反胶束体系在蛋白质萃取中应用的研究进展

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一般说来 ,两种或两种以上表面活性剂构成的 体系对蛋白质有更高的分离效率 。例如将 AO T与 二 - ( 2-乙基己基 )磷酸 (D E I- IPA )构成的混合体系 , 可萃取相对分子质量较大的牛血红蛋白 ,萃取率达 80% , AO T /DOL PA 体系 、AO T / Tween- 85体系对蛋白 质的萃取能力都优于单一的 AO T体系 。非离子表面 活性剂的加入可使反胶团变大 ,从而可萃取相对分 子质量更大的蛋白质 [ 26 ] 。
4 反胶束体系萃取蛋白质的影响因素
蛋白质在反胶束中的增溶作用 。与蛋白质的表 面电荷和反胶束内表面电荷间的静电作用 、蛋白质 的疏水性以及反胶束的大小等因素有关 。任何对这 些性能产生影响的因素都将对蛋白萃取产生影响 。
411 体系组成
用于蛋白质分离的反胶束体系 可以 是离 子型 的 ,也 可 以 是 非 离 子 型 的 。其 中 研 究 最 多 的 是 以 AOT为代表的阴离子微乳体系 ,主要是因为 AOT形成 反胶束时不需加助表面活性剂 。但由于它不能萃取分 子量较大的蛋白质 ,其应用受到一定的限制 ,需进行改 性或加入某些表面活性剂进行复配 。如加入具有亲和 作用的生物表面活性剂 (磷脂等 )来改善萃取性能 。
312 纯化
D ekker[18 ]等用 TOMAC /异辛烷 +非离子型表面 活性剂反胶束体系 , 使 α- 淀粉酶的浓度提高了 l7 倍 ,收率达 85 % ;王金枝 [19 ]等用十六烷基三甲基溴化 铵 ( CTAB ) /正己醇 /正辛烷反胶束体系纯化胰蛋白
酶 ,商业用酶的纯化倍数最高为 1197 倍 ,粗酶为 7115 倍 ,且粗酶纯化后比活在 200U /m g以上 。
另外 ,许多反胶束萃取的实验研究表明 ,随着表征 水池大小的参数 w0 (反胶束中水与表面活性剂摩尔浓 度之比 )的降低 ,蛋白质的萃取率也减少 ,这充分说明了 位阻效应的存在。目前常用的阴离子表面活性剂 AOT 形成的反胶束 ,由于其胶束尺寸不够大 ,直接用于相对 分子质量较大的蛋白质的萃取时 ,萃取率不高 [15] 。
状液相比 ,反胶束体系具有以下优点 : a1相界面张力低 ,液滴小 ,比表面积大 ,传质速率
更快 ; b1一定温度下 ,微乳相是热力学稳定体系 ,操作 过程中无相分离现象 ; c1微乳相在一定条件下可自发 形成 ,因此制乳容易 ,对于非离子型微乳相液膜 ,升 高温度时 , 微 乳相 液膜 易发 生相 分离 , 所 以破 乳容 易 ,而普通乳状液膜制乳时需提供较高能量 ,膜强度 高 ,破乳难 [7 ] 。
研究还发现 ,在反胶束体系中加入与目标蛋白 有特异亲和作用的助表面活性剂 (助表面活性剂的 极性头是一种亲和配基 ,可选择性结合目标蛋白质 ) 形成亲和反胶束体系可使蛋白质萃取率和选择性大 大提高 ,并可使操作范围 (如 pH、离子强度 )变宽 [26 ] 。 这些优点使亲和反胶束体系已成为目前研究的一个 热点 。例如 ,W o ll[27 ]等通过向 AO T /异辛烷体系加入 辛基 - D -吡喃葡糖苷 ,使豆球蛋白 con A 的萃取选择 性提高了 10倍 ,并使萃取的 pH 范围增大 ;史红勤 [28 ] 等发现 ,在 AO T体系中加入卵磷脂 ( PC ) 或脑磷脂 ( PE)后 ,血红蛋白萃取率由 20%提高到 40%。
反胶束萃取分离过程一般包括两步 。第一步 , 萃取过程 ( fo rward extrac tion) ,是目标从主体溶液转 移至 反 胶 束 溶 液 中 的 过 程 ; 第 二 步 , 反 萃 取 过 程 ( backwad extraction) ,是目标从反胶束溶液中转移至 第二水相 (或以固体的形式游离出来 )的过程 [9 ] 。
