反胶束萃取学习.pptx

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1、一、概述 传统的萃取法难以应用于蛋白质的提取分离。分离对象的特性；萃取剂的问题。在这一背景下发展起来了一种新的萃取分离技术反胶束萃取。第1页/共40页1977年，瑞士Luisi等人首次提出用反胶束萃取蛋白质；到80年代，荷兰Vant Riet和Dekker、美国Gokelen、Hatton首先进行了反胶束萃取蛋白质的研究。近年来该项研究已在国内外深入展开。第2页/共40页该法的优点：成本低、溶剂可反复使用；萃取率和反萃取率都很高；有可能解决外源蛋白的降解问题；构成反胶束的表面活性剂往往具有溶解细胞的能力，可直接从整细胞中提取蛋白质和酶。第3页/共40页 反胶束溶液是透明的、热力学稳定的系统。反

2、胶束（reversed micelle）是表面活性剂分散于连续有机相中一种自发形成的纳米尺度的聚集体。二、反胶束溶液形成的条件和特性第4页/共40页 表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极性基团两部分组成的两性分子，可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。第5页/共40页表面活性剂表面活性剂 有机溶剂有机溶剂 表面活性剂表面活性剂 有机溶剂有机溶剂AOT丁二丁二酸酸-2-2乙乙基己基酯基己基酯磺酸钠磺酸钠n-烃类（烃类（C6C10）、异辛烷、）、异辛烷、环己烷、四氯化碳、环己烷、四氯化碳、苯苯Brij60脂肪脂肪醇酯醇酯辛烷辛烷CTAB十六十六烷基三甲烷基三甲基

3、溴化铵基溴化铵 己醇己醇/异辛烷，己异辛烷，己醇醇/辛烷，三氯甲辛烷，三氯甲烷烷/辛烷辛烷TritonX己醇己醇/环己烷环己烷TOMAC三三辛基甲基辛基甲基氯化氨氯化氨 环己烷环己烷磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱苯、庚烷苯、庚烷表1 常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂第6页/共40页 用得最多的是阴离子表面活性剂AOT（丁二酸-2-2乙基己基酯磺酸钠）。图1 AOT的结构式第7页/共40页将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过CMC时，表面活性剂就会在水溶液中聚集在一起而形成聚集体，称为正常胶束。若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过CMC，便会在有机溶剂内形成聚集体，称为反胶束。临界胶束浓度

4、(Critical Micelle Concentration)：胶束形成时所需表面活性剂的最低浓度。第8页/共40页表面活性剂的极性头朝外，疏水的尾部朝内，中间形成非极性的“核”。水水非极性的非极性的“核核”极性极性“头头”非极性非极性“尾尾”正常胶束图2-a 正常胶束的结构示意图第9页/共40页表面活性剂的极性头朝内，疏水的尾部向外，中间形成极性的“核”。有机溶剂有机溶剂极性极性“头头”极性的极性的“核核”非极性非极性“尾尾”反胶束图2-b 反胶束的结构示意图第10页/共40页第11页/共40页反胶束的制备相转移法 注入法 溶解法第12页/共40页v临界浓度 大多数为0.11.0mmol/

5、L；v含水率W W的值直接影响到反胶束的大小。通 常 反 胶 束 W40，表 面 张 力0.2mN/m时 不 稳 定，故 反 胶 束 最 大 半 径Rm=6nm，适用于相对分子量pI时，反胶束萃取才可进行；而对于阴离子表面活性剂，pHpI时才可。1、水相pH值第21页/共40页图5 pH值对蛋白质萃取率的影响第22页/共40页 对不同相对分子量的蛋白质，pH值对萃取率的影响有差异性，当蛋白质相对分子量增加时，只有增大（pH-pI）的绝对值，相转移才能完成。eg.eg.糜糜蛋蛋白白酶酶（相相对对分分子子量量为为2500025000）的的萃萃取取率率在在|pH-pI|pH-pI|为为2-42-4时

