反胶束萃取简介共34页文档
蛋白质反胶束萃取
• 离子强度
离子强度过小时，表面活性剂与溶剂相无法形成反 胶束，而形成了稳定的乳液，使其无法用于蛋白质 萃取。 离子强度增大时，它会： 1. 使反胶束内的双电层变薄，减弱蛋白质与反胶束内 表面间的静电引力，从而减小蛋白质溶解度。 2. 减弱表面活性剂之间的斥力，使胶束变小，不利于 蛋白质的溶解进入。 3. 增大了离子向反胶束内的迁移，并取代蛋白质，使 蛋白质从反胶束中析出。
蛋白质的反胶束萃取
Outline
蛋白质概述
蛋白质的常见分离方法
蛋白质反胶束萃取的原理 蛋白质反胶束萃取的应用举例 蛋白质的选择性萃取
蛋白质
化学分析试剂
化工用催化剂 …… 蛋白质
蛋白质分离上的常见问题
1 2 3 4 对温度、溶剂等敏感，易变性失活 原料中目标蛋白成分浓度小 杂质含量高，成分复杂 种类繁多，批量的特异性分离比较困难
有机相 萃取，实质上是蛋白质在 水相和反胶束内微水相间 的分配过程
水相
反胶束萃取的驱动力
静电相互作用 空间相互作用 疏水性相互作用
• 表面活性剂种类和浓度
影响反胶束萃取的因素
表面活性剂的种类： 1. 阳离子表面活性剂对表富集负电荷的蛋白质有较大分配比。 2. 阴离子表面活性剂对表富集正电荷的蛋白质有较大分配比。 表面活性剂的浓度： 1. 表面活性剂浓度增大，有利于形成更多的反胶束，可以加 速蛋白质的萃取。 2. 通过调节水率 w0，即胶束内水和表面活性剂的比，可调 节反胶束的大小。反胶束体积越大，其对大分子蛋白质的 分配比越大。
水相
反胶束分离蛋白质举例
选择性反胶束萃取
向反胶束体系加入亲和配体后，可显著增强反胶束萃 取的选择性。 如对与刀豆球蛋白A的萃取，通过向反胶束中添加生 物表面活性剂octyl β-D-glycopyran（表面活性剂总量 的2-20%），作为参比的核糖核苷酸酶不受影响，而 刀豆球蛋白A与配体发生作用使其萃取效率显著提高。 对于抗生物素蛋白的反胶束萃取，同样可以通过加入 一些亲和配体，如带生物素标记的表面活性剂，使得 抗生物素蛋白更容易地进入胶束。 ……
第4章 反胶束萃取
其中：W0为有机相中水与表面活性剂的摩尔比， 即含水率。
生物分离工程前沿技术
表面活性剂为模板制备介孔硅材料
生物分离工程前沿技术
生物分离工程前沿技术
生物分离工程前沿技术
反胶团的溶解作用
反胶团溶解蛋白质的 形式，有人提出四种 模型：
水壳模型； 蛋白质分子表面疏水区 域直接与有机相接触； 蛋白质吸附于反胶团内 壁； 蛋白质疏水区与几个反 胶团的表面活性剂疏水 尾相互作用，被几个小 反胶团“溶解”。 对亲水性蛋白质，普遍 接受水壳模型。
生物分离工程前沿技术
生物分离工程前沿技术
3.4 反胶团萃取操作
多步Байду номын сангаас歇混合－澄清萃取操作
生物分离工程前沿技术
连续循环萃取－反萃取操作
萃取
反萃取
料液
产物1
反萃液
产物2
生物分离工程前沿技术
3.5 反胶束萃取蛋白质的应用
从发酵液中提取细胞外酶
直接提取细胞内酶
从植物中同时提取油和蛋白质 油溶于有机相，蛋白质进入内水相 纯化和分离蛋白质
生物分离工程前沿技术
反胶团萃取应用实例
反胶束萃取氨基糖苷类抗生素
阴离子表面活性剂：二—2—乙基己基磷酸钠 (NaDEHP)：
助表面活性剂：磷酸三丁酯(TBP)
正向与逆向转移的机制
– 正向转移 氨基糖苷类可被萃取入反胶束的含水内核，这 种萃取是胶束内壁与氨基糖苷类分子之间静电引力相互作 用的结果； – 逆向转移 由于形成表面活性小很多且极易溶于有机相中 的Ca(DEHP) 2 致使反胶束破裂，氨基糖苷类分子又返回水 相。
生物分离工程前沿技术
第3章 反胶团萃取 3.1 概述 传统液液有机溶剂萃取的缺点
反胶束萃取
水相pH ， 蛋白质pI
当蛋白质与表面活性剂 电荷相反时，易溶于反 胶束，分配系数较大。 否则，蛋白质不溶于反 胶团
蛋白质在反胶 团中溶解
在两相间的分配系数
