反膠團萃取技術(shù)反膠團萃取技術(shù)1一、概述本質(zhì)：液-液有機溶劑萃取特點：反膠團萃取是利用表面活性劑在有機相中形成反膠團（reversedmicelles），從而在有機相內(nèi)形成分散的親水微環(huán)境，使生物分子在有機相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團的親水微環(huán)境中，消除了生物分子，特別是蛋白質(zhì)類生物活性物質(zhì)難于溶解在有機相中或在有機相中發(fā)生不可逆變性的現(xiàn)象。一、概述本質(zhì)：液-液有機溶劑萃取2反膠團萃取的優(yōu)點選擇性好、分離效率高分離速度快，具有提純和濃縮作用分離條件溫和，能使生物物質(zhì)保持較高的活性收率分離料液處理簡單，操作方便易放大，正萃和反萃同時進行反膠團萃取的優(yōu)點選擇性好、分離效率高分離速度快，具有提純和濃3二、反膠團的形成

1.膠團與反膠團極性“頭”水非極性“核”非極性“尾”極性“頭”有機溶劑極性的“核”非極性“尾”膠團反膠團二、反膠團的形成

1.膠團與反膠團極性“頭”水非極性“核”4二、反膠團的形成反膠團：是指向非極性溶劑中加入表面活性劑時，當(dāng)表面活性劑的濃度超過臨界膠團濃度（CMC）時，會在非極性溶劑內(nèi)自發(fā)形成親水頭部向內(nèi)、疏水尾部向外的具有極性內(nèi)核的表面活性劑聚集體。與在水相中形成的微膠團方向相反，因此稱為反膠團或反向膠團。通常反膠團的極性內(nèi)核在溶解了水后在內(nèi)核中形成“微水相”或“水池”，可以進一步溶解蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸等親水性的生物大分子。膠團的屏蔽作用使這些物質(zhì)不與有機溶劑直接接觸，而“水池”的微環(huán)境又保護了生物物質(zhì)的活性，從而達到了溶解和分離生物物質(zhì)的目的。二、反膠團的形成反膠團：是指向非極性溶劑中加入表面活性劑時，5二、反膠團的形成2、反膠團體系的分類（1）單一表面活性劑反膠團體系：A、陰離子型。在反膠團萃取蛋白質(zhì)使用最多的是陰離子型表面活性劑（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸鈉，簡稱AOT）。適用于等電點較高的、相對分子量較小的蛋白質(zhì)的分離。B、陽離子型，如TOMAC（氯化三辛基甲銨）、CTAB（溴代十六烷基三甲胺）等。該體系適用于等電點較低的、相對分子量較大的蛋白質(zhì)的分離。C、非離子型表面活性劑，能形成更大的反膠團體系，能分離相對分子量更大的蛋白質(zhì)，但這類體系容易乳化。

二、反膠團的形成2、反膠團體系的分類（1）單一表面活性劑反膠6二、反膠團的形成2）混合表面活性劑反膠團體系：是指兩種或兩種以上表面活性劑構(gòu)成的體系，一般來說，混合表面活性劑反膠團對蛋白質(zhì)有更高的分離效率。3）親和反膠團體系：

是指除了有組成反膠團的表面活性劑以外，還有具有親和特征的助劑，它的親和配基與蛋白質(zhì)特異性的結(jié)合，往往極少量親和配基的加入就可使萃取蛋白質(zhì)的選擇性大大提高。

二、反膠團的形成2）混合表面活性劑反膠團體系：3）親和反膠團7二、反膠團的形成3、反膠團的物理化學(xué)特性1）反膠團的臨界膠團濃度

表面活性劑在非極性有機溶劑相中能形成反膠團的最小濃度稱為臨界膠團濃度（CMC）。大多數(shù)表面活性劑的CMC在0.1~1.0mmol/L之間。2）反膠團含水率W0：

