《反胶团萃取专题》PPT课件.ppt

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1、LOGO反胶团萃取技术反胶团萃取技术LOGO反胶团萃取技术的产生反胶团萃取技术的产生 传统的分离方法，如液传统的分离方法，如液-液萃取技术很难应液萃取技术很难应用于对生化产品（如蛋白质、氨基酸、抗生素用于对生化产品（如蛋白质、氨基酸、抗生素等）的提取与分离，原因在于这类物质多数不等）的提取与分离，原因在于这类物质多数不溶于非极性有机溶剂，或与有机溶剂接触后会溶于非极性有机溶剂，或与有机溶剂接触后会引起变性和失活；而盐析、沉淀、层析、电泳引起变性和失活；而盐析、沉淀、层析、电泳等生化分离方法又不能实现连续和放大操作。等生化分离方法又不能实现连续和放大操作。因此，针对这两大难题，在因此，针对这两大

2、难题，在2020世纪世纪7070年代中年代中期期反胶团萃取技术反胶团萃取技术就发展起来了。就发展起来了。一、概述一、概述LOGO本质本质：液液-液有机溶剂萃取液有机溶剂萃取特点特点：反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形 成的反胶团（成的反胶团（reversed micellesreversed micelles），从而在有机相），从而在有机相 内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃内形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶团的亲水微环境中，消除了生物取相）内存在于反胶团的亲水微环境中，消除了生物分子，特别是蛋白质类生物活性物

3、质难于溶解在有机分子，特别是蛋白质类生物活性物质难于溶解在有机相中或在有机相中发生不可逆变性的现象。相中或在有机相中发生不可逆变性的现象。一、概述一、概述LOGO反胶团萃取的优点分离速度快，具有提纯和浓缩作用分离速度快，具有提纯和浓缩作用2分离料液处理简单，操作方便分离料液处理简单，操作方便 4选择性好、分离效率高选择性好、分离效率高 3 1分离条件温和，能使生物物质保持较高的活性收率分离条件温和，能使生物物质保持较高的活性收率 3 3易放大，正萃和反萃同时进行易放大，正萃和反萃同时进行5一、概述一、概述反胶团萃取的优点反胶团萃取的优点LOGO极性极性“头头”水水非极性的非极性的“核核”非极性

4、非极性“尾尾”胶团：胶团：表面活性剂的极性头表面活性剂的极性头表面活性剂的极性头表面活性剂的极性头部朝外，疏水的尾部朝部朝外，疏水的尾部朝部朝外，疏水的尾部朝部朝外，疏水的尾部朝内，中间形成非极性的内，中间形成非极性的内，中间形成非极性的内，中间形成非极性的“核核核核”。二、反胶团的形成二、反胶团的形成1.1.胶团与反胶团胶团与反胶团LOGO二、反胶团的形成二、反胶团的形成反胶团反胶团：是指当向非极性溶剂中加入表面活性是指当向非极性溶剂中加入表面活性剂时，当表面活性剂的浓度超过临界胶团浓度剂时，当表面活性剂的浓度超过临界胶团浓度（CMCCMC）时，会在非极性溶剂内自发形成亲水）时，会在非极性溶

5、剂内自发形成亲水头部向内、疏水尾部向外的具有极性内核的表头部向内、疏水尾部向外的具有极性内核的表面活性剂聚集体。与在水相中形成的微胶团方面活性剂聚集体。与在水相中形成的微胶团方向相反，因此称为反胶团或反向胶团。向相反，因此称为反胶团或反向胶团。胶团和反胶团的形成均是表面活性剂分子自聚胶团和反胶团的形成均是表面活性剂分子自聚集的结果，具有热力学稳定的有序构造。集的结果，具有热力学稳定的有序构造。LOGO极性极性“头头”有机溶剂有机溶剂极性的极性的“核核”非极性非极性“尾尾”反胶团：反胶团：表面活性剂的极表面活性剂的极性头朝内，疏水的性头朝内，疏水的尾部向外，中间形尾部向外，中间形成极性的成极性的

