胶团萃取

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形成原因:由于高聚物之间的不相溶性,即高聚物分子 的空间阻碍作用,相互无法渗透,不能形成均一相,从而 具有分离倾向,在一定条件下即可分为二相。
常用的双水相体系
高聚物/高聚物体系:聚乙二醇(简称PEG) / 葡聚糖(简称Dextran) 高聚物/无机盐体系: 硫酸盐体系。常见的高聚物/ 无机盐体系: PEG/ 硫酸盐或磷酸盐体系。
(3) PH
PH对分配的影响主要源于两个方面的原因。 1.PH影响蛋白质分子中可离解基团的离解度, 因而改变蛋白质所带电荷的性质和大小。 2.PH只影响磷酸盐的离解度,从而改变 H2PO4-和HPO42-的比例,进而影响电势差。
(4)温度的影响
温度越高,发生双水相分离所需要的高聚物浓度越高。 在临界点附近,温度对双水相体系的形成更为敏感。
第三节 双水相萃取
❖ 双水相体系的形成与分配机理 ❖ 双水相的相图 ❖ 双水相萃取体系的影响因素 ❖ 双水相萃取的应用
3.1双水相体系的形成与分配机理
双水相萃取?
利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的 差异来进行萃取的方法。
双水相的形成
将两种不同的水溶性聚合物的水溶液混合时,当聚合 物浓度达到一定值,体系会自然的分成互不相溶的两相, 这就是双水相体系。这种含有不同聚合物分子的溶液发生 分相的现象叫聚合物的不相容性。
双水相系统(aqueous two-phase system, ATPS)
PEG = 聚已二醇(polyethylene glycol) Kpi = 磷酸钾 DX = 葡聚糖(dextran)
2、双水相萃取的原理
• 是生物物质在双水相体系中的选择性分配,当物 质进入双水相体系后,由于表面性质、电荷作用 和各种作用力(如憎水键、氢键和离子键等)的 存在和环境的影响,使其在上、下相中的浓度不 同,即分配系数不同。
系线(tie line):
双节线上两点的直线。
系线反映的信息
A 杠杆规则:系线上各点均为分成组成相同, 而体积不同的两相。两相体积近似服从杠 杆规则
B 性质差异:系线的长度是衡量两相间 相对差别的尺度,系线越长,两相间的 性质差别越大;反之则越小.
C 临界点(critical point):当系线长度 趋于零时, 两相差别消失,任何溶质在 两相中的分配系数均为1。如K点。
持活性。
二、反胶团萃取原理
由于周围水层和极性基团的保护,保持了蛋白 质的天然构型,不会造成失活。
(a)水壳模型;(b)插入模型

Hale Waihona Puke Baidu
(c)吸附模型;(d)溶解模型







❖ 蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有 机溶剂相和水相两宏观相界面间的表面活性 剂层 ,同邻近的蛋白质分子发生静电吸引而变 形 ,接着两界面形成含有蛋白质的反胶团 ,然 后扩散到有机相中 ,从而实现了蛋白质的萃取。 (可能机理)
四、 反胶团萃取的应用
❖ 分离蛋白质混合物; ❖ 浓缩α-淀粉酶; ❖ 从发酵液中提取胞外酶 ; ❖ 直接提取胞内酶; ❖ 用于蛋白质复性。
反胶团萃取在生物样品分离中的应用
表示核糖核酸酶、溶菌酶和细胞色素C 蛋白质混合溶液约分离过程。在pH =9时.核糖核酸酶不溶.而其他两种酶可溶,故在pH=9,[KCl]= 0.1mol/L时.核糖核酸酶只留在水相中.而溶菌酶和细胞色素C则完全溶 于反相微胶团中。再将含有溶菌酶和细胞色素C有机相与0.5mol/LKCl的水 相接触.细胞色素C转入水相。最后将含有溶茵酶的有机相与含有 2.0mol/LKCl.pH=11.5的水溶液混合,就可将溶菌酶转入到水相中,这样 就达到了三种蛋白质分离约目的。
(3)在贵金属分离中的应用
例如采用PEG2000-硫酸铵-偶氮胂双水相体系可以 分离Ti和Zr。
第五章 萃取分离法
5.4 超临界流体萃取
压力增大,P(Mpa)
supercritical fluid

liquid
流动相密

度增加,
solid

溶剂力增
gas



T(oC)

