯烷酮。
◎其中一种高聚物为离子型：如硫酸葡聚糖钠盐/
二、反胶束的形成
3．反胶束的形状和大小：
通常为球形，也有椭球形或棒形；半径一 般为10~100nm。
4．反胶束的制备： ◎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，然 后进行搅拌直到形成透明的溶液为止。(过程 较快、可控制平均直径和含水量。)
二、反胶束的形成
◎相转移法：将含蛋白质的水相与含表面活性剂的
第八章
一、定义：
双水相萃取
双水相萃取(Two-aqueous phase extraction)，又称水溶液两相分配技术，是 利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的 不同来进行萃取的方法。
二、双水相的形成及种类
1. 形成

反胶束萃取法概念

反胶束萃取法概念

反胶束萃取法概念一、概念介绍反胶束萃取法是一种基于胶束化学原理的分离技术，它利用胶束的特殊性质将目标物从复杂的混合物中提取出来。

与传统的萃取方法相比，反胶束萃取法具有选择性高、灵敏度高、操作简便等优点，已经被广泛应用于食品、环境、生物等领域。

二、原理1. 胶束的形成在水中存在着许多亲水性和疏水性分子，当它们混合在一起时，由于亲水性和疏水性分子之间的相互作用力不同，会形成一定大小和形状的聚集体——胶束。

这些聚集体由一个或多个亲水基团与一个或多个疏水基团组成，在外部环境中呈现出亲水表面和疏水内部的特殊结构。

2. 反胶束的形成当加入表面活性剂到含有目标物的混合物中时，表面活性剂会与目标物发生反应，从而形成反胶束。

在反胶束中，目标物被包裹在表面活性剂分子之间的空隙中，并被有效地分离出来。

3. 萃取过程反胶束萃取法的萃取过程一般分为三个步骤：反胶束的形成、目标物的吸附和目标物的洗脱。

首先，通过加入适量的表面活性剂，使混合物中的目标物与表面活性剂发生反应，形成反胶束；然后，将反胶束与混合物中其他成分分离开来，使目标物吸附在反胶束上；最后，通过改变溶液环境或加入特定试剂将目标物从反胶束上洗脱下来。

