生化分离工程2萃取分离

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1、2.3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。2005-3-281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。因此，反胶团可作为生物膜的简化模型；作为显示酶类性质的一种模型进行基础性研究；作为具有新型功能的疏水性反应场；作为酶和微生物的一种新型的固定化方法；作为微小型的生物反应器；在生物技术领域

2、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（分离、浓缩等方法）。2005-3-2822.3.1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。2005-3-2832.3.2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（normalmicelle）。当向非极性溶剂中加入一定量的表面活性剂时

3、，会形成反胶团或反向胶团（reversedmicelles）。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”（waterpool）。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。2005-3-284常用的表面活性剂AOT（AerosolOT），其化学名称是琥珀酸二（2-乙基己基）酯磺酸钠（Sodiumdi-2-ethyl-hexylsulfosuccinate），结构式下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）。常用的非极性有机溶剂有环己烷、庚烷、辛烷、异辛烷、己醇

4、、硅油等。2005-3-285反胶团的物理化学特性CMC（criticalmicelleconcentration）0.1～1.0mmol/L的范围内。反胶团含水率WW用水和表面活性剂的浓度之比来定义，即W＝c水／c表W是个非常重要的参数，W越大，反胶团的半径越大。反胶团“水池”中的水与普通水差异大。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粘度的50倍，且疏水性非常强。另外，其冰点通常低于0℃。这一部分水实际上起着使表面活性剂的亲水性基团水合化的作用。因为这一部分水被牢固地束缚着，所以粘度很大，流动性很差。2005-3-286在

5、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。图2-14胶团变化示意图2005-3-287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

6、的。2005-3-288图2-15蛋白质溶解方式示意图2005-3-2892.3.3反胶团萃取蛋白质的基本原理反胶团萃取是有机相-水相间的分配萃取。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。图2-16反胶团萃取蛋白质的示意图2005-3-2810“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，有图2-17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，图

7、2-17蛋白质向反胶团溶解的可能模型2005-3-2811酶、蛋白质萃取特性分离场（胶团）-分离目标物质（蛋白质））间的相互作用及其影响因素等见表2-4。表2-4决定分配系数K的分离场-分离物质间相互作用相互作用分离场分离物质静电性相互作用pH、盐的种类和离子强度pI、表面电荷液状离子交换体浓度、胶团内双重电荷层立体性相互作用胶团尺度、含水率W、表分子量面活性剂浓度疏水性相互作用溶剂、胶团亲水疏水基、亲水疏水残基含水率特异性相互作用亲和配体构象2005-3-2812下面以研究得较多的AOT／