与普通乳状液相比 ,在结构上 ,反胶束相中的质 点粒径均匀 ,一般在 1~1000nm 之间 ,而普通乳状液 的粒径在 1~100μm 间 ,且分布不均匀 。在制备微乳 相时 ,反胶 束体 系 通常 需要 更多 的表 面活 性剂 , 约 5%~30% ,有时还需加入助表面活性剂 。在体系的稳 定性上 ,普通乳状液热力学不稳定 ,制备时需外力做 功 ,离心后分层 ,而微乳相是热力学稳定体系 ,只要 各组分比例适当 ,不需外力做功即可形成 ,且与油水 相的加入顺序无关 , 在一定范围内既能与油相又可 与水相匀混 ,长期放置或离心均不分层 ,而且微乳相 体系油 /水界面张力低至不可测量 。因此 ,与普通乳
刘晓艳 1, 2 ,闫 杰 2 (11华南农业大学食品学院 ,广东广州 510640; 21仲恺农业技术学院轻工食品学院 ,广东广州 510225)
摘 要 :综述了反胶束技术及其在分离蛋白质方面的机理 、应用和影响因素 ,并分析了反胶束技术用于蛋白质萃取方 面存在的问题 。 关键词 :反胶束 ,蛋白质 ,萃取
2 萃取机理
普遍认为蛋白质表面的电荷与表面活性剂极性 头之间的静电引力是蛋白质在反胶束中增溶的主要 动力 ,静电引力越强 ,反胶束增溶蛋白质的能力就越 强 ,这可从 pH 和离子强度对蛋白质增溶的影响中得 以证明 [ 10 ] 。
除此之外 ,一些学者还认为有些蛋白质的增溶 还与疏水作用及亲和作用有关 。沙马汀 (一种蛋白 质 )能在很高离子强度下被反胶束萃取 ,这说明除静 电引力以 外 , 还 有 其他 作用 力促 进蛋 白质 的萃 取 。 沙马汀具有较高的表面疏水性 ,它可能会与 AO T的 非极性链通过疏水相互作用发生强烈的吸附 ,且这 种吸附作用不受离子强度的影响 [ 11 ] 。A ire s B a rro s等 人用 AO T反胶束分离纯化脂肪酶时发现在水相大于 酶蛋白等电点时 ,脂肪酶的萃取率仍大于 50% ,他们 将此归因于蛋白质分子与表面活性剂和有机溶剂间 的疏水相互作用 [12 ] 。周富荣 [13 ]等采用阴离子流动载 体作萃取剂时 ,发现当 pH 在 3左右时 , L -谷氨酸 (等 电点 p I = 3122)的萃取率最高 。他们还发现 [ 14 ] ,在二 - (2-乙基己基 )磷酸酯反胶束体系中 ,当外水相的 pH 为 5时 ,大豆蛋白 (大豆蛋白中 80%为球蛋白 ,等 电点为 415左右 )的萃取率达到最大 。这说明了蛋白 质分子与表面活性剂分子之间的静电吸引力不是影 响反胶束萃取蛋白质的唯一原因 ,萃取过程中除静 电引力之外 ,亲和力也起了一定的作用 。
其次是季铵盐 (如 A liquat 336、CTAB、OMAC等 ) 阳离子微乳体系 。也有采用二 - ( 2 - 乙基己基 )磷酸 酯 ( P204 ) - 正辛烷 - N aOH 反胶束体系萃取大豆蛋白 。 季铵盐 A liquat 336和二 - ( 2 - 乙基己基 )磷酸酯 (简 称 D2EH PA 或 HA )是液膜法萃取氨基酸最常用的载 体 ,而 HA 由于稳定性高 ,与氨基酸的结合力强 ,在酸 性水溶液中溶解度低 ,可用于萃取多种氨基酸并且 价格较低 , 更具 有 优 势 [ 22- 24 ] 。若 预 先 用 碱 将 HA 皂 化 ,可形成稳定的微乳液 ,可大大提高萃取率 [ 25 ] 。
3 应用
311 分离混合物
分子质量相近的蛋白质 ,等电点或其他因素的 不同会引起溶解度的差别 ,从而可利用反胶束溶液 的选择性予以分离 。
翁连进 [16 ] 等用反胶束体系分离胱氨酸和酪氨 酸 ;沈忠耀等用反胶束体系分离了溶菌酶 、胰蛋白酶 和胃蛋白 酶 ; 反 胶 束体 系还 用于 分离 牛血 清蛋 白 、 α-胰蛋白酶等 [ 17 ] 。
313 提取胞内酶及胞外酶
Raham an等 [20 ]用 AO T /异辛烷体系从发酵液中 回收了碱性蛋白酶 ,酶的提取率可达 50% ; Giovenco 等 [21 ]用 CTAB /己醇 - 辛烷体系提取和纯化棕色固氮 菌的胞内脱氢酶 ,完整的细胞在表面活性剂的作用 下溶解 ,析出酶进入反胶束的“水池 ”中 ,再通过选 取适当的反萃取方法 ,回收高浓度的活性酶 。
收稿日期 : 2009- 03- 19 作者简介 :刘晓艳 (1978- ) ,女 ,硕士 ,研究方向 :农产品加工 。