临界点附近温度和压力的微小变化会引起密 度的显著变化,即溶解能力的显著变化。
萃取过程
第五章 萃取分离法
第五章 萃取分离法
影响超临界流体萃取的因素 压力:压力大,密度大,溶解力强; 温度:复杂,先升高后降低。 超临界流体的性质和被萃取物的极
性:CO2极性小,对于极性大的物质的萃 取,必须加入添加剂,称为提携剂或改 性剂。 流量:扩散慢的溶质流量不宜大。
第五章 萃取分离法
❖ 等电点:当蛋白质溶液处于某一pH时,蛋白质 游离成正、负离子的趋势相等, 净电荷为O, 此时溶液的pH值称为蛋白质的等电点(简写pI)。
❖ 当溶液的pH值小于等电点时,蛋白质的表面荷 正电,反之则荷负电。
❖ 水溶液的pH小于pI,则蛋白质的正电荷与微 胶团的内表面相吸.形成稳定的含蛋白质的 微胶团。
(5)低分子量化合物 (6)双水相体系的性质
黏度、两相密度差、表面张力、相间电势差、相分离 时间。
双水相萃取的应用
(1)在生物工程领域的应用
主要应用于生物物质,如酶、核酸、生长激素、 病毒等的分离纯化。常用的是PEG-葡聚糖双水相 体系。
(2)在中草药有效成分分离中的应用
例如采用PEG6000-K2HPO4双水相体系分离中草药 中的黄岑苷和黄岑素。
(2) 盐类
盐的种类和浓度对分配系数的影响主要反 映在对相间电位和蛋白质疏水性的影响。
①盐的种类
❖ 在双聚合物系统中,无机离子具有各自的分配系 数,不同电解质的正负离子的分配系数不同,从 而产生不同的相间电位。由于各相要保持电中性, 使得带电生物大分子,如蛋白质和核酸等分别向 两相移动分配。
②盐的浓度
原料颗粒的粒度:原料的颗粒度小,利于 萃取,但太小会出现堵塞或结块造成沟 流等不利现象;
萃取时间:增加萃取强度,可以缩短时间。 可能的机理是组分之间的“溶解互助” 效应,即先萃取出来的物质起到改性剂 的作用,增加了溶解能力。
第五章 萃取分离法
超临界流体萃取的应用
中药有效成分的提取。植物原料,生物碱、黄酮、 有机酸、皂苷、萜类、挥发油、糖类、油脂、氨 基酸、色素、鞣质、蛋白质、酶等,传统方法复 杂,流程长,SPE简单快速效率高。
3、离子强度
❖ 水相盐浓度(离子强度)决定了带电荷的反胶 团的内表面以及带电荷的蛋白质分子表面被静 电屏蔽的程度。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.因此, 低的离子强度有利于蛋白质的萃取,高的离子 强度有利于蛋白质的反萃取。
双水相萃取体系的影响因素
(1)高聚合物的分子量和浓度
A、高聚合物分子量
对于PEG/Dextran所形成的双水 相体系中,若降低PEG相对分子质量, 则生物分子分配于富含PEG的上相中, 使分配系数增大;而降低Dextran相 对分子质量,则分配系数减小。
若想在上相获得较高的蛋白质收 率,对于PEG聚合物,应降低它的平 均分子量,相反,若想在下相获得较 高的蛋白质收率,则平均分子量应增 加。
在水相中形成的微胶团方向
相反
极性的“核”
反微团内溶解的水称为微水相或水池
极性“头” 非极性“尾”
反胶团含水率——W=C水/C表 W越大,反胶团的半径越大
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的功能; (2)在疏水性环境中具有使亲水性大分子如蛋白质等保
❖ 目前研究中常用的AOT反胶束体系和其他体系有许 多不足:如不能用于分子量较大的蛋白质的萃取和 往往在两相界面上形成不溶性的膜状物等等。为克 服这些不足,可通过在单一表面活性剂中加入具有 亲和作用的生物表面活性剂或另一种非离子型表面 活性剂的方法来改善萃取性能。
2、水相pH值对萃取的影响
❖ 蛋白质是一种两性物质,具有确定的等电点 (pI).
B、高聚合物的浓度
❖ 聚合物分相的最低浓度为临界点,系线的长度为零, 此时分配系数为1,即组分均匀的分配于上下相.
❖ 随着成相聚合物的总浓度或聚合物/盐混合物的总浓 度增大,系统远离临界点,系线长度增加,两相性 质的差别(疏水性等)增大,蛋白质分子的分配系数 将偏离临界点处的值(m=1),即大于1或小于1。因 此,成相物质的总浓度越高,系线越长,蛋白质越容 易分配于其中的某一相。
表面活性剂在溶液中开始形成胶团时的浓度称为临 界胶束浓度,简称CMC。当溶液中表面活性剂浓度 低于CMC时,它主要以单体形式,即分子或离子形 式存在。 表面活性剂形成胶团后,溶液的许多物理化学质, 如表面张力、摩尔电导率、渗透压、密度、增溶性 能等,在一个很窄的浓度范围内呈现不连续变化。