W0

是指有機相中水和表面活性劑的摩爾濃度之比。即：W0越大，反膠團的半徑越大。二、反膠團的形成3、反膠團的物理化學(xué)特性1）反膠團的臨界膠團8二、反膠團的形成4、反膠團的溶解作用由于反膠團內(nèi)存在微水池，故可溶解氨基酸、脂肪和蛋白質(zhì)等生物分子，為生物分子提供易于生存的親水微環(huán)境。因此，反膠團萃取可用于氨基酸、肽和蛋白質(zhì)等生物分子的分離純化，特別是蛋白質(zhì)類生物大分子。水殼模型疏水區(qū)二、反膠團的形成4、反膠團的溶解作用由于反膠團9二、反膠團的形成5、反膠團溶解作用的推動力（1）表面活性劑與蛋白質(zhì)的靜電相互作用；（2）反膠團與生物分子間的空間排阻作用；（3）疏水性相互作用。二、反膠團的形成5、反膠團溶解作用的推動力（1）表面活性劑與10三、反膠團萃取技術(shù)

從宏觀上看反膠團萃取，是溶質(zhì)在有機相－水相間的分配萃取，和普通的液液萃取在操作上具有相同特征。微觀上，則是指溶質(zhì)從主體水相向溶解于有機溶劑相中的反膠團微水相中的分配萃取。1、反膠團萃取原理三、反膠團萃取技術(shù)從宏觀上看反膠團萃取，是溶質(zhì)11三、反膠團萃取技術(shù)2.影響反膠團萃取生物分子的主要因素水相pH值的影響水相離子強度的影響助表面活性劑的影響溫度等三、反膠團萃取技術(shù)2.影響反膠團萃取生物分子的主要因素水相12四、反膠團萃取技術(shù)的應(yīng)用α-淀粉酶、細胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、過氧化氫酶等。萃取蛋白質(zhì)日化行業(yè)反膠團超臨界CO2

萃取藥物反膠團萃取技術(shù)的應(yīng)用提取化妝品原料及功能性添加劑（植物油、氨基酸、維生素）等對各種蛋白質(zhì)、抗體、抗生素的萃取。四、反膠團萃取技術(shù)的應(yīng)用α-淀粉酶、細胞色素c、核糖核酸酶、13pH值對蛋白質(zhì)溶解率的影響圖鹽濃度對蛋白質(zhì)溶解率的影響多步混合/澄清萃取法分離蛋白質(zhì)混合物pH值對蛋白質(zhì)溶解率的影響圖鹽濃度對蛋白質(zhì)溶解率的影響多步混14反膠團-超臨界CO2

萃取

超臨界CO2

萃取的應(yīng)用范圍比較廣,但CO2

對于親水性分子、相對分子質(zhì)量高的物質(zhì)如氨基酸,蛋白質(zhì)和許多聚合物以及金屬離子的溶解能力非常低。一種使得CO2

能夠適合溶解這些分子的方法就是采用表面活性劑創(chuàng)造反膠團或微乳液環(huán)境。反膠團-超臨界CO2萃取超臨界CO2萃取15四、反膠團萃取技術(shù)的應(yīng)用聚-(六氟環(huán)氧丙烷)是目前發(fā)現(xiàn)的最親CO2

的可溶性聚合物。適合在超臨界CO2

中形成反膠團的表面活性劑的三個標準:表面活性劑尾端應(yīng)具有高親CO2

性。這要求內(nèi)聚能較低。CO2尾端相互作用較強,以促進在CO2

中的分布,包圍水界面的彎曲度。還有膠團-膠團相互作用較弱。表面活性劑的極性頭端不能過于分散,尾端最好有多條分支,以促進在水和CO2

界面形成分散的空間結(jié)構(gòu)。表面活性劑頭端應(yīng)和水形成氫鍵,作為聚集的動力。否則,表面活性劑在CO2

中可能形成凝相而不是反膠團。四、反膠團萃取技術(shù)的應(yīng)用聚-(六氟環(huán)氧丙烷)是目前發(fā)現(xiàn)的16五、反膠團萃取設(shè)備

1、膜萃取器膜萃取器有管狀超濾膜和中空纖維膜兩種。1）管狀超濾膜用管狀陶瓷超濾膜截留含有磷脂酶的反膠團，實現(xiàn)了對生物產(chǎn)品的部分分離。含有磷酯酶的發(fā)酵液經(jīng)過泵進入到陶瓷超濾膜組件中，磷酯酶被截留在膜內(nèi)，萃余相則返回到反應(yīng)器，從而實現(xiàn)磷酯酶的分離。

五、反膠團萃取設(shè)備1、膜萃取器1）管狀超濾膜17五、反膠團萃取設(shè)備2）中空纖維膜中空纖維管是另一類被廣泛用于液-液分離的膜萃取器。它具有很大的比表面積，且與反膠團技術(shù)相結(jié)合能減少蛋白質(zhì)的失活，是一項很有實用前景的生物分離技術(shù)。

