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第八章---反胶束萃取幻灯片课件

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下游技术 第八章 反胶团萃取

下游技术 第八章 反胶团萃取




（3）离子强度
离子强度对蛋白质萃取的影响主要体现 在两个方面 :


离子强度增大后使蛋白质与反胶团内表面的 静电引力减弱 ,从而减小了萃取率 ; 离子强度增大后减弱了表面活性剂极性头之 间的排斥 ,使反胶团变小 ,因而蛋白质难以 进入其中。
（4）温度
温度是影响蛋白质萃取率的一个重要因 素。一般来说 ,温度的增加将使反胶团 的含水量下降 ,因而不利于蛋白质的萃 取。通过提高温度可以实现蛋白质的反 萃取。
从复杂混合体系中分离蛋白质
在实际应用中往往遇到的是复杂的混合体系 , 例如 : 其中既含多种蛋白质,又含有发酵底物、 细胞碎片、细胞组织或血液成分 , 从中分离 某种蛋白质是很困难的。不少研究者对此进行 了尝试,取得了一定的进展。 例如,用ＡＯＴ / 异辛烷体系, 从细菌发酵液 中提取了 2 种脂肪酶 ; 从大豆和向日葵中分 离了蛋白质、油脂和多酚。 利用表面活性剂可以破坏细胞壁的特点,用反 胶团体系直接提取了胞内酶。
第八章
反胶团萃取
一、概述


蛋白质类是生物技术中的重要产物 , 但是大多 数蛋白质不溶于有机溶剂 , 而且与有机溶剂接 触后会引起蛋白质的变性和失活 , 因此不能直 接应用有机溶剂液 - 液萃取过程。 近年来 , 利用表面活性剂在有机溶剂中形成一 种反向胶团 ( 简称反胶团 reversed micelles) 对 蛋白质进行萃取的技术得到了快速的发展和应 用 , 这也是表面活性剂在生物工程中成功应用 的一个范例。
反胶团的形成

2. 反胶团的制备 1）注入法：将蛋白质水溶液直接注入到含

有表面活性剂的有机溶剂中，搅拌，形
成透明的溶液 2）相转移法：将蛋白质水相与含表面活性 剂的有机相接触 3）溶解法：将含反胶团的有机相与蛋白质

反胶团萃取专题PPT优秀课件

反胶团萃取专题PPT优秀课件
R16SO4Na R12CH(SO4Na)R3 R10CH(SO4Na)R5 R8CH(SO4Na)R7
13
CMC 0.0125 0.01 0.00865 0.014 0.016 8.7×10—5 1×10—4 1.4×10—4
5.8×10—4 1.72×10—3 2.35×10—3 4.25×10—3
CMC 0.136 0.00865 0.0024 0.00058 0.000165 9.9×10—3 9×10—4 8.7×10—5 1×10—5 1×10—6 0.01
0.35
0.025
0.13
表面活性剂 R12COOK R12SO3Na R12SO4Na R12NH3Cl
R12N(CH3)3Br R12O(CH2CH2O)6H R12O(CH2CH2O)9H R12O(CH2CH2O)12H
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LOGO
5、反胶团溶解作用的推动力
生物分子溶解于A O T 等离子型表面活性剂反胶团 相的推动力有：
（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。
17
LOGO
（1）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 ， 因此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。当改变水相pH值可使蛋白质表面带正电荷 (pH<pI)或负电荷(pH>pI)，通过与表面活性剂发生强烈 的静电相互作用，使蛋白质溶解在反胶团中。
AOT n-烃类(C6～C10)、异辛烷、 Brij60
辛烷
环己烷、四氯化碳、苯
CTAB 己醇／异辛烷，己醇／辛烷 TritonX 己醇／环己烷
三氯甲烷／辛烷
磷脂酰胆碱 苯、庚烷