6、“核核”。二、反胶团的形成二、反胶团的形成LOGO 通常反胶团的极性内核在溶解了水后在内核通常反胶团的极性内核在溶解了水后在内核中形成中形成“微水相微水相”或或“水池水池”，可以进一步溶，可以进一步溶解蛋白质、核酸、氨基酸等亲水性的生物大分解蛋白质、核酸、氨基酸等亲水性的生物大分子。胶团的屏蔽作用使这些物质不与有机溶剂子。胶团的屏蔽作用使这些物质不与有机溶剂直接接触，而直接接触，而“水池水池”的微环境又保护了生物的微环境又保护了生物物质的活性，从而达到了溶解和分离生物物质物质的活性，从而达到了溶解和分离生物物质的目的。的目的。二、反胶团的形成二、反胶团的形成反胶团的极性核心包括由表面活性剂极性

7、反胶团的极性核心包括由表面活性剂极性端组成的内表面、平衡离子和水。端组成的内表面、平衡离子和水。LOGO2 2、反胶团体系的分类、反胶团体系的分类（1 1）单一表面活性剂反胶团体系：）单一表面活性剂反胶团体系：A A、阴离子型阴离子型。该体系结构简单和稳定，反胶团体积该体系结构简单和稳定，反胶团体积较大，适用于等电点较高的、相对分子量较小的蛋白质的较大，适用于等电点较高的、相对分子量较小的蛋白质的分离；分离；在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性剂在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性剂（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠，简称，简称 AOTAOT），），AOTAOT容易容易获得

8、，它具有双链，形成反胶团时无需添加辅助表面活性剂获得，它具有双链，形成反胶团时无需添加辅助表面活性剂且有较好的强度；它的极性基团较小，所形成的反胶团空间且有较好的强度；它的极性基团较小，所形成的反胶团空间较大，有利于生物大分子进入。较大，有利于生物大分子进入。LOGOB B、阳离子型，如、阳离子型，如TOMACTOMAC（氯化三辛基甲铵）、（氯化三辛基甲铵）、CTABCTAB、DAPDAP等等。该体系适用于等电点较低的、相对分子量较大的蛋白质的该体系适用于等电点较低的、相对分子量较大的蛋白质的分离；分离；C C、非离子型表面活性剂，、非离子型表面活性剂，能形成更大的反胶团体系，能分离能形成更大

9、的反胶团体系，能分离相对分子量更大的蛋白质，但这类体系容易乳化。相对分子量更大的蛋白质，但这类体系容易乳化。常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂LOGO（2 2）混合表面活性剂反胶团体系：）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。质有更高的分离效率。（3 3）亲和反胶团体系：）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，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

10、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。的加入就可使萃取蛋白质的选择性大大提高。2、反胶团体系分类、反胶团体系分类LOGO（1）反胶团的临界胶团浓度）反胶团的临界胶团浓度 表面活性剂在非极性有机溶剂相中能形成反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（胶团的最小浓度称为临界胶团浓度（CMC）。）。大多数表面活性剂的大多数表面活性剂的CMC在在0.11.0mmol/L之间。之间。CMC与表面活性剂的种类有关。与表面活性剂的种类有关。3、反胶团的物理化

11、学特性、反胶团的物理化学特性LOGO某些表面活性剂的临界胶束浓度(molL)LOGO（2）反胶团含水率）反胶团含水率W 0：W0 是指有机相中水和表面活性剂的摩尔浓度之比。是指有机相中水和表面活性剂的摩尔浓度之比。即即：W0越大，反胶团的半径越大。越大，反胶团的半径越大。3、反胶团的物理化学特性、反胶团的物理化学特性LOGO（2）反胶团含水率）反胶团含水率W 0：当反胶团的含水量当反胶团的含水量W0较低时，反胶团较低时，反胶团“水池水池”内水的内水的理化性质与正常水相差悬殊。如：用理化性质与正常水相差悬殊。如：用AOT为表面活性剂为表面活性剂时，当时，当W0 68时，反胶团内微水相的水分子受表