4.3.2 位阻效应 许多亲水性物质，如蛋白质、核酸及氨基酸 等生物大分子的分子较大，当反胶团直径较小 时，会对蛋白质产生空间排阻作用，从而使蛋 白质在反胶团中的溶解度降低，这种现象称为 位阻效应。 反胶团的“水池”直径受含水率W的调节， 当水溶液中盐浓度较高时，无机盐对反胶团产 生脱水作用，使W下降，反胶团尺度减小，位阻 效应加强，蛋白质的萃取率明显降低。
何谓胶团、反胶团 • 反胶团是指当油相中 表面活性剂的浓度超 过临界胶束浓度后,其 分子在非极性溶剂中 自发形成的亲水基向 内、疏水基向外的具 有极性内核(polarcore) 的多分子聚集体
反胶团萃取
• 反胶团是表面活性剂分子溶 于非极性溶剂中自发形成的 聚集体 ,其中表面活性剂的 极性头朝内而非极性头朝外 与有机溶剂接触。 • 反胶团内可溶解少量水而形 成微型水池，蛋白质进入微 水池中，可随反胶团转入有 机溶剂，但不与有机溶剂直 接接触，反胶团萃取就是利 用这一特性进行蛋白质分离 的方法，反胶团溶液是宏观 上透明均一的热力学稳定体 系。
5.2离子强度对萃取率的影响
a.离子强度增大后，反胶束内表面的双电层变薄，
减弱了蛋白质与反胶束内表面之间的静电吸引， 从而减少蛋白质的溶解度； •b.反胶束内表面的双电层变薄后，也减弱了表面 活性剂极性基团之间的斥力，使反胶束变小，从 而使蛋白质不能进入其中； •c.离子强度增加时，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，使蛋白质 从反胶束内被盐析出来； •d.盐与蛋白质或表面活性剂的相互作用，可以改 变溶解性能，盐的浓度越高，其影响就越大
反胶束萃取
反胶束萃取技术在蛋白质分离和酶固定化上的应用和发展The application and development of Reversed micelle technology in protein separation and enzyme immobilization2011年10月6日反胶束萃取技术在蛋白质分离和酶固定化上的应用和发展摘要：反胶束是表面活性剂在有机溶剂中自发形成的与正常胶束结构相反的纳米尺度的一种聚合体。
反胶束可用于蛋白质的分离、酶的固定化等生物上的物质的分离，是一种新型的生物分离技术，本文就该技术的原理、方法、在以上物质分离上的应用及其最新研究进展进行介绍。
关键词：反胶束；萃取；蛋白质分离；酶固定化The application and development of reversed micelle technology in protein separation and enzymeimmobilizationAbstract: Reversed micelle is surfactants in organic solvents spontaneously formed with normal glue beam structure of the opposite of a kind of nanometer scale polymers. Reverse micelle can be used for protein separation, such as enzyme immobilization of the separation of biological material, a new type of biological separation technology, this paper the principle and method of this technology in the application of more substances separation, and the latest research on progress into introduction.Keywords:reversed micelle; extraction ; protein separation; enzyme immobilization1 引言传统的液-液萃取分离技术成本低，易于操作，已广泛用于多组分物质的分离。
