胶团与反胶团萃取

反胶团萃取 （reverse micellar extraction）
极性的“核”
反 向 胶 团 非极性有机溶剂
反胶团内 溶解的水 称为微水 相或水池
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。 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。
上。
(d)包围溶解
蛋白质被几个胶团包
围而溶解于表面活性剂 胶团，胶团的非极性尾 与蛋白质的亲脂部分直 接作用。
陆九芳p125c
制备含蛋白质反胶团的三种方法
相转移法：将含蛋白质的水相和含表面活性剂的有机溶剂 相接触，在缓慢搅拌下，部分蛋白质转入有机相。此过 程较慢，最终得到的含蛋白质有机相是稳定的。 注入法：向含表面活性剂的有机相中注入含蛋白质的水溶 液。此过程较快，操作也很简单。 溶解法：将含水的反胶团的有机溶液与蛋白质固体粉末一
混合澄清槽
—— 连续萃取
装置由两个混合-澄清单元组成
2.转盘萃取塔
转盘萃取塔（RDC）可用于蛋白质的萃取分离。
下图是RDC萃取蛋白质的示意图，反胶团相为分散相，水相 为连续相。
转盘塔的优点是单位塔高的效率高、产量高、操作弹性 大和低能耗等。
缺点是体系易出现乳化和返混现象。
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。
（3）助表面活性剂的影响
对于分子量过大的蛋白质，表面活性剂形成的反胶团 的大小不足以包容它，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。
助表面活性剂主要有乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、 异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛 醇、杂醇油、对壬基酚等。
核糖核酸酶不 溶于胶团，留 在水相。
反萃取，只有 细胞色素C进 入水相。
反萃取
反胶团萃取装置
1.混合澄清槽 —— 应用最广
设备由料液与萃取剂的混合器和用于两相分离的澄 清器组成。可进行间歇或连续的液-液萃取。
但该设备最大的缺点是反胶团相与水相相混合时， 混合液易出现乳化现象，从而增加了相分离时间。
反胶团萃取的本质仍是液-液有机溶剂萃取， 但与一般有机溶剂萃取所不同的是，反胶团萃取 是利用表面活性剂在有机相中形成的反胶团，从 而在有机相内形成分散的亲水微环境，使物质在 有机相内存在于反胶团的亲水微环境中。
反胶团萃取可应用于提取蛋白质、核酸分子的分离纯 化、分离金属离子、制备纳米材料、酶催化反应。
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。
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胶团萃取与反胶团萃取
Review
胶团概念
当向水溶液中加入表面活性剂达到一定浓度
(CMC)时，会形成表面活性剂聚集体。
胶团萃取（micellar extraction）
水
正 向 胶 团 非极性“尾”
极性“头”
非极性的“核”
胶团萃取是被萃取物以胶团或者胶体形式从水相 被萃取到有机相的溶剂萃取方法。 胶团萃取多用于无机物萃取，但也用于有机物 萃取。 被萃取物主要限于金、银、硫酸钡等，溶剂主 要限于氯仿、四氯化碳和乙醚等。
反胶团萃取实例
反胶团萃取分离3种蛋白质（核糖核酸酶、细胞色素C、溶菌酶 ）
表面活性剂：AOT；有机相：异辛烷
利用离子强度和pH值调节蛋白质的溶解度差异。 当pH=9,[KCl]=0.1M时，核糖核酸酶不溶于胶团，留在水 相。 进入有机相胶团中的细胞色素C和溶菌酶用pH=9,[KCl]=0. 5M的水溶液反萃取，只有细胞色素C进入水相。 仍留在有机相中的溶菌酶再用pH=11.5,[KCl]=2.0M的水相 反萃取。
蛋白质的溶解模型
(a)水壳模型
蛋白质居于“水池”中
心，水壳层则保护了蛋
白质，使其生物活性不
会改变。
(b)部分接触
仅蛋白质的亲水基插入胶
团内部的“水池”中，而 其亲脂基团露在胶团外面， 与表面活性剂的疏水剂或 有机溶剂的碳氢部分接触。
(c)吸附模型
蛋白质分子吸附在胶 团内部由表面活性剂
亲水头组成的亲水壁
不同蛋白质具有 不同的等电点， 可调节pH,分离 不同蛋白质，但 要注意避免蛋白 质的变性。
（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程度，增 大离子强度可降低蛋白质分子和反胶团内壁的静电作 用力。 b：增大离子强度可减小表面活性剂极性头之间的相 互斥力，使反胶团变小。
蛋白质性质不同， 其在反胶团相中溶 解度达到最低时所 对应最小离子强度 也不相同，利用这 种差别，即可实现 不同蛋白质间分离 和浓缩。
（3）非离子型（如Tween 85)
常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂
表面活性剂 AOT CTAB TOMAC 有机溶剂 表面活性剂 有机溶剂 n-烃类(C6～C10)、异辛烷、 Brij60 辛烷 环己烷、四氯化碳、苯 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 环己烷 磷脂酰乙醇胺 苯、庚烷
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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。
反胶团萃取使用最多的是阴离子型AOT
极性基团 较小，所 形成的反 胶团空间 较大，利 于生物大 分子进入
AOT体系的有机溶剂通常采用异辛烷
以反胶团萃取蛋白质为例
反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性功能：
(1)具有分子识别并允许选择性透过的半透膜；
(2)在疏水性环境中能使亲水性大分子蛋白质等保持活性。
（4）温度对蛋白质稳定性的影响
一般说来，温度的增加将使反胶团的含水量下降，因而 不利于蛋白质的溶解。
因此通过提高温度可以实现蛋白质的反萃取。然而，由 于蛋白质的活性对温度的变化较为敏感，因此该方法的应用 受到了一定程度的限制。 另外，温度会明显影响相转移的速度和效果。
（5）溶剂体系的影响 溶剂的性质(尤其是极性)对反胶团的形成和大小都有 影响。 常用的溶剂是烷烃类（正己烷、环己烷、正辛烷、 异辛烷等）。 有时也使用助溶剂，如醇类。可以调节溶剂体系的 极性，改变反胶团的大小，增加蛋白质的溶解度。
反胶团含水率W
定义为水和表面活性剂的摩尔浓度之比，即
W
C水 C表面活性剂
W可反映反胶团大小，W越大，反胶团半径越大
常用表面活性剂
表面活性剂的存在是反胶团萃取体系的必要条件，主要可 分为：
（1）阴离子型 (如二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠 (AOT)) （2）阳离子型 (如氯化三辛基甲铵(TOMAC)和十六烷三甲铵 (CTAB)等季铵盐)
起搅拌。适用于不溶水蛋白质。
制备含蛋白质的反胶团的三种方法
影响反胶团萃取的主要因素（以萃取蛋白为例）
（1）水相pH值的影响 水相的 pH 值决定了蛋白质分子表面可电离基团的离 子化程度。 当pH<pI时蛋白质带正电荷，与反胶团内所带电荷相 反，由于静电引力蛋白质转移到反胶团中。 相反，当pH>pI时该蛋白质带负电荷，由于静电斥力， 使溶入反胶团的蛋白质反向萃取出来，实现蛋白质的反 萃取。 等电点：对于每个蛋白质都存在一个pH使它的表面净电 荷为零即等电点（pI）。