12、面活时，反胶团内微水相的水分子受表面活性剂亲水基团的强烈束缚，表观黏度很大，疏水性也极高。性剂亲水基团的强烈束缚，表观黏度很大，疏水性也极高。随着随着W0的增大，这些现象逐渐减弱，当的增大，这些现象逐渐减弱，当W0 16时，微水时，微水相的水与正常的水接近，反胶团内可形成双电层。相的水与正常的水接近，反胶团内可形成双电层。3、反胶团的物理化学特性、反胶团的物理化学特性LOGO4 4、反胶团的溶解作用、反胶团的溶解作用 由由于反胶团内存在于反胶团内存在微水池微水池，故可溶解氨基酸、，故可溶解氨基酸、脂肪脂肪和蛋白和蛋白质等生物分子，为生物分子提供易质等生物分子，为生物分子提供易于于生存的生存的亲

13、亲水微环境。因水微环境。因此，反胶团萃取可用于氨基酸、此，反胶团萃取可用于氨基酸、肽肽和蛋白质等和蛋白质等生生物分子的分物分子的分离纯离纯化化，特别是蛋白质类生物大分，特别是蛋白质类生物大分子子。水壳模型水壳模型疏水区疏水区对于对于亲水性亲水性蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型，蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型，许多实验许多实验也证明了水壳模型的正确性。也证明了水壳模型的正确性。LOGO5、反胶团溶解作用的推动力、反胶团溶解作用的推动力 生生物物分分子子溶溶解解于于A AOTOT等等离离子子型型表表面面活活性性剂剂反反胶胶团团相的推动力相的推动力有：有：（1 1）表面活性表面活性剂与蛋白质的剂与

14、蛋白质的静电相互作用静电相互作用；（2 2）反胶团与生物分子间的反胶团与生物分子间的空间空间排阻作用排阻作用；（3 3）疏水性相互作用疏水性相互作用。LOGO （1）静电相互作用静电相互作用 反反胶胶团团萃萃取取一一般般采采用用离离子子型型表表面面活活性性剂剂制制备备反反胶胶团团相相，因因此此这这些些表表面面活活性性剂剂所所形形成成的的反反胶胶团团内内表表面面带带有有负负电电荷荷或或正正电电荷荷。当当改改变变水水相相p pH H值值可可使使蛋蛋白白质质表表面面带带正正电电荷荷(p pH H p pI I)，通通过过与与表表面面活活性性剂剂发发生生强强烈的静电相互作用，使蛋白质溶解在反胶团中。烈

15、的静电相互作用，使蛋白质溶解在反胶团中。理理论论上上，当当溶溶质质所所带带电电荷荷与与表表面面活活性性剂剂相相反反时时，由由于于静静电电引引力力的的作作用用，溶溶质质易易溶溶于于反反胶胶团团，静静电电引引力力越越大大溶溶解解率率或或分分配配系系数数较较大大，反反之之，则则不不能能溶溶解解到到反反胶胶团团相相中。中。（2 2）空间排阻作用）空间排阻作用（3 3）疏水相互作用）疏水相互作用LOGO1、反胶团萃取原理、反胶团萃取原理 从宏观上看反胶团萃从宏观上看反胶团萃取，是溶质在有机相取，是溶质在有机相水相间的分配萃取，和水相间的分配萃取，和普通的液液萃取在操作普通的液液萃取在操作上具有相同特征。

16、上具有相同特征。微观上，则是指溶质微观上，则是指溶质从主体从主体水相水相向溶解于有向溶解于有机溶剂相中的机溶剂相中的反胶团微反胶团微水相水相中的分配萃取。中的分配萃取。二、反胶团萃取技术二、反胶团萃取技术LOGO1.反胶团萃取原理反胶团萃取原理LOGO2.影响反胶团萃取生物分子的主要因素影响反胶团萃取生物分子的主要因素水相水相pH值的影响值的影响水相离子强度的影响水相离子强度的影响助表面活性剂的影响助表面活性剂的影响温度等温度等二、反胶团萃取技术二、反胶团萃取技术LOGO2.影响反胶团萃取生物分子的主要因素影响反胶团萃取生物分子的主要因素 （1 1）水相）水相pHpH值的影响值的影响 表表面面