三、应用领域1. 食品领域：反胶束萃取法已经被广泛应用于食品中有害残留物质的检测和分析。

例如，在葡萄酒中检测苯甲酸酯类化合物、在食品中检测农药残留等。

2. 环境领域：反胶束萃取法可以有效地提取水体、土壤等复杂环境样品中的有机污染物。

例如，在水体中检测多环芳烃类化合物、在土壤中检测重金属等。

3. 生物领域：反胶束萃取法可以用于生物分子的提取和纯化。

例如，在血液中检测蛋白质、在细胞中检测核酸等。

四、优点和局限性1. 优点：(1) 选择性高：反胶束萃取法可以选择性地提取目标物，从而减少其他干扰因素的影响。

(2) 灵敏度高：反胶束萃取法可以将目标物从复杂的混合物中有效地提取出来，从而提高检测灵敏度。

(3) 操作简便：反胶束萃取法不需要复杂的仪器设备，操作简单方便。

反胶束萃取蛋白质

反胶束萃取蛋白质

反胶束萃取蛋白质
反胶束萃取蛋白质是一种常用的蛋白质提取方法。

与传统的胶束萃取相比，反胶束萃取具有更高的效率和选择性。

反胶束萃取的原理是利用表面活性剂作为萃取剂，将蛋白质从样品中提取出来。

与胶束萃取不同的是，反胶束萃取使用的表面活性剂是带有负电荷的，可以与大部分蛋白质发生作用。

此外，反胶束萃取还可以通过改变表面活性剂的性质来调整萃取效率和选择性。

因此，反胶束萃取在生物医学和生化研究中得到了广泛应用。

- 1 -。

5.6反胶束萃取知识讲解

5.6反胶束萃取知识讲解

▪ 蛋白质复性
反胶团复性固态变性蛋白质示意图
Masafumi Sakono等（2004）利用非离子型表 面活性剂四甘醇十二烷基醚形成反胶束使碳酸酐 酶Ｂ复性，20h内收率达到70%以上。
反胶束萃取复性与稀释复性相比较
思考:
1、什么是正常胶束？什么是反胶束？ 各在怎样的条件下形成？ 2、反胶束萃取的基本原理是什么？
己醇/环己烷
TOMAC[三 环己烷 辛基甲基
磷脂酰胆碱 苯、庚烷
氯化氨]
用得最多的是阴离子表面活性剂 AOT（丁二酸-2-2乙基己基酯磺酸钠）。
图1 AOT的结构式
▪ 将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过
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，称为正常胶束。
▪ 若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，
图6 蛋白质相对分子量Mr与最佳pH和pI值之差的关系 （在TOMAC-正丁醇体系中萃取）
对于包含大蛋白分子的反胶束，其尺 寸远大于“空核”的反胶束，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。
极性“头”
非极性的 “核”
非极性“尾”
图2-a 正常胶束的结构示意图
反胶束
有机溶剂 极性“头”
▪ 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”
非极性“尾”
图2-b 反胶束的结构示意图
反胶束的制备
相转移法
注入法
溶解法
反胶束的特性
❖ 临界浓度 大多数为0.1~1.0mmol/L；
▪ 反胶束“水池”的物理性能会影响蛋白

第4章 反胶束萃取

第4章 反胶束萃取
d m 0.3W0 2.4
其中：W0为有机相中水与表面活性剂的摩尔比， 即含水率。
生物分离工程前沿技术
表面活性剂为模板制备介孔硅材料
生物分离工程前沿技术
生物分离工程前沿技术
生物分离工程前沿技术
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。
生物分离工程前沿技术
生物分离工程前沿技术
3.4 反胶团萃取操作
多步Байду номын сангаас歇混合－澄清萃取操作
生物分离工程前沿技术
连续循环萃取－反萃取操作
萃取
反萃取
料液
产物1
反萃液
产物2
生物分离工程前沿技术
3.5 反胶束萃取蛋白质的应用
从发酵液中提取细胞外酶
直接提取细胞内酶
从植物中同时提取油和蛋白质 油溶于有机相，蛋白质进入内水相 纯化和分离蛋白质
生物分离工程前沿技术
反胶团萃取应用实例
反胶束萃取氨基糖苷类抗生素
阴离子表面活性剂：二—2—乙基己基磷酸钠 (NaDEHP)：
助表面活性剂：磷酸三丁酯(TBP)
正向与逆向转移的机制
– 正向转移 氨基糖苷类可被萃取入反胶束的含水内核，这 种萃取是胶束内壁与氨基糖苷类分子之间静电引力相互作 用的结果； – 逆向转移 由于形成表面活性小很多且极易溶于有机相中 的Ca(DEHP) 2 致使反胶束破裂，氨基糖苷类分子又返回水 相。
生物分离工程前沿技术
第3章 反胶团萃取 3.1 概述 传统液液有机溶剂萃取的缺点

反相胶束萃取

反相胶束萃取

反相胶束萃取Reversed Micelle Extraction 一、反相胶束萃取概况随着生物工程技术的发展，传统的分离方法(如溶剂萃取)无法满足活性蛋白质等生物大分子物质的提取和分离。

因为生物大分子物质一般在40～50℃以上开始变性，且绝大多数生物大分子物质不溶于有机溶剂，有机溶剂也易引起生物大分子物质的变性。

同时生物大分子表面带有许多电荷，普通离子缔合型萃取剂很难奏效。

因此研究和开发易于工业化、高效的生化活性物质分离方法就成为生物工程技术发展的当务之急。

反相胶束萃取技术是在这一背景下产生的新型分离技术。

反胶束萃取技术的起源可追溯至1977年。

Lujsi等人首次提出用反相微胶束萃取蛋白质的概念，当时未引起重视。

到20世纪80年代，生物学家开始认识到该技术的优越性，荷兰、美国的科学家首先进行了反相微胶束萃取蛋白质的研究。

近年来该项研究已在国内外深入展开。

由于反胶束萃取具有成本低、溶剂可反复使用、萃取率和反萃取率高；能降低蛋白质(胞内酶)在非细胞环境中的迅速失活；且构成反胶束的表面活性剂具有溶解细胞能力，可直接用于从整体细胞中提取蛋白质和酶。