6、时达达到到最最高高；而而牛牛血血清清蛋蛋白白（相相对对分分子子量量为为6800068000）在在相相同同的的系系统中根本不发生相转移。统中根本不发生相转移。第23页/共40页图6 蛋白质相对分子量Mr与最佳pH和pI值之差的关系（在TOMAC-正丁醇体系中萃取）第24页/共40页对于包含大蛋白分子的反胶束，其尺寸远大于“空核”的反胶束，萃取时势必要消耗较多的能量，这些能量只能通过较强的静电相互作用得到补偿。用调节pH的作用来增加蛋白质分子表面电荷的方法，正是达到增强静电作用的一条途径。第25页/共40页 离子强度对萃取率的影响主要是由离子对表面电荷的屏蔽作用所决定的：1)离子强度增大后，反胶束

7、表面的双电层变薄，减弱了蛋白质与反胶束间的静电作用；2)反胶束内表面的双电层变薄后，也减弱了表面活性剂极性基团间的斥力，使反胶束变小；2、离子强度第26页/共40页3)离子强度增大后，增大了离子向反胶束内“水池”的迁移并取代其中蛋白质的倾向；4)盐与蛋白质或表面活性剂的相互作用，可改变溶解性能。第27页/共40页7第28页/共40页1)从反胶束萃取的机理出发，选用有利于增强蛋白质表面电荷与反胶束内表面电荷间的静电作用和增加反胶束大小的表面活性剂。2)增大表面活性剂的浓度可增加反胶束的数量，从而增大对蛋白质的溶解能力。但但浓浓度度过过高高时时，可可能能在在溶溶液液中中形形成成复复杂的聚集体，增加

8、反萃取的难度。杂的聚集体，增加反萃取的难度。3、表面活性剂类型及浓度第29页/共40页 通常反胶束中表面活性剂的极性基团不是完全电离的，有很大一部分阳离子仍在胶团的内表面上，因此阳离子的种类会影响反胶束内表面的电荷密度，该密度越大，产生的反胶束也越大。4、离子种类第30页/共40页盐类盐类 pH值值萃取率（萃取率（%）核糖核核糖核酸酶酸酶溶菌酶溶菌酶胰蛋白胰蛋白酶酶胃乳蛋胃乳蛋白酶白酶CaCl2 1M pH5和和pH1015.7100.931.3_CaCl2 0.1M pH107.698.527.0_CaCl2 0.1M pH596.0103.059.18.4KCl 1M pH54.011.5

9、14.4_MgCl2 0.1M pH586.69.321.4_表2 不同离子对蛋白质萃取的影响第31页/共40页有机溶剂的种类助表面活性剂温度5、其它因素第32页/共40页五、反胶束萃取蛋白质的应用分离蛋白质混合物图8 三种蛋白质混合物分离过程示意图第33页/共40页第34页/共40页从发酵液中提取胞外酶 Aries-Barros用用AOT/异辛烷体系，从细菌发酵液中提取了异辛烷体系，从细菌发酵液中提取了2 种脂肪酶；种脂肪酶；Leser 从大豆和向日葵中分离了蛋白质、油脂和多酚。从大豆和向日葵中分离了蛋白质、油脂和多酚。第35页/共40页直接提取胞内酶 Giovenco 利利用用表表面面活活

10、性性剂剂可可以以破破坏坏细细胞胞壁壁的的特特点点,用用反反胶胶团团体体系系直直接接提提取取了胞内酶。了胞内酶。第36页/共40页蛋白质复性反胶团复性固态变性蛋白质示意图第37页/共40页Masafumi Sakono等（2004）利用非离子型表面活性剂四甘醇十二烷基醚形成反胶束使碳酸酐酶复性，20h内收率达到70%以上。反胶束萃取复性与稀释复性相比较第38页/共40页思考:1 1、什么是正常胶束？什么是反胶束？各在怎样的条件下形成？2 2、反胶束萃取的基本原理是什么？3 3、影响反胶束萃取得率的因素有哪些？4 4、反胶束可用于直接提取胞内酶的原因是什么？第39页/共40页感谢您的观看！第40页/共40页