17、活活性性剂剂的的极极性性头头朝朝向向反反胶胶团团的的内内部部，使使反反胶胶团团的的内内壁壁带带有有一一定定的的电电荷荷，而而蛋蛋白白质质是是一一种种两两性性电电解解质质，通通过过改变水相改变水相pHpH值可改变蛋白质的表面电荷。值可改变蛋白质的表面电荷。当当蛋蛋白白质质所所带带电电荷荷与与反反胶胶团团内内所所带带电电荷荷的的性性质质相相反反时时，由于由于静电引力静电引力，可使蛋白质转移到反胶团中。，可使蛋白质转移到反胶团中。通通过过改改变变水水相相pHpH，由由于于静静电电斥斥力力，可可使使蛋蛋白白质质从从反反胶胶团相反萃取到水相中。团相反萃取到水相中。LOGO（2）水相离子强度的影响）水相离

18、子强度的影响 a：离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽的程度，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。降低了蛋白质分子和反胶团内壁的静电作用力。b：减减小小了了表表面面活活性性剂剂极极性性头头之之间间的的相相互互斥斥力力，使使反反胶团变小。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，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。甚至使已溶解的蛋白质从反胶团中反萃取出来。2.影响反胶团萃取生物分子的主要因素影响反胶团萃取生物分子的主要因素LOGO（3）助表面活性剂的影响）助表面活性剂的影响 蛋白质的分子量

19、往往很大，超过几万或几十万，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。反胶团的尺寸，溶解相对分子质量较大的蛋白质。2.影响反胶团萃取生物分子的主要因素影响反胶团萃取生物分子的主要因素LOGO（1 1）萃取蛋白质：利用反胶团萃取技术处理蛋）萃取蛋白质：利用反胶团萃取技术处理蛋 白质或其混合物，

20、包括白质或其混合物，包括-淀粉酶、细胞色素淀粉酶、细胞色素c c、核糖核酸酶、溶菌酶、核糖核酸酶、溶菌酶、-胰凝乳蛋白酶、过氧胰凝乳蛋白酶、过氧化氢酶等。化氢酶等。例：浓缩例：浓缩-淀粉酶、分离蛋白质混合物淀粉酶、分离蛋白质混合物（2 2）日化行业中用于化妆品原料及功能性添加剂）日化行业中用于化妆品原料及功能性添加剂（植物油、氨基酸、维生素）的提取。（植物油、氨基酸、维生素）的提取。（3 3）在药物中的应用：主要是对各种蛋白质、抗）在药物中的应用：主要是对各种蛋白质、抗体、抗生素的萃取。体、抗生素的萃取。反胶团萃取技术的应用反胶团萃取技术的应用LOGO浓缩浓缩-淀粉酶实验流程淀粉酶实验流程以以

21、TOMAC/异辛烷反胶团体系，将产物浓缩了异辛烷反胶团体系，将产物浓缩了8倍倍1 1、连续萃取、连续萃取-反萃取反萃取浓缩浓缩-淀粉酶淀粉酶LOGO2 2、多步混合多步混合/澄清萃取法澄清萃取法-反胶团萃取分离核糖核酸反胶团萃取分离核糖核酸酶、细胞色素酶、细胞色素C C和溶酶菌等三种和溶酶菌等三种蛋白质的工艺过程。蛋白质的工艺过程。LOGOpHpH值对蛋白质溶解率的影响图值对蛋白质溶解率的影响图AOT=50mmol/L9LOGO盐浓度对蛋白质溶解率的影响盐浓度对蛋白质溶解率的影响LOGO分离蛋白质混合物的实验流程分离蛋白质混合物的实验流程LOGO研究进展研究进展 反胶团萃取分离技术工艺流程简单，可反胶团萃取分离技术工艺流程简单，可实现规模化连续操作，分离效率高且能耗低，实现规模化连续操作，分离效率高且能耗低，但目前还没有合适的分离设备应用于生物产但目前还没有合适的分离设备应用于生物产品分离，这在一定程度上限制了其工业应用。品分离，这在一定程度上限制了其工业应用。与传统分离方法相比，反胶团萃取技术与传统分离方法相比，反胶团萃取技术是一个相对年轻的领域，相信随着研究的深是一个相对年轻的领域，相信随着研究的深入反胶团技术的应用将更加广泛。入反胶团技术的应用将更加广泛。LOGO