反胶团萃取专题PPT优秀课件
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R16SO4Na R12CH(SO4Na)R3 R10CH(SO4Na)R5 R8CH(SO4Na)R7
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CMC 0.0125 0.01 0.00865 0.014 0.016 8.7×10—5 1×10—4 1.4×10—4
5.8×10—4 1.72×10—3 2.35×10—3 4.25×10—3
CMC 0.136 0.00865 0.0024 0.00058 0.000165 9.9×10—3 9×10—4 8.7×10—5 1×10—5 1×10—6 0.01
0.35
0.025
0.13
表面活性剂 R12COOK R12SO3Na R12SO4Na R12NH3Cl
R12N(CH3)3Br R12O(CH2CH2O)6H R12O(CH2CH2O)9H R12O(CH2CH2O)12H
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5、反胶团溶解作用的推动力
生物分子溶解于A O T 等离子型表面活性剂反胶团 相的推动力有：
（1）表面活性剂与蛋白质的静电相互作用； （2）反胶团与生物分子间的空间排阻作用； （3）疏水性相互作用。
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（1）静电相互作用
反胶团萃取一般采用离 子 型表面活性剂制备反胶团相 ， 因此这些表面活性剂所形成的反胶团内表面带有负电荷 或正电荷。当改变水相pH值可使蛋白质表面带正电荷 (pH<pI)或负电荷(pH>pI)，通过与表面活性剂发生强烈 的静电相互作用，使蛋白质溶解在反胶团中。
AOT n-烃类(C6～C10)、异辛烷、 Brij60
辛烷
环己烷、四氯化碳、苯
CTAB 己醇／异辛烷，己醇／辛烷 TritonX 己醇／环己烷
三氯甲烷／辛烷
磷脂酰胆碱 苯、庚烷
TOMAC
环己烷
磷脂酰乙醇胺 苯、庚烷
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2、反胶团体系分类
（2）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
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B、阳离子型，如TOMAC（氯化三辛基甲铵）、CTAB、DAP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 分离；
C、非离子型表面活性剂，能形成更大的反胶团体系，能分离 相对分子量更大的蛋白质，但这类体系容易乳化。
常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂
表面活性剂
有机溶剂
表面活性剂 有机溶剂
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1、连续萃取-反萃取浓缩α-淀粉酶
浓缩α-淀粉酶实验流程
以TOMAC/异辛烷反胶团体系，将产物浓缩了8倍
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2、多步混合/澄清萃取法 -----反胶团萃取分离核糖核酸 酶、细胞色素C和溶酶菌等三种 蛋白质的工艺过程。
27
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9
pH值对蛋白质溶解率的影响图
AOT=50m28mol/L
非极性的“核”
5
极性“头” 非极性“尾”
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二、反胶团的形成
反胶团：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（CMC）时，会在非极性溶剂内自发形成 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。
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。
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二、反胶团的形成
有机溶剂
反胶团： 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”。
极性“头”
极性的“核”
7
非极性“尾”
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二、反胶团的形成
通常反胶团的极性内核在溶解了水后在内核 中形成“微水相”或“水池”，可以进一步溶 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 直接接触，而“水池”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 的目的。
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。 （3）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， 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 的加入就可使萃取蛋白质的选择性大大提高。
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3、反胶团的物理化学特性
（1）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
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2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素
（2）水相离子强度的影响
a：离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽的程度， 降低了蛋白质分子和反胶团内壁的静电作用力。
b： 减 小 了 表 面 活 性 剂 极 性 头 之 间 的 相 互 斥 力 ， 使 反胶团变小。
这两方面的效应都会使蛋白质分子的溶解性下降， 甚至使已溶解的蛋白质从反胶团中反萃取出来。
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反胶反团一胶萃团、萃取概取述的的优优点点
31 选择性好、分离效率高 2 分离速度快，具有提纯和浓缩作用 3 分离条件温和，能使生物物质保持较高的活性收率 4 分离料液处理简单，操作方便 5 易放大，正萃和反萃同时进行
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二、反胶团的形成
1.胶团与反胶团
水
胶团：
表面活性剂的极性头 部朝外，疏水的尾部朝 内，中间形成非极性的 “核”。
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反胶团萃取技术的应用
（1）萃取蛋白质：利用反胶团萃取技术处理蛋 白质或其混合物，包括α-淀粉酶、细胞色素c、 核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、过 氧化氢酶等。 例：浓缩α-淀粉酶、分离蛋白质混合物
（2）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。
