第四章 反相微胶团萃取技术

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
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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

第四章萃取一、本章基本要求：（1）掌握溶剂萃取法的基本理论、工艺过程以及基本的计算；（2）掌握双水相萃取的一般方法；（3）掌握反胶束溶液形成的条件及反胶束萃取的适用范围；（4）掌握超临界的萃取原理；（5）了解溶剂萃取法所用设备；（6）了解影响双水相萃取的因素；（7）了解SC- CO2萃取流程在及在生物、食品工业中的应用。

二、教学的重点和难点：重点：超临界的萃取原理；反胶束萃取蛋白质的基本原理及影响反胶束萃取蛋白质的主要因素；双水相萃取理论及影响因素；溶剂萃取过程的理论基础及萃取剂的选择。

难点：超临界的萃取原理；反胶束萃取蛋白质的基本原理；双水相萃取理论；溶剂萃取过程的理论基础三、主要教学设计（方法、手段等）：本章第一次课对本章的内容做一大致介绍，以一张萃取的分类图表示。

每次课之前5分钟对上次的内容进行复习，以加深学生印象。

对本章的内容主要是用讲述的形式，中间以提问的形式加强有力互动和提高学生的注意力，每小节给予一定的思考题。

四、学时分配：1.溶剂萃取和浸取（4学时）2.双水相萃取法（2学时）3.反胶束萃取法（2学时）4.超临界CO2萃取（2学时）五、参考资料及补充习题：思考题：1、何谓溶剂萃取？其分配定律的适用条件是什么？3、何谓乳化液？乳化液稳定的条件是什么？常用去乳化方法有那些？4、在发酵工业中，去乳化有何实际意义？5、类固醇萃取：含有6.8mg/l类固醇的水溶液被二氯甲烷提取,已知类固醇的平衡常数为170,萃取中水与溶剂的比例为82,问提取后有机相的浓度是多少?类固醇被提取的收率是多少?6、比较溶剂萃取与浸取的异同点？7、生物萃取与传统萃取相比的特殊性。

8、描述浸出的基本过程？9、溶剂萃取、反萃取、浸取、乳化、分离因素、表面活性剂10、已知弱酸和弱碱在水相中的电离平衡Kp，由下图试推导出K和K0、KP的关系式可经理论推导如下：K=K0[H+]/（KP +[H+]）（弱酸）K=K0KP /（KP +[H+]）（弱碱）11、某澄清的发酵液中含260mg/l放线菌D,现用醋酸丁酯进行多级萃取。

2） 中空纤维膜 中空纤维管是另一类被广泛用于液-液分离的膜萃取器。它具 有很大的比表面积，且与反胶团技术相结合能减少蛋白质的失活， 是一项很有实用前景的生物分离技术。
五、反胶团萃取设备
2、离心萃取器
反胶团溶液-水-蛋白质所组成的萃取体系，由于表面活性剂的 存在，界面张力低，易乳化。另外，由于萃取的目标产物是蛋白质， 易变性失活。为了尽量避免蛋白质的变性，应尽量缩短操作时间， 因而反胶团离心萃取是一项很合适的蛋白质萃取分离技术。
5、反胶团溶解作用的推动力
（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。
三、反胶团萃取技术
1、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。

1）喷淋塔萃取器 喷淋塔是一种应用广泛的液-液微分萃取设备，具有结构简单 和操作弹性大等优点，在反胶团萃取方面受到了人们的关注。尤为 重要的是，当用于含有表面活性剂的反胶团体系时，所需输入的能 量很低，故不易乳化，从而缩短了相分离时间。但喷淋塔的缺点是 连续相易出现轴向反混，从而降低萃取效率。
五、反胶团萃取设备
四、反胶团萃取技术的应用
适合在超临界CO2 中形成反胶团的表面活性剂的三个标准:
1) 表面活性剂尾端应具有高亲 CO2 性。这要求内聚能较低。CO2 尾端相互作用较强,以促进在CO2 中的分布, 包围水界面的弯曲度。 还有胶团- 胶团相互作用较弱。 2) 表面活性剂的极性头端不能过于分散,尾端最好有多条分支, 以促 进在水和 CO2 界面形成分散的空间结构。 3) 表面活性剂头端应和水形成氢键,作为聚集的动力。否则,表面活 性剂在CO2 中可能形成凝相而不是反胶团。 聚- ( 六氟环氧丙烷)是目前发现的最亲CO2 的可溶性聚合物。

常使用的阳离子表面活性剂
(1)CTAB(cetyl-methyl-ammonium bromide)溴化十六 烷基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴
(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
3.表面活性剂类型的影响
表面活性剂选用原则： 1 ）有利于增强蛋白质表面电荷与反胶束内表面电荷间的静电 作用和增加反胶束大小的表面活性剂。 2 ）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。 目前研究中常用的AOT反胶束体系和其他体系有许多不足， 如不能用于分子量较大的蛋白质的萃取和往往在两相界面上形 成不溶性的膜状物等等，为克服这些不足 , 可通过在单一表面 活性剂中加入具有亲和作用的生物表面活性剂或另一种非离子 型表面活性剂的方法来改善萃取性能。
普通的离子缔合型萃取剂很难奏效。
反胶束的优点
• 极性“水核”具有较强的溶解能力。 • 生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性 水核中，防止与外界有机溶剂接触，减少变性作 用。 • 由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立 体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能。
反胶束萃取优点：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，反胶束萃取还有可 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， 而且由于构成反胶束的表面活性剂往往 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。
• 3 增溶动力学 • 蛋白质在反胶束中增溶，普遍认为动力是蛋白质表 面的电荷与形成反胶束内表面的表面活性剂极性头 之间的静电引力，如 AOT( 丁二酸 -2- 乙基已基酯磺 酸钠) / 异辛烷形成的反胶束中，AOT是阴离子表面 活性剂。当原料样pH < pI 时，蛋白质带正电，则 增溶大，pH > pI 则增溶小。离子强度也有类似现 象，很多研究表明蛋白质与表面活性剂间的疏水作 用也有很大作用。 • 反胶束中，酶的动力学与水中相似，只是由于酶与 表面活性剂作用，底物分配和交换，因而 Km( 米氏 常数) Kcat (转换数) 是复杂的多变量函数。