第八章反膠團萃取

第八章反膠團萃取反膠束萃取技術（Reversedmicellarextraction）是近年來發(fā)展起來的一種新型萃取分離技術，主要適合于蛋白質(zhì)的提取和分離。是利用表面活性劑在有機溶劑中自發(fā)形成一種納米級的反膠束相來萃取水溶液中的大分子蛋白質(zhì)。一.反膠束法料液有機相

反膠團萃取

反膠團（reversedmicelles）是兩性表面活性劑在非極性有機溶劑中親水性基團自發(fā)地向內(nèi)聚集而成的，內(nèi)含微小水滴的，空間尺度僅為納米級的集合型膠體。是一種自我組織和排列而成的，并具熱力學穩(wěn)定的有序構造。反膠團的微小界面和微小水相具有兩個特異性功能：

①具有分子識別并允許選擇性透過的半透膜的功能；②在疏水性環(huán)境中具有使親水性大分子如蛋白質(zhì)等保持活性的功能。反膠團可作為作為生理活性物質(zhì)以及生物活性大分子的特異性分離場（分離、濃縮等方法）。反膠團萃取技術的特點反膠團萃取技術的突出優(yōu)點①有很高的萃取率和反萃取率并具有選擇性；②分離、濃縮可同時進行，過程簡便；③能解決蛋白質(zhì)（如胞內(nèi)酶）在非細胞環(huán)境中迅速失活的問題；④表面活性劑往往具有細胞破壁功效，可直接從完整細胞中提取具有活性的蛋白質(zhì)和酶；⑤成本低，溶劑可反復使用等。反膠團的形成反膠團的構造當向水溶劑中加入表面活性劑時，如表面活性劑的濃度超過一定的數(shù)值時，形成正膠團。當向非極性溶劑中加入一定量的表面活性劑時，會形成反膠團或反向膠團。在反膠團中有一個極性核心，它包括由表面活性劑極性端組成的內(nèi)表面、平衡離子和水，被稱之為“水池。這個“水池”具有極性，可以溶解具有極性的分子和親水性的生物大分子。在AOT反膠團中，水合化一分子AOT需要6～8個水分子，而其他水分子則不受束縛，可與普通水一樣自由流動，所以當W＞16時，“水池”中的水逐漸接近主體水相粘度，膠團內(nèi)也形成雙電層。膠團變化示意圖反膠團的制備1.液液接觸法即將含蛋白質(zhì)的水相與含表面活性劑的有機相接觸。2.注入法將含有蛋白質(zhì)的水溶液直接注入到含有表面活性劑的非極性有機溶劑中去。這種方法的過程較快并可控制反膠團的平均直徑和含水量。3.溶解法對非水溶性蛋白質(zhì)可用該法。將含有反膠團（W＝3～30）的有機溶液與蛋白質(zhì)固體粉末一起攪拌，使蛋白質(zhì)進入反膠團中，該法所需時間較長。含蛋白質(zhì)的反膠團也是穩(wěn)定的。蛋白質(zhì)溶解方式示意圖