（3）在药物中的应用：主要是对各种蛋白质、 抗体、抗生素的萃取。
理论上，当溶质所带电荷与表面活性剂相反时， 由于静电引力的作用，溶质易溶于反胶团， 静 电 引 力 越 大 溶 解 率或分配系数较大，反之，则不能溶解到反胶团 相中。
（2）空间排阻作用
（3）疏水相互作用
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二、反胶团萃取技术
1、反胶团萃取原理 从宏观上看反胶团萃
取，是溶质在有机相－ 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。
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CMC在0.1~1.0mmol/L之间。
CMC与表面活性剂的种类有关。
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某些表面活性剂的临界胶束浓度／(mol／L)
表面活性剂 R8SO4Na R12SO4Na R14SO4Na R16SO4Na R18SO4Na
R8O(CH2CH2O)6H R10O(CH2CH2O)6H R12O(CH2CH2O)6H R14O(CH2CH2O)6H R16O(CH2CH2O)6H C8H17CH2COOK C8H17CH2(COOK)2 C10H21CH2COOK C10H21CH2(COOK)2
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4、反胶团的溶解作用
由于反胶团内存在微水池，故可溶解氨基酸、脂肪和蛋白 质等生物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。因 此，反胶团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白质等生物分子的分 离纯化，特别是蛋白质类生物大分子。
水壳模型
疏水区
对于亲水性蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型， 许多实验也证明了水壳模型的正确性。
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。
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2、反胶团体系的分类 （1）单一表面活性剂反胶团体系：
A、 阴离子型。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 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 （琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠，简称 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。
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反胶团萃取技术
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一、概述
反胶团萃取技术的产生
传统的分离方法，如液-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 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 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。
（1）水相pH值的影响
表面活性剂的极性头朝向反胶团的内部，使反胶团的 内壁带有一定的电荷，而蛋白质是一种两性电解质，通过 改变水相pH值可改变蛋白质的表面电荷。
当蛋白质所带电荷与反胶团内所带电荷的性质相反时， 由于静电引力，可使蛋白质转移到反胶团中。
通过改变水相pH，由于静电斥力，可使蛋白质从反胶 团相反萃取到水相中。
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盐浓度对蛋白质溶解率的影响
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分离蛋白质混合物的实验流程
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研究进展
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， 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。
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 入反胶团技术的应用将更加广泛。
微观上，则是指溶质 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。
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1.反胶团萃取原理
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二、反胶团萃取技术
2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素 ➢ 水相pH值的影响 ➢ 水相离子强度的影响 ➢ 助表面活性剂的影响 ➢ 温度等
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2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素
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3、反胶团的物理化学特性
（2）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。 即：
W0
=
C水 C表面活性剂
W0越大，反胶团的半径越大。
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3、反胶团的物理化学特性
（2）反胶团含水率W 0：
当反胶团的含水量W0较低时，反胶团“水池”内水的 理化性质与正常水相差悬殊。如：用AOT为表面活性剂 时，当W0 ＜6~8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。随着W0的增大，这些现象逐渐减弱，当W0 ＞16时， 微水相的水与正常的水接近，反胶团内可形成双电层。
因此，针对这两大难题，在20世纪70年代 中期反胶团萃取技术就发展起来了。
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一、概述
本质：液-液有机溶剂萃取
特点：反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形 成的反胶团（reversed micelles），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 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。
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2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素
（3）助表面活性剂的影响 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 以增大反胶团的尺寸，溶解相对分子质量较大的 蛋白质。