五、反膠團萃取設(shè)備2）中空纖維膜中空纖維管是18五、反膠團萃取設(shè)備2、離心萃取器反膠團溶液-水-蛋白質(zhì)所組成的萃取體系，由于表面活性劑的存在，界面張力低，易乳化。另外，由于萃取的目標產(chǎn)物是蛋白質(zhì)，易變性失活。為了盡量避免蛋白質(zhì)的變性，應(yīng)盡量縮短操作時間，因而反膠團離心萃取是一項很合適的蛋白質(zhì)萃取分離技術(shù)。

五、反膠團萃取設(shè)備2、離心萃取器反膠團溶液-水19五、反膠團萃取設(shè)備3、混合澄清槽混合-澄清式萃取器是一種最常用的液-液萃取設(shè)備，該設(shè)備由料液與萃取劑的混合器和用于兩相分離的澄清器組成，可進行間歇或連續(xù)的液-液萃取。但該設(shè)備最大的缺點是反膠團相與水相相混合時，混合液易出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，從而增加了相分離時間。五、反膠團萃取設(shè)備3、混合澄清槽混合-澄清式20五、反膠團萃取設(shè)備4、微分萃取設(shè)備1）噴淋塔萃取器

噴淋塔是一種應(yīng)用廣泛的液-液微分萃取設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)簡單和操作彈性大等優(yōu)點，在反膠團萃取方面受到了人們的關(guān)注。尤為重要的是，當(dāng)用于含有表面活性劑的反膠團體系時，所需輸入的能量很低，故不易乳化，從而縮短了相分離時間。但噴淋塔的缺點是連續(xù)相易出現(xiàn)軸向反混，從而降低萃取效率。

五、反膠團萃取設(shè)備4、微分萃取設(shè)備1）噴淋塔萃取器21五、反膠團萃取設(shè)備2）轉(zhuǎn)盤萃取塔

轉(zhuǎn)盤萃取塔（RDC）可用于蛋白質(zhì)的萃取分離。右圖是RDC萃取蛋白質(zhì)的示意圖，反膠團相為分散相，水相為連續(xù)相。轉(zhuǎn)盤塔的優(yōu)點是單位塔高的效率高、高產(chǎn)量、操作彈性大和低能耗等。缺點是體系易出現(xiàn)乳化和返混現(xiàn)象。五、反膠團萃取設(shè)備2）轉(zhuǎn)盤萃取塔轉(zhuǎn)盤萃取22Thankyou！Thankyou！23靜電相互作用

反膠團萃取一般采用離子型表面活性劑制備反膠團相，因此這些表面活性劑所形成的反膠團內(nèi)表面帶有負電荷或正電荷。當(dāng)改變水相pH值可使蛋白質(zhì)表面帶正電荷(pH<pI)或負電荷(pH>pI)，通過與表面活性劑發(fā)生強烈的靜電相互作用，使蛋白質(zhì)溶解在反膠團中。理論上，當(dāng)溶質(zhì)所帶電荷與表面活性劑相反時，由于靜電引力的作用，溶質(zhì)易溶于反膠團，靜電引力越大溶解率或分配系數(shù)較大，反之，則不能溶解到反膠團相中。靜電相互作用反膠團萃取一般采用離子型表面活性劑24水相pH值的影響表面活性劑的極性頭朝向反膠團的內(nèi)部，使反膠團的內(nèi)壁帶有一定的電荷，而蛋白質(zhì)是一種兩性電解質(zhì)，通過改變水相pH值可改變蛋白質(zhì)的表面電荷。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)所帶電荷與反膠團內(nèi)所帶電荷的性質(zhì)相反時，由于靜電引力，可使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到反膠團中。

通過改變水相pH，由于靜電斥力，可使蛋白質(zhì)從反膠團相反萃取到水相中。水相pH值的影響表面活性劑的極性頭朝向反膠團25水相離子強度的影響a：離子強度影響到反膠團內(nèi)壁的靜電屏蔽的程度，降低了蛋白質(zhì)分子和反膠團內(nèi)壁的靜電作用力。b：減小了表面活性劑極性頭之間的相互斥力，使反膠團變小。這兩方面的