所以反相微胶束萃取技术为活性蛋白质和其他活性物质的分离开辟了一条具有工业前景的新途径，得到快速发展。

二、反相胶束萃取的概念▪正常胶束：表面活性剂在极性溶液中形成的胶束或微胶团结构中，表面活性剂的亲水性基团朝外，而疏水性基团则靠内相互聚集成一种微胶团结构（图a），这种微胶束（团）称为正常胶束(normal micelle)。

正常微胶束存在于极性溶剂中(多数情况为水)，较为常见。

▪反相微胶束：当表面活性剂在非极性溶液中形成胶束或微胶团时，表面活性剂的排列方向正好与在极性溶剂中的情况相反，即疏水性基团朝外，而亲水性基团则朝内并形成一个极性核区，由于这种微胶团结构（图b）与正常微胶束结构相反，所以称这种微胶束称为反相微胶束（reversed micelle）。

▪水池(water pool) ：在反相微胶束中，表面活性剂的亲水基团所围成的一个极性核心，称为水池。

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水相pH ， 蛋白质pI
当蛋白质与表面活性剂 电荷相反时，易溶于反 胶束，分配系数较大。 否则，蛋白质不溶于反 胶团
蛋白质在反胶 团中溶解
在两相间的分配系数
4.3.2 位阻效应 许多亲水性物质，如蛋白质、核酸及氨基酸 等生物大分子的分子较大，当反胶团直径较小 时，会对蛋白质产生空间排阻作用，从而使蛋 白质在反胶团中的溶解度降低，这种现象称为 位阻效应。 反胶团的“水池”直径受含水率W的调节， 当水溶液中盐浓度较高时，无机盐对反胶团产 生脱水作用，使W下降，反胶团尺度减小，位阻 效应加强，蛋白质的萃取率明显降低。
何谓胶团、反胶团 • 反胶团是指当油相中 表面活性剂的浓度超 过临界胶束浓度后,其 分子在非极性溶剂中 自发形成的亲水基向 内、疏水基向外的具 有极性内核(polarcore) 的多分子聚集体
反胶团萃取
• 反胶团是表面活性剂分子溶 于非极性溶剂中自发形成的 聚集体 ,其中表面活性剂的 极性头朝内而非极性头朝外 与有机溶剂接触。 • 反胶团内可溶解少量水而形 成微型水池，蛋白质进入微 水池中，可随反胶团转入有 机溶剂，但不与有机溶剂直 接接触，反胶团萃取就是利 用这一特性进行蛋白质分离 的方法，反胶团溶液是宏观 上透明均一的热力学稳定体 系。
5.2离子强度对萃取率的影响
a.离子强度增大后，反胶束内表面的双电层变薄，
减弱了蛋白质与反胶束内表面之间的静电吸引， 从而减少蛋白质的溶解度； •b.反胶束内表面的双电层变薄后，也减弱了表面 活性剂极性基团之间的斥力，使反胶束变小，从 而使蛋白质不能进入其中； •c.离子强度增加时，增大了离子向反胶束内“水 池”的迁移并取代其中蛋白质的倾向，使蛋白质 从反胶束内被盐析出来； •d.盐与蛋白质或表面活性剂的相互作用，可以改 变溶解性能，盐的浓度越高，其影响就越大
5.5 影响反胶束结构的其他因素
（ 1）有机溶剂的影响: 有机溶剂的种类影响反胶束的大小，从而 影响水增溶的能力。如α-胰凝乳蛋白酶随溶剂 的不同在反胶束中增溶的比率会出现显著的差 别。 （2）温度的影响: 增加温度能够增加蛋白质在有机相的溶解度， 例如增加温度可使α-胰凝乳蛋白酶进入NH4+氯仿相并在转移率上分别增加50％。 （3） 助表面活性剂-常用的中、高碳脂肪醇， 羊毛脂衍生物，胆甾醇，乙二醇 等。
• （2）反胶团含水率W