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CMC 0.0125 0.01 0.00865 0.014 0.016 8.7×10—5 1×10—4 1.4×10—4
5.8×10—4 1.72×10—3 2.35×10—3 4.25×10—3
CMC 0.136 0.00865 0.0024 0.00058 0.000165 9.9×10—3 9×10—4 8.7×10—5 1×10—5 1×10—6 0.01
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表面活性剂 R12COOK R12SO3Na R12SO4Na R12NH3Cl
R12N(CH3)3Br R12O(CH2CH2O)6H R12O(CH2CH2O)9H R12O(CH2CH2O)12H
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5、反胶团溶解作用的推动力
生物分子溶解于A O T 等离子型表面活性剂反胶团 相的推动力有：
（1）表面活性剂与蛋白质的静电相互作用； （2）反胶团与生物分子间的空间排阻作用； （3）疏水性相互作用。
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（1）静电相互作用
反胶团萃取一般采用离 子 型表面活性剂制备反胶团相 ， 因此这些表面活性剂所形成的反胶团内表面带有负电荷 或正电荷。当改变水相pH值可使蛋白质表面带正电荷 (pH<pI)或负电荷(pH>pI)，通过与表面活性剂发生强烈 的静电相互作用，使蛋白质溶解在反胶团中。
AOT n-烃类(C6～C10)、异辛烷、 Brij60
辛烷
环己烷、四氯化碳、苯
CTAB 己醇／异辛烷，己醇／辛烷 TritonX 己醇／环己烷
三氯甲烷／辛烷
磷脂酰胆碱 苯、庚烷
TOMAC
环己烷
磷脂酰乙醇胺 苯、庚烷
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2、反胶团体系分类
（2）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
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B、阳离子型，如TOMAC（氯化三辛基甲铵）、CTAB、DAP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 分离；
C、非离子型表面活性剂，能形成更大的反胶团体系，能分离 相对分子量更大的蛋白质，但这类体系容易乳化。
常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂
表面活性剂
有机溶剂
表面活性剂 有机溶剂
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1、连续萃取-反萃取浓缩α-淀粉酶
浓缩α-淀粉酶实验流程
以TOMAC/异辛烷反胶团体系，将产物浓缩了8倍
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2、多步混合/澄清萃取法 -----反胶团萃取分离核糖核酸 酶、细胞色素C和溶酶菌等三种 蛋白质的工艺过程。
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pH值对蛋白质溶解率的影响图
AOT=50m28mol/L
非极性的“核”
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极性“头” 非极性“尾”
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二、反胶团的形成
反胶团：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（CMC）时，会在非极性溶剂内自发形成 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。
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。
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二、反胶团的形成
有机溶剂
反胶团： 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”。
极性“头”
极性的“核”
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非极性“尾”
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二、反胶团的形成
通常反胶团的极性内核在溶解了水后在内核 中形成“微水相”或“水池”，可以进一步溶 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 直接接触，而“水池”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 的目的。
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。 （3）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， 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 的加入就可使萃取蛋白质的选择性大大提高。
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3、反胶团的物理化学特性
（1）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
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2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素
（2）水相离子强度的影响
a：离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽的程度， 降低了蛋白质分子和反胶团内壁的静电作用力。
b： 减 小 了 表 面 活 性 剂 极 性 头 之 间 的 相 互 斥 力 ， 使 反胶团变小。
这两方面的效应都会使蛋白质分子的溶解性下降， 甚至使已溶解的蛋白质从反胶团中反萃取出来。
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反胶反团一胶萃团、萃取概取述的的优优点点
31 选择性好、分离效率高 2 分离速度快，具有提纯和浓缩作用 3 分离条件温和，能使生物物质保持较高的活性收率 4 分离料液处理简单，操作方便 5 易放大，正萃和反萃同时进行
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二、反胶团的形成
1.胶团与反胶团
水
胶团：
表面活性剂的极性头 部朝外，疏水的尾部朝 内，中间形成非极性的 “核”。
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反胶团萃取技术的应用
（1）萃取蛋白质：利用反胶团萃取技术处理蛋 白质或其混合物，包括α-淀粉酶、细胞色素c、 核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、过 氧化氢酶等。 例：浓缩α-淀粉酶、分离蛋白质混合物