反胶束萃取的原理(一)
反胶束萃取的原理(一)反胶束萃取定义反胶束萃取（Reverse Micelle Extraction）是一种利用胶束的特殊结构，将一种化学物质从水相转移到油相中的分离技术。
胶束结构胶束是由一种或多种表面活性剂分子在溶液中形成的微小结构，它具有以下特征：•头部亲水性，尾部亲油性•在适当条件下，表面活性剂分子自组装形成球形、柱形等微小结构•表面活性剂分子排列方式决定胶束内部空间反胶束萃取原理当一种化学物质在水相中与表面活性剂分子相互作用时，会形成一种被包裹在胶束内部的胶束化合物。
这时，通过调节表面活性剂浓度，可以使胶束化合物在胶束内部达到热力学平衡状态。
在接下来的操作中，我们将油相注入水相中，萃取胶束化合物。
当油相中含有胶束化合物时，胶束分离出来，在油相中被稳定的悬浮。
这一过程就是反胶束萃取。
应用反胶束萃取技术在生物化学、药物化学、工业化学等领域中得到广泛应用。
例如，可以通过反胶束萃取将酶从水相中萃取到油相中，从而达到酶的分离和纯化；也可以利用反胶束萃取将有机物从废水中萃取出来。
结论反胶束萃取技术是一种利用胶束特殊结构，实现化学物质转移的分离技术。
在实际应用中，要根据反胶束萃取原理选择合适的表面活性剂和操作条件，以达到最佳分离效果。
实验步骤反胶束萃取实验步骤如下：1.准备含有目标化学物质的水相溶液。
2.选择合适的表面活性剂和油相，并在适当条件下，将表面活性剂分子自组装形成反胶束。
3.将水相和油相混合，形成胶束化合物悬浮液。
4.离心分离，将胶束分离出来。
5.用油相洗涤胶束，将萃取出的目标化学物质从胶束中转移到油相。
6.从油相中分离出目标化学物质。
优缺点反胶束萃取技术具有以下优缺点：优点：•适用于分离亲水性和亲油性化学物质•目标化学物质得到很好的分离和纯化•操作简单，可扩展到工业应用缺点：•表面活性剂的结构和稳定性对萃取效果较为敏感•操作要求高，对仪器设备的要求较高结语反胶束萃取技术是一种常用的分离和纯化技术，在生物化学、药物化学、工业化学等领域中应用广泛。
反胶束萃取
反胶束萃取上世纪70年代，瑞士的Luisi等首次提出了用反胶束方法萃取蛋白质。
反胶束是表面活性剂在有机溶剂中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。
反胶束是分散于连续有机相中的、由表面活性剂所稳定的纳米尺度的聚集体。
通常表面活性剂分子由亲水憎油的极性头和亲油憎水的尾部组成。
将表面活性剂溶于水中，并使其浓度超过临界胶束浓度（CMC）则会形成聚集体。
反胶束萃取技术(Reversed Micelles Extraction)是利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成一种纳米级的反胶束相来萃取水溶液中的大分子蛋白质。
反胶团萃取原理从宏观上看反胶团萃取，是有机相－水相间的分配萃取，和普通的液液萃取在操作上具有相同特征。
微观上，是从主体水相向溶解于有机溶剂相中的反胶团微水相中的分配萃取。
从原理上，可当做“液膜”分离操作的一种。
在胶束中，表面活性剂的排列方向是极性基团在外，与水接触，非极性基团在内，形成一个非极性的核心、在此核心可以溶解非极性物质。
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”.若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶束。
在反胶束中，表面活性剂的非极性基团在外与非极性的有机溶剂接触，而极性基团则排列在内形成一个极性核。
此极性核具有溶解极性物质的能力，极性核溶解水后，就形成了“水池”。
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”表面活性剂是胶体和界面化学中一类重要的有机化合物，这类化合物由非极性的“尾基”和极性的“头基”两部分组成。