反胶团的大小以及反胶团内微水相 的物理化 学性质因反胶团含水率W的不同而差别很大。W用 水 和表面活性剂的浓度之比来定义，即：
W是个非常重要的参数，W越大，反胶团的 半径越大。“水池”越大， “水池”大小与 溶剂和表面活性剂的种类与浓度、温度、离 子强度等因素有关，一般为5－20nm。
5.3表面活性剂类型及浓度的影响
a.类型
-增强静电作用和增加反胶束大小的表面活性剂，除此 以外，还应考虑形成反胶束及使反胶束变大(由于蛋白 质的进入)所需的能量的大小、反胶束内表面的电荷密 度等因素，这些都会对萃取产生影响。
b.浓度
-选择蛋白质萃取率最大时的表面活性剂浓度为最佳浓 度
5.4 离子种类对萃取的影响
4.反胶束萃取蛋白质的基本原理 4.1 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)为水壳模型，蛋白质位于水池的中心，周围存在的水层 将其与反胶团壁(表面活性剂)隔开； (b)蛋白质分子表面存在强烈疏水区域，该疏水区域直接与 有机相接触； (c)蛋白质吸附于反胶团内壁； (d)蛋白质的疏水区与几个反胶团的表面活性剂疏水尾发生 相互作用，被几个小反胶团所“溶解”。
4.2 反胶团萃取蛋白质过程
1）三元相图 由水、表面 活性剂和非 极性有机溶 剂构成的三 元系统. 能用于蛋白 质分离的仅 是位于底部 的两相区： 水相；反胶 束溶液。
水－AOT－异辛烷 系统相图
2）蛋白质溶解原理
蛋白质 界面间的表面活性剂
蛋白质进入 反胶束溶液 是一个协同 过程。 静电作用
变形
5.影响反胶团萃取的主要因素
蛋白质的萃取，与蛋白质的表面电荷和反胶束内表面 电荷间的静电作用，以及反胶束的大小有关。
5.1 水相pH值对萃取的影响
解释：对于包含大蛋白分子的反胶束，其尺寸远大于 “空核”的反胶束，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来增加蛋白质分子表面电荷的方法，是增强静电作用 的一条途径。 对那些尺寸小于“空核”的反胶束中水体积的蛋白质， 只要其所携带的净电荷与表面活性剂电性相反，萃取就 能发生。
阳离子的种类对萃取率的影响主要体现在改变反胶束内 表面的电荷密度上。通常反胶束中表面活性剂的极性基 团不是完全电离的，有很大一部分阳离子仍在胶团的内 表面上(相反离子缔合)。极性基团的电离程度愈大，反 胶束内表面的电荷密度愈大，产生的反胶束也愈大。
K+、Ca2+、Na+ 、 Mg2+ 的顺序增大,电离程度也相应增大
应用实例
细胞色素c、核糖核酸酶a和溶菌酶混合物，可通过调节水 相pH和KCl浓度将它们分开。
反胶束萃取与其他技术联用
• 反胶束萃取分离纯化蛋白质的弱点：萃取率不 高、目标产物纯度较低、有些生物大分子容易 变性。 • 反胶束萃取与超临界萃取、离心分离、膜分离 技术综合使用可以达到更好的效果。
反胶束萃取
苏辉兰 唐真 吴昊 梁政武
反胶束萃取技术产生的背景
传统溶剂萃取技术缺点: 蛋白质40－50℃变性。
蛋白质不溶于有机溶剂，并使蛋白质变性。 蛋白质带有许多电荷，普通萃取剂难 奏效。 1977年Luisi等人提出反胶团萃取蛋白质
反胶束萃取技术是继双水相萃取之后的 一种适合生物大分子分离纯化的新型分离技 术，该技术已经在食品工业、医药行业，甚 至纳米材料的制备上得到了广泛的研究。
• （3）水池的直径d