（2）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。
（3）在药物中的应用：主要是对各种蛋白质、 抗体、抗生素的萃取。
理论上，当溶质所带电荷与表面活性剂相反时， 由于静电引力的作用，溶质易溶于反胶团， 静 电 引 力 越 大 溶 解 率或分配系数较大，反之，则不能溶解到反胶团 相中。
（2）空间排阻作用
（3）疏水相互作用
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二、反胶团萃取技术
1、反胶团萃取原理 从宏观上看反胶团萃
取，是溶质在有机相－ 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。
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CMC在0.1~1.0mmol/L之间。
CMC与表面活性剂的种类有关。
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某些表面活性剂的临界胶束浓度／(mol／L)
表面活性剂 R8SO4Na R12SO4Na R14SO4Na R16SO4Na R18SO4Na
R8O(CH2CH2O)6H R10O(CH2CH2O)6H R12O(CH2CH2O)6H R14O(CH2CH2O)6H R16O(CH2CH2O)6H C8H17CH2COOK C8H17CH2(COOK)2 C10H21CH2COOK C10H21CH2(COOK)2
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4、反胶团的溶解作用
由于反胶团内存在微水池，故可溶解氨基酸、脂肪和蛋白 质等生物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。因 此，反胶团萃取可用于氨基酸、肽和蛋白质等生物分子的分 离纯化，特别是蛋白质类生物大分子。
水壳模型
疏水区
对于亲水性蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型， 许多实验也证明了水壳模型的正确性。
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。
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2、反胶团体系的分类 （1）单一表面活性剂反胶团体系：
A、 阴离子型。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 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 （琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠，简称 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。
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反胶团萃取技术
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一、概述
反胶团萃取技术的产生
传统的分离方法，如液-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 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 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。
（1）水相pH值的影响
表面活性剂的极性头朝向反胶团的内部，使反胶团的 内壁带有一定的电荷，而蛋白质是一种两性电解质，通过 改变水相pH值可改变蛋白质的表面电荷。
当蛋白质所带电荷与反胶团内所带电荷的性质相反时， 由于静电引力，可使蛋白质转移到反胶团中。
通过改变水相pH，由于静电斥力，可使蛋白质从反胶 团相反萃取到水相中。
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盐浓度对蛋白质溶解率的影响
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分离蛋白质混合物的实验流程
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研究进展
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， 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。
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 入反胶团技术的应用将更加广泛。
微观上，则是指溶质 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。
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1.反胶团萃取原理
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二、反胶团萃取技术
2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素 ➢ 水相pH值的影响 ➢ 水相离子强度的影响 ➢ 助表面活性剂的影响 ➢ 温度等
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2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素
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3、反胶团的物理化学特性
（2）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。 即：
W0
=
C水 C表面活性剂
W0越大，反胶团的半径越大。
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3、反胶团的物理化学特性
（2）反胶团含水率W 0：
当反胶团的含水量W0较低时，反胶团“水池”内水的 理化性质与正常水相差悬殊。如：用AOT为表面活性剂 时，当W0 ＜6~8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。随着W0的增大，这些现象逐渐减弱，当W0 ＞16时， 微水相的水与正常的水接近，反胶团内可形成双电层。
因此，针对这两大难题，在20世纪70年代 中期反胶团萃取技术就发展起来了。
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一、概述
本质：液-液有机溶剂萃取
特点：反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形 成的反胶团（reversed micelles），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 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。
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2. 影响反胶团萃取生物分子的主要因素
（3）助表面活性剂的影响 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 以增大反胶团的尺寸，溶解相对分子质量较大的 蛋白质。