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根据表面活性剂的不同 ,可将反胶束体系分为 四种类型 。非 离 子 型 , 如 脂 肪 醇 聚 氧 乙 烯 醚 ( B rii 3O ) ;阳离子型 ,如丁二酸二 - 2 - 乙基己基酯磺酸钠 (AO T ) ; 阴 离 子 型 如 二 辛 基 二 甲 基 氯 化 铵 (DODMAC) ;两性离子型 (如卵磷脂 ) 。某些双亲物 质 ,如三辛基甲基氯化铵 ( TOMAC ) ,卵磷脂 ,需要加 入一定量的助表面活性剂 (一般为低碳链脂肪醇 )才 能形成稳定的反胶束体系 [8 ] 。
c1微乳相在一定条件下可自发形成因此制乳容易对于非离子型微乳相液膜高温度时微乳相液膜易发生相分离所以破乳容而普通乳状液膜制乳时需提供较高能量膜强度萃取机理普遍认为蛋白质表面的电荷与表面活性剂极性头之间的静电引力是蛋白质在反胶束中增溶的主要动力静电引力越强反胶束明除此之外一些学者还认为有些蛋白质的增溶还与疏水作用及亲和作用有关
A b s tra c t: The m e c ha n ism , the ap p lic a tion, a s w e ll a s the fa c to rs of the re ve rs e d m ic e lla r e x tra c tion in s ep a ra tion of p ro te in w e re s um m a rize d 1A ls o, the p rob lem s in the s ep a ra tion of p ro te in b y re ve rs e d m ic e lla r w e re a na lyze d in the p ap e r1 Ke y wo rd s: re ve rs e d m ic e lla r; p ro te in; s ep a ra tion 中图分类号 : TS20111 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 1002- 0306 (2010) 04- 0374- 04
1 反胶束的概念及特点
反胶束 ( reve rsed m icellar)是表面活性剂分散于 连续有机相中自发形成的纳米尺度聚集体 。反胶束 中表面活性剂极性头向内 ,非极性尾向外 ,在内部形 成一个极性中心 , 可以容纳 (或增溶 ) 少量水 , 称为 “水池 ”。形成反胶束体系的常用有机溶剂有异辛 烷 、正己烷等 ,常用的表面活性剂有二 ( 2-乙基己基 ) 琥珀酸 酯 磺 酸 钠 ( AO T) 、十 六 烷 基 三 甲 基 溴 化 铵 (CTAB ) 、三辛基甲基氯化铵 ( TOMAC)等 ,有时添加 助溶剂 (一般为低碳链脂肪醇 )可以增加反胶束体系 的稳定性 [6 ] 。反胶束体系一般外观清亮 、透明或半透 明 ,没有 Tyndall效应 ,在可见光下 ,用超显微镜观察系 统的各部分呈同向 、均匀一致 、流动性好的热力学稳定 单相分散系统 ,其分散微粒的尺度在纳米量级 [7 ] 。
App lica tio n o f re ve rse d m ice lla r e xtra c tio n in sep a ra tio n o f p ro te in
L IU X iao- yan1, 2 , YAN J ie1
( 11College of Food Science, South China A griculture University, Guangzhou 510640, China; 21College of L ight Industry and Food, Zhongkai U niversity of A griculture and Engineering, Guangzhou 510225, China)
1977年 , L uisi等首先发现胰凝乳蛋白酶可以溶 解于含表面活性剂的有机溶剂中 ,超离心数据显示 有机相中有反胶束存在 ,且反胶束中的蛋白酶仍然 具有活性 。此后 ,利用反胶束和微乳化萃取技术分 离和纯化蛋白质 、酶的研究一直非常活跃 ,并逐渐延 伸至其他生物分子 (如氨基酸 、抗生素 、核酸等 )的分 离研究 ,显示了良好的应用前景 [1- 5 ] 。
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