W 含水率（water content）; M，ρ 分别为水的相对分子质量和密度; α surf 界面处一个表面活性剂分子的面积; N 阿佛加德罗常数 AOT在异辛烷中形成的反胶团直径(d)可 用下述经验式推算 d =0.3W+0.24 (nm）
• （4）水池中水的性质 a 当W<6-8时，微水相中的水分子被表面活 性剂亲水性基团强烈地束缚，其表观粘度 可增大到普通水的50倍，且疏水性非常强。 b 其冰点通常低于0℃ c在AOT反胶团中，当W>16时，“水池”中 的水逐渐接近主体水相粘度，胶团内也形 成二重电荷层.
包含有蛋白质的反胶束 扩散进有机相 （相界面） 蛋白质萃取
反胶束萃取蛋白质的示意团 萃取 过程 反萃取 过程
改变水相条 件 （ pH 、 离子种类 和强度） 使蛋白质 由有机相 返回水相， 实现反萃 取过程.
4.3 反胶束萃取蛋白质的推动力
4.3.1 静电作用力
表面活性剂
蛋白质带正电 荷或负电荷 发生静电作用
1.传统方法 从脱脂粕中萃取分离,工艺复杂, 处理量小, 能耗高且易引起蛋白质的变性,造成大量蛋白质 的资源浪费。 2.反胶束萃取 不仅可以萃取植物蛋白质,同时还可以分离 出植物油脂,这是反胶束萃取技术应用于食品中 的热点之一。
Leser等用反胶束溶液分别作用于大豆和向 日葵,其中的油直接萃入有机相,蛋白质溶入反 胶束极性核内,反萃出蛋白质,冷却反胶束溶液 使表面活性剂沉淀分离,最后用蒸馏方法将油和 烃类分开。
• 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
反胶束萃取
1、基本概念 2、反胶团溶液形成的条件和特性 3、反胶束形成过程 4、反胶团萃取蛋白质的基本原理 5、影响反胶团萃取蛋白质的主要因素 6、反胶束的应用
1.基本概念
何谓胶团 反胶团
• 表面活性剂分子的两亲 性质使之在水溶液中能 自发形成结构有序的多 分子聚集体,通常称为胶 团。 • 胶团具有表面活性剂烷 烃链构成的疏水内核和 亲水基团包裹着的外壳, 即所谓的核-壳结构
3.反胶束形成过程 表面活性剂（临界胶束浓度）
表面活 性剂分 子自聚 集
水
加入
有机溶剂 反胶束
正常胶束
极性核心
水池
非极性核心 溶解非极性物质
蛋白质水池
蛋白质保持天然构型
3.1 胶束和反胶束结构示意图
3.2 反胶束的形状与大小
• （1）反胶团不能理解为一成不变的刚性球，
它的生成或解体、缔合数增大或减小以及各反 胶团之间的相互作用速度很快，即反胶团的构 成分子间能发生重组现象，其过渡时间很短， 最大也仅为10-5 s。
2.反胶团溶液形成的条件和特性
2.1表面活性剂
反胶团 (reversed micelle) 是表面活性剂分散于连续
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。
在生物工程中的应用
• 分离蛋白质混合物
(1)相转移法：把含有表面活性剂的有机相与含有蛋白 质的水相接触，通过搅拌,蛋白质会缓慢地从水相转移 到有机相中，最终形成稳定的体系，可以在低Ｗ0下得 到高蛋白浓度。 (2)注射法：蛋白质溶液直接注入含有表面活性剂的有 机相中，搅拌成光学澄清的溶液。这种方法易控制水 的含量和水核的尺寸。 (3)溶解法：用反胶液与固体蛋白质粉末接触来使蛋白 质进入反胶团。这种方法适用于水不溶性蛋白质。溶 液与固体蛋白质粉末接触来使蛋白质进入反胶团。这 种方法适用于水不溶性蛋白质。
阴离子表面活性剂