生物工程下游技術(shù)-第8章-反膠團(tuán)萃取課件

第八章反膠團(tuán)萃取反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的主要因素第八章反膠團(tuán)萃取反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性1基本概念

表面活性劑分子的兩親性質(zhì)使之在水溶液中能自發(fā)形成結(jié)構(gòu)有序的多分子聚集體,通常稱為膠團(tuán)。膠團(tuán)具有表面活性劑烷烴鏈構(gòu)成的疏水內(nèi)核和親水基團(tuán)包裹著的外殼,即所謂的核-殼結(jié)構(gòu)

何謂膠團(tuán)、反膠團(tuán)基本概念

表面活性劑分子的兩親性質(zhì)使之在水溶液中能自發(fā)形成結(jié)2基本概念反膠團(tuán)是指當(dāng)油相中表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度后,其分子在非極性溶劑中自發(fā)形成的親水基向內(nèi)、疏水基向外的具有極性內(nèi)核(polarcore)的多分子聚集體何謂膠團(tuán)、反膠團(tuán)基本概念反膠團(tuán)是指當(dāng)油相中表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度后3基本概念反膠團(tuán)是表面活性劑分子溶于非極性溶劑中自發(fā)形成的聚集體,其中表面活性劑的極性頭朝內(nèi)而非極性頭朝外與有機(jī)溶劑接觸。膠團(tuán)內(nèi)可溶解少量水而形成微型水池，蛋白質(zhì)進(jìn)入微水持中，可隨反膠團(tuán)轉(zhuǎn)入有機(jī)溶劑，但不與有機(jī)溶劑直接接觸，反膠團(tuán)萃取就是利用這一特性進(jìn)行蛋白質(zhì)分離的方法，反膠團(tuán)溶液是宏觀上透明均一的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。反膠團(tuán)萃取基本概念反膠團(tuán)是表面活性劑分子溶于非極性溶劑中自發(fā)形成的聚集4成本低選擇性高操作方便放大容易萃取劑(反膠團(tuán)相)可循環(huán)利用蛋白質(zhì)不易變性等優(yōu)點(diǎn)反膠團(tuán)萃取的特點(diǎn)成本低反膠團(tuán)萃取的特點(diǎn)5表面活性劑

反膠團(tuán)(reversedmicelle)是表面活性劑分散于連續(xù)有機(jī)相中一種自發(fā)形成的納米尺度的聚集體，所以表面活性劑是反膠團(tuán)溶液形成的關(guān)鍵。表面活性劑是由親水憎油的極性基團(tuán)和親油憎水的非極性基團(tuán)兩部分組成的兩性分子，可分為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑和非離子型表面活性劑。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性表面活性劑反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性6反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陰離子表面活性劑在反膠束萃取蛋白質(zhì)的研究中，用得最多的是陰離子表面活性劑AOT(AerosolOT)，其化學(xué)名為丁二酸－2－乙基己基磺酸鈉該表面活性劑容易獲得，其特點(diǎn)是具有雙鏈，極性基團(tuán)較小、形成反膠束時(shí)不需加助表面活性劑，并且所形成的反膠束較大，半徑為170nm，有利于大分子蛋白質(zhì)進(jìn)入。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陰離子表面活性劑該表面活性劑容易獲7反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陽離子表面活性劑常使用的陽離子表面活性劑名稱和結(jié)構(gòu)如下：(1)CTAB(溴化十六烷基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴)(2)DDAB(溴化十二烷基二甲銨)反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陽離子表面活性劑(1)CTAB(溴8反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陽離子表面活性劑常使用的陽離子表面活性劑名稱和結(jié)構(gòu)如下：(3)TOMAC(氯化三辛基甲銨)反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陽離子表面活性劑(3)TOMAC9反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性臨界膠團(tuán)濃度

要形成膠團(tuán)或反膠團(tuán)溶液，表面活性劑需達(dá)到一定濃度。臨界膠束濃度是形成膠團(tuán)或反膠團(tuán)的表面活性劑的最低濃度，用CMC表示。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性臨界膠團(tuán)濃度要形成膠團(tuán)或反膠團(tuán)溶10反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性膠團(tuán)、反膠團(tuán)的形成將表面活性劑溶于水中，當(dāng)其濃度超過臨界膠束濃度(CMC)時(shí)，表面活性劑就會(huì)在水溶液中聚集在一起而形成聚集體，在通常情況下，這種聚集體是水溶液中的膠束，稱為膠團(tuán)。若將表面活性劑溶于非極性的有機(jī)溶劑中，并使其濃度超過臨界膠束濃度(CMC)，便會(huì)在有機(jī)溶劑內(nèi)形成聚集體，這種聚集體稱為反膠團(tuán)。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性膠團(tuán)、反膠團(tuán)的形成將表面活性劑溶于11反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)的制備