反胶束萃取

反胶束萃取

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

第八章 萃取_PPT课件

第八章 萃取_PPT课件
ME , MR —线段ME与MR的长度。
和点M离E点越近，那么E相的质量越大。
E MR M RE
zA xA yA xA
若在A、B二元料液F中加入纯溶剂S，则形成的三元混合
液总组成的坐标M点沿SF线而变，具体位置由杠杆规则确
定，即
A
MF S MS F
(8-3)
杠杆规那么是物料衡算的图 F 解表示方法，是萃取操作过程
设溶质A完全溶于稀释剂B和
溶剂S中，而B与S 局部互溶。
在一定温度下，组分B与组
分S以任意数量相混合，必然得
到两个互不相溶的液层，各层
的组成分别为图中的L点与J点
B
.
L
.
J
S
坐标所示。(即在L与J之间B和S
不能互溶)
在总组成为C的两元混合液中
A
逐渐参加组分A，成为三元混合
液，其中组分B与S质量比为常数， 两相区 故三元混合液的组成点将沿AC
原则上应选择β远大于1的液体作为溶剂。
思考题：分配系数和选择性系数各表示何意义？
分配系数：在一定温度下，当三元混合液的两个液相达到平衡时， 溶质A（或稀释剂B）在E相与R相中组成之比。即：
kA组 组A A 分 分 在 在 R E相 相中 中的 的 x yA A组 组(成 成 8 -1) kB组 组B B 分 分 在 在 R E相 相中 中的 的 x yB B组 组(成 成 8 -1a) 分配系数表达了某一组分在两个平衡液相中的分配关系。kA值愈大， 萃取别离的效果愈好。
选择性系数〔β〕
萃 萃取 取相 相中 中BA的 的质 质量 量萃 萃 分 分余 余 数 数相 相中 中BA的 的质 质量 量 分 分yy B数 数 A
因为 yAkA xA , yBkB xB所以 kAyyB A,

反胶团萃取技术-PPT制作

反胶团萃取技术-PPT制作

什么是反胶团萃取
反胶团聚集体微观上恰似纳米级大小的微型 水池。 这些水池可溶解某些蛋白质,使其与周围的有 机溶剂隔离,从而避免蛋白质的失活。 通过改变操作条件,又可使溶解于水池中的蛋 白质转移到水相中,这样就实现了不同性质蛋白 质间的分离或浓缩。
什么是反胶团萃取
促使反胶团溶解蛋白质的主要推动力 （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）反胶团疏水末端疏水性相互作用。
影响反胶团萃取效率的主要因素
水相的离子强度
离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽的程度，降 低了蛋白质分子和反胶团内壁的静电作用力。 减小了表面活性剂极性头之间的相互斥力，使反胶 团变小。 这两方面的效应都会使蛋白质分子的溶解性下降， 甚至使已溶解的蛋白质从反胶团中反萃取出来。
影响反胶团萃取效率的主要因素
“
“
输入文字
体系容易乳化。
反胶团体系的分类
（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。
助表面活性剂影响
蛋白质的分子量往往很大，超过几万或 几十万，使表面活性剂形成的反胶团的大小不 足以包容大的蛋白质，而无法实现萃取，此时 加入一些非离子表面活性剂，使它们插入反胶 团结构中，就可以增大反胶团的尺寸，溶解相 对分子质量较大的蛋白质。
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反胶束萃取教学课件PPT新型萃取

反胶束萃取教学课件PPT新型萃取

高聚物浓度增加，细胞 颗粒将聚集在表面
上。
高聚物浓度-界面张力太大，蛋白质在表 面上。
双水相萃取
盐类的影响
盐的正负离子在两相间的分配系数不同，两项形成电位 差，可大大促进萃取。 pH的影响 影响很大，但和分离的物质及加入的非成相盐有关。1. 蛋白质电解和带电。 2. 加入的盐的电解。 温度 在临界点时，影响较大。
影响反胶束萃取蛋白质的主要因素
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，所 以，任何可以增强这种静电作用或导致形成较大的 反胶束的因素，都有助于蛋白质的萃取。影响反胶 束萃取蛋白质的主要因素，见下表，只要通过对这 些因素进行系统的研究，确定最佳操作条件，就可 得到合适的目标蛋白质萃取率，从而达到分离纯化 的目的。
10.3.1 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。只有当反胶束内表面电荷，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束。故
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。
双水相体系的形成
1. 两种高聚物的憎水程度差异越大，越易形成双水相。 2. 高分子分子量越大，越容易形成双水相体系。支链 的高聚物比直链的易形成双水相系统。
3. 温度提高，双水相体系形成浓度提高。
4. 低分子量物质对双水相体系形成较小，高浓度才 有影响。
双水相体系密度差，折射率和表面张力小，分相较慢。
4.5.2 反胶束萃取
(1)反胶束的形成
疏水非 极性尾 亲水极 性头
pool
一种阴离子型 表面活性剂
可游离 离子

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)


3
2 反胶束的溶解作用
微水池溶解和分离作用： 反胶团的微水池的水可溶解氨基酸、 肽和蛋白质等生物分子, 为生物分子提 供易于生存的亲水微环境. 因此，反胶 团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白质等 生物分子的分离纯化，特别是蛋白质 类生物大分子。 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”。
4
2 反胶束的溶解作用
溶解推动力
A 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。右图 为pH值对不同蛋白质的溶解率急 剧变化图：当pH<pI时，即在带 正电荷的pH范围内蛋白质的溶解 率接近100%，说明静电相互作 用对蛋白质的反胶团萃取起决定 性作用。
y mx
7
3 反胶束萃取的操作
A 萃取的基本方法 B 反萃取
C 分级反萃取
8
4 萃取的影响因素
1) pH value
AOT=二-(2-已基已基)琥珀 酸酯磺酸钠。
9
4 萃取的影响因素
2) 盐浓度 W0
盐浓度 S&ProZ 选择性
10
4 萃取的影响因素
3) 盐离子的种类
11
4 萃取的影响因素
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
江苏大学 制药工程原理与设备 教学课件
制药反应工程基础与设备
分离工程基础与设备