常用表面活性剂:（1）阴离子型表面活性剂（2）阳离子型表面活性剂（3）非离子型表面活性剂。
在反胶团萃取蛋白质使用最多的是阴离子型表面活性剂AOT ，AOT容易获得，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较大，有利于生物大分子进入。
10.反胶束萃取
反胶团的溶解作用
反胶团内存在微水池，可溶解氨基酸、肽和蛋白质等生 物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。
四种模型 :
(a)水壳模型，蛋白质位于水池的中心，周围存在的水层将其与反胶团壁(表
面活性剂)隔开；
(b)蛋白质分子表面存在强烈疏水区域，该疏水区域直接与有机相接触； (c)蛋白质吸附于反胶团内壁； (d)蛋白质的疏水区与几个反胶团的表面活性剂疏水尾发生相互作用，被几个
第8页，共36页。
反胶束形成过程
表面活性剂分 子自聚集
表面活性剂（临界胶束浓度）
加入
水
有机溶剂
正常胶束
反胶束
极性核心
非极性核心
溶解非极性物质
水池
蛋白质水池
第9页，共36页。
蛋白质保持天然构型
胶束和反胶束结构示意图
第10页，共36页。
反胶束的形状与大小
反胶团的大小与溶剂和表面活性剂的种类 与浓度、温度、离子强度等因素有关，一 般为5－20nm，其内水池的直径d用下式计 算
DDAB CTAB (didodecyldimethyl ammonium bromide)溴化十二烷基二甲铵；
(cetyl-
methyl-ammonium bromide溴化十六烷基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴）
第5页，共36页。
AOT
特点：容易获得，具有双链，极性基团较小、形成反胶束时不需加助 表面活性剂，并且所形成的反胶束较大，半径为170nm，有利于大分子 蛋白质进入。
概述
1 反胶束溶液形成的条件和特性
2 反胶束萃取蛋白质的基本原理 3 影响反胶束萃取蛋白质的主要因素
第1页，共36页。
传统溶剂萃取技术缺点:
反胶束萃取教学课件PPT新型萃取
高聚物浓度增加，细胞 颗粒将聚集在表面
上。
高聚物浓度-界面张力太大，蛋白质在表 面上。
双水相萃取
盐类的影响
盐的正负离子在两相间的分配系数不同，两项形成电位 差，可大大促进萃取。 pH的影响 影响很大，但和分离的物质及加入的非成相盐有关。1. 蛋白质电解和带电。 2. 加入的盐的电解。 温度 在临界点时，影响较大。
影响反胶束萃取蛋白质的主要因素
蛋白质的萃取，与蛋白质的表面电荷和反胶束内表 面电荷间的静电作用，以及反胶束的大小有关，所 以，任何可以增强这种静电作用或导致形成较大的 反胶束的因素，都有助于蛋白质的萃取。影响反胶 束萃取蛋白质的主要因素，见下表，只要通过对这 些因素进行系统的研究，确定最佳操作条件，就可 得到合适的目标蛋白质萃取率，从而达到分离纯化 的目的。
10.3.1 水相pH值对萃取的影响 水相的pH值决定了蛋白质表面电荷的状态、从而对萃 取过程造成影响。只有当反胶束内表面电荷，也就是表 面活性剂极性基团所带的电荷与蛋白质表面电荷相反时， 两者产生静电引力，蛋白质才有可能进入反胶束。故
水相的pH值决 定了蛋白质表 面电荷的状态、 从而对萃取过 程造成影响。
双水相体系的形成
1. 两种高聚物的憎水程度差异越大，越易形成双水相。 2. 高分子分子量越大，越容易形成双水相体系。支链 的高聚物比直链的易形成双水相系统。
3. 温度提高，双水相体系形成浓度提高。
4. 低分子量物质对双水相体系形成较小，高浓度才 有影响。
双水相体系密度差，折射率和表面张力小，分相较慢。
4.5.2 反胶束萃取
(1)反胶束的形成
疏水非 极性尾 亲水极 性头
pool
一种阴离子型 表面活性剂
可游离 离子