①注入法②相轉(zhuǎn)移法③溶解法反膠團(tuán)的含水率W=C水/C表面活性劑反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)的制備①注入法反膠團(tuán)的含水12反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)的溶解作用由于反膠團(tuán)內(nèi)存在微水池，故可溶解氨基酸、肽和蛋白質(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(tuán)萃取特別蛋適合白質(zhì)類生物大分子。bcda反膠團(tuán)的溶解作用反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)的溶解作用由于反膠團(tuán)內(nèi)存在微13反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)溶液是一協(xié)同過程。在有機(jī)溶劑相和水相兩宏觀相界面間的表面活性劑層,同鄰近的蛋白質(zhì)分子發(fā)生靜電吸引而變形,接著兩界面形成含有蛋白質(zhì)的反膠團(tuán),然后擴(kuò)散到有機(jī)相中,從而實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取。改變水相條件(如pH值、離子種類或離子強(qiáng)度),又可使蛋白質(zhì)從有機(jī)相中返回到水相中,實(shí)現(xiàn)反萃取過程。蛋白質(zhì)溶入反膠束溶液主要受到表面活性劑與蛋白質(zhì)的靜電作用、空間排阻作用的影響。反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素14反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素靜電作用力在反膠束萃取體系中，表面活性劑與蛋白質(zhì)都是帶電的分子，因此靜電相互作用肯定是萃取過程中的一種推動(dòng)力。由于蛋白質(zhì)所帶電荷與溶液pH值有直接關(guān)系，所以溶液pH值能決定蛋白質(zhì)能否進(jìn)入反膠團(tuán)。反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素15反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素位阻效應(yīng)蛋白質(zhì)等生物大分子的分子較大，當(dāng)反膠團(tuán)直徑較小時(shí)，會(huì)對蛋白質(zhì)產(chǎn)生空間排阻作用，從而使蛋白質(zhì)在反膠團(tuán)中的溶解度降低，這種現(xiàn)象稱為位阻效應(yīng)。反膠團(tuán)的“水池”直徑受含水率W0的調(diào)節(jié)，當(dāng)水溶液中鹽濃度較高時(shí)，無機(jī)鹽對反膠團(tuán)產(chǎn)生脫水作用，使W0下降，反膠團(tuán)尺度減小，位阻效應(yīng)加強(qiáng)，蛋白質(zhì)的萃取率明顯降低。反膠束萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素16影響反膠團(tuán)萃取的主要因素蛋白質(zhì)的萃取，與蛋白質(zhì)的表面電荷和反膠束內(nèi)表面電荷間的靜電作用，以及反膠束的大小有關(guān)，所以，任何可以增強(qiáng)這種靜電作用或?qū)е滦纬奢^大的反膠束的因素，都有助于蛋白質(zhì)的萃取。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素蛋白質(zhì)的萃取，與蛋白質(zhì)的表面電荷和反17影響反膠團(tuán)萃取的主要因素水相pH值對萃取的影響影響反膠團(tuán)萃取的主要因素水相pH值對萃取的影響18影響反膠團(tuán)萃取的主要因素離子強(qiáng)度對萃取率的影響離子強(qiáng)度對萃取率的影響主要從一下幾個(gè)方面：①影響蛋白質(zhì)與表面活性劑極性基團(tuán)的靜電作用；②影響反膠團(tuán)的含水率；③離子進(jìn)入“微水池”影響其他溶質(zhì)的進(jìn)入。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素離子強(qiáng)度對萃取率的影響離子強(qiáng)度對萃取19影響反膠團(tuán)萃取的主要因素表面活性劑類型及濃度的影響增大表面活性劑的濃度可增加反膠束的數(shù)量，從而增大對蛋白質(zhì)的溶解能力。但表面活性劑濃度過高時(shí)，有可能在溶液中形成比較復(fù)雜的聚集體，同時(shí)會(huì)增加反萃取過程的難度。因此，應(yīng)選擇蛋白質(zhì)萃取率最大時(shí)的表面活性劑濃度為最佳濃度。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素表面活性劑類型及濃度的影響增大表面活20影響反膠團(tuán)萃取的主要因素表面活性劑類型及濃度的影響增大表面活性劑的濃度可增加反膠束的數(shù)量，從而增大對蛋白質(zhì)的溶解能力。但表面活性劑濃度過高時(shí)，有可能在溶液中形成比較復(fù)雜的聚集體，同時(shí)會(huì)增加反萃取過程的難度。因此，應(yīng)選擇蛋白質(zhì)萃取率最大時(shí)的表面活性劑濃度為最佳濃度。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素表面活性劑類型及