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。
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二、表面活性剂 表面活性剂的存在是构成反胶团的
必要条件。 1、表面活性剂的组成
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。
第二节 反胶团的形成
2、表面活性剂的种类 （1）阴离子表面活性剂； （2）阳离子表面活性剂； （3）非离子型表面活性剂。
它们都可用于形成反胶束。
第八章---反胶束萃取
第一节 概 述
二、反胶团的特异性功能： (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。
第一节 概 述
三、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
第二节 反胶团的形成
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。
在有机溶剂中反胶团的表面活 性剂分子缔合数，与水溶液系统相 比要小，而且疏水性的碳链越长缔 合数越小。
第二节 反胶团的形成
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。由于实验方法不同，所得的 CMC值往往难于完全一致，但是突 变点总是落在一个很窄的浓度范围内， 故用CMC范围来表示更为方便。
第二节 反胶团的形成
有机溶剂相中的反胶团一般 比水相中微胶团的空间尺寸小得 多，通常为球形，有些情况下也 可能成为椭球形或棒形。
第二节 反胶团的形成
(1)反胶团的临界胶团浓度 将表面活性剂在非极性有机溶剂
相中能形成反胶团的最小浓度称为 临界胶团浓度(Critical Micelle Concentration，有时简称CMC)，
第二节 反胶团的形成
第二节 反胶团的形成
将阳离子表面活性剂如CTAB 溶于有机溶剂形成反胶束时，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。
第二节 反胶团的形成
二、反胶团的物理化学特性及制备 1．反胶团的物理化学特性
反胶团的大小与很多因素有关，如 表面活性剂和非极性有机溶剂的种类、 浓度；操作时体系的温度、压力；微 小水池中的离子强度等等。
第二节 反胶团的形成
（2）阳离子型 ①CTAB(cetyl-methyl-
ammonium bromide)溴化十六烷 基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴
第二节 反胶团的形成
②DDAB(didodecyldimethyl ammonium bromide)溴化十二烷 基二甲铵
第二节 反胶 Βιβλιοθήκη 的形成③TOMAC (triomethy lammoniu m chloride) 氯化三辛 基甲铵
第二节 反胶团的形成
将表面活性剂溶于水中，当其浓 度超过临界胶束浓度(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束，称 为正常胶束(normal micelle)。
第二节 反胶团的形成
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。
第二节 反胶团的形成
3、常见表面活性剂
AOT、CTAB(溴代十六烷基三甲 铵)、TOMAC(氯化三辛基甲铵)、 PTEA(磷脂酰乙醇胺)，其中以AOT 最为常用。
而常用于反胶团萃取系统的非极性 有机溶剂有环己烷、庚烷、辛烷、异 辛烷、己醇、硅油等。
第二节 反胶团的形成
（1）阴离子型 在反胶束萃取蛋白质的研究
第二节 反胶团的形成
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。
第二节 反胶团的形成
(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：
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；
第一节 概 述
(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， 溶剂可反复使用等。
第二节 反胶团的形成
一、反胶团的构造 1、胶团的形成
向水溶液中加入表面活性剂， 当表面活性剂的浓度超过一定的 数值时，表面活性剂就会在水相 中形成胶体或微胶团，它是表面 活性剂的聚集体。
第二节 反胶团的形成
2、反胶团的形成 当向非极性溶剂中加入表面
活性剂时，如表面活性剂的浓度 超过一定的数值时，也会在非极 性溶剂内形成表面活性剂的聚集 体。
第二节 反胶团的形成
与在水相中不同的是，非极 性溶剂内形成的表面活性剂聚集 体，其疏水性的非极性尾部向外， 指向非极性溶剂，而极性头向内， 与在水相中形成的微胶团方向相 反，因而称之为反胶团或反向胶 团
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，结构式见图。
第二节 反胶团的形成
第二节 反胶团的形成
这种表面活性剂容易获得，其特 点是具有双链，极性基团较小、形 成反胶束时不需加助表面活性剂， 并且所形成的反胶束较大，半径为 170nm，有利于大分子蛋白质进入。
第二节 反胶团的形成
图 8-1 是 几 种 可 能 的 表 面 活 性 剂 聚 集体的微观构造。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。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) 。
第二节 反胶团的形成
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，而极性分子和/或 亲水性的生物大分子也因此可 “溶解”在非极性的有机溶剂中。
第二节 反胶团的形成
如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。
第二节 反胶团的形成