反膠團萃取蛋白質(zhì)的基本原理

是從主體水相向溶解于有機溶劑相中反膠團微水相中的分配萃取。同時也是一個濃縮操作。改變水相條件可實現(xiàn)反萃取。反膠團萃取蛋白質(zhì)的示意圖

“水殼”模型（water-shellmode））蛋白質(zhì)向非極性溶劑中反膠團的納米級水池中的溶解，如圖所示的四種可能。①大分子蛋白質(zhì)被封閉在“水池”中②蛋白質(zhì)中的親脂部分直接與非極性溶劑的碳氫化合物相接觸③蛋白質(zhì)被吸附在微膠團的“內(nèi)壁”上④蛋白質(zhì)被幾個微膠團所溶解，蛋白質(zhì)向反膠團溶解的可能模型疏靜電引力：主要是蛋白質(zhì)的表面電荷與反膠束內(nèi)表面電荷（離子型表面活性劑）之間的靜電引力作用?？臻g位阻作用：增大反膠束極性核的尺寸，以減小大分子蛋白進入膠核的傳質(zhì)阻力。反膠束萃取的原理：凡是能夠引起靜電引力，能夠促使反膠束尺寸增大的因素均有利于提高分配系數(shù)。這些因素主要是pH、離子強度、表面活性劑種類和濃度等，通過因素優(yōu)化，實現(xiàn)選擇性地萃取和反萃取。反膠束萃取的原理：常用的表面活性劑及其相應的有機溶劑表面活性劑有機溶劑AOT異辛烷、環(huán)己烷、四氯化碳CTAB乙醇/異辛烷、己醇/辛烷Triton-X乙醇/環(huán)己烷磷脂酰膽堿苯、庚烷反膠團萃取的工藝過程前萃取將目的蛋白質(zhì)有選擇性地從發(fā)酵液中轉移到反膠團溶液中。后萃取再用第二種水相溶液從反膠團中將該蛋白質(zhì)萃取出來。溶液的pH溶液的離子強度表面活性劑的濃度和種類其他（有機溶劑、助表面活性劑、溫度）影響反膠團萃取的因素純化和分離蛋白質(zhì)、氨基酸、酶、多肽等蛋白質(zhì)復性、酶活性復性反膠團萃取的應用應用舉例

純化和分離蛋白質(zhì)如對于溶菌酶和肌紅蛋白的混合溶液(兩種蛋白質(zhì)相對分子量相近,等電點分別為11.1和6.8），用二烷基磷酸鹽/異辛烷反膠束溶液萃取，并用緩沖液將混合液的pH值調(diào)至9.0，則溶菌酶完全進入有機相中，而肌紅蛋白則留在水相。液膜：通常是由溶劑、表面活性劑和添加劑制成的。溶劑構成膜基體；表面活性劑起乳化作用，可以促進液膜傳質(zhì)速度并提高其選擇性；添加劑用于控制膜的穩(wěn)定性和滲透性。二液膜萃取液膜萃取液膜萃?。和ǔ⒑斜环蛛x組分的料液作連續(xù)相，稱為外相；接受被分離組分的流體，稱內(nèi)相；處于兩者之間的成膜的流體稱為膜相，三者組成液膜分離體系。液膜把兩個組成不同而又互溶的內(nèi)、外相溶液隔開，并通過滲透現(xiàn)象起到分離作用。液膜的種類液膜根據(jù)其結構可分為多種，但具體有實際應用價值的主要有三種：①乳狀液膜②支撐液膜③流動液膜液膜萃取定義

液膜是由水溶液或有機溶劑構成的液體薄膜。利用液膜將與之不能互溶的液體分隔開來，使其中一側的液體中的溶質(zhì)選擇性的透過液膜進入另一側，實現(xiàn)溶質(zhì)之間的分離。液膜萃取機理單純遷移也稱物理滲透，是根據(jù)料液中各種溶質(zhì)在膜相中的溶解度（分配系數(shù)）和擴散系數(shù)的不同進行的萃取分離。

反萃相化學反應促進遷移在有機酸等弱酸性電解質(zhì)的分離純化方面，可利用強堿溶液為反萃相，與料液中的溶質(zhì)發(fā)生不可逆的反應而促進溶質(zhì)的遷移。反向遷移

向膜相內(nèi)加入流動載體，使供能物質(zhì)與目標溶質(zhì)遷移方向相反，這種載體輸送方式稱為反向遷移，可以實現(xiàn)離子沿反濃度梯度方向遷移。同向遷移

向膜相內(nèi)加入流動載體，使供能物質(zhì)與目標溶質(zhì)遷移方向相同，這種載體輸送方式稱為同向遷移，也可以實現(xiàn)離子沿反濃度梯度方向遷移。①乳狀液膜乳狀液膜（emulsionliquidmembrance,ELM）根據(jù)成膜流體的不同，分為(W/O)/W和(O/W)/O兩種。在生物分離中主要應用(W/O)/W型乳狀液膜。(W/O)/W型乳液液膜內(nèi)水相液膜目標溶質(zhì)料液②支撐液膜支撐液膜是將固體膜浸在膜溶劑(如有機溶劑中)使膜溶劑充滿膜的孔隙形成液膜。支撐液膜分隔料液相和反萃相,實現(xiàn)滲透溶質(zhì)的選擇性萃取。當液膜為油相時，常用的多孔膜為聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯等高疏水性膜。與乳狀液膜相比，支撐液膜結構簡單，放大容易。③流動液膜是為了彌補上