胶团分为正(向)胶 团和反(向)胶团。
效,因而可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白 质和酶; (5)反胶团萃取技术的成本低,溶剂可反复使用等。
三、影响反胶束萃取的因素
1、表面活性剂种类 2、 水相pH值 3、 离子强度
1、表面活性剂种类的影响
❖ 应从反胶束萃取蛋白质的机理出发,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。
双节线:把均相区和两相区域分隔开。 系线:连接双节线上两点的直线。
两相区
均相区
在同一条系线上的各点分成的两相具有相同的组成, 但体积比不同
临界点:当系线长度趋向于零时,即在图中的C点, 两相差别消失,任何溶质在两相中的分配系数均为 1,成为单相体系。
ATPS相图
双节线(bi-nodal):
图中的曲线。双节线以下的区域为均相区, 以上的区域为两相区,即ATPS 。
【表面活性剂】在水或有机溶剂中自发形
成的聚集体。
胶团的形成——当向水溶液中加入表面活
性剂达到一定浓度时就会形成表面活性剂 聚集体,即胶团。
❖ 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。
❖ 表面活性剂的分类:
阴离子表面活性剂;阳离子表面活性剂; 非离子型表面活性剂。
胶团萃取
一、基本概念
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。它既可用于 无机物的萃取,也可用于有机物的萃取。 ❖ 在无机物的方面:金属或其无机盐可以形成疏水胶 体粒子粒子进入有机相。 ❖ 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。
胶团——是双亲(即亲水又亲油)物质
❖ 盐的浓度不仅影响蛋白质的表面疏水性, 而且扰乱双水相系统,改变各相中成相物 质的组成和相体积比。
❖ 例如,PEG/磷酸盐体系中上下相的PEG和磷酸盐 浓度及Cl-在上下相中的分配平衡随添加NaCl浓 度的增大而改变,这种相组成即相性质的改变直 接影响蛋白质的分配系数。
❖ 离子强度对不同蛋白质的影响程度不同,利用这 一特点,通过调节双水相系统的盐浓度,可有效 地萃取分离不同的蛋白质。
第五章 萃取分离法
CO2超临界流体 临界点Tc31.06℃,pc7.39MPa; 无毒、价廉、易得、易与萃取物分离; 溶解力可通过温度、压力调节,也可以
通过添加试剂(醇类、芳烃等)来改变; 萃取率较低,选择性低 特别适合天然产物的分离
第五章 萃取分离法
超临界流体萃取装置 液体物料为循环式,固体物料间歇式。
❖ 改变水相条件 (如pH值、离子种类或离子强 度 ) ,又可使蛋白质从有机相中返回到水相中 ,
实现反萃取过程。
反胶团萃取的优点
(1)有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性; (2)分离、浓缩可同时进行,过程简便; (3)能解决蛋白质(如胞内酶)在非细胞环境中迅速失
活的问题; (4)由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞破壁功
❖ 反之.如pH大于PI,蛋白质在微胶团的溶解 度将很低或不溶。
❖ 但如pH过低。蛋白质会变性,溶解度也下降。
AOT体系中,三种低分子量的在较低PH时,几乎能完 全溶解于反胶团相。不过,PH过低时,蛋白质变性, 溶解度随之降低。显然,对于多中蛋白质自混合物的 分离,只要它们的PH有差异,就可以通过控制溶液的 PH是他们达到分离。
正胶团是在极性溶液中形成的,
其亲水性的极性端向外指向极
性(如水)溶液,疏水性的非
极性“尾”向内相互聚集在一
起。
非极性的
“核”
极性“头” 非极性“尾”
非极性有 机溶剂
反胶团 是两性表面活性剂
在非极性有机溶剂中亲水性
基团自发地向内聚集而成的,
内含微小水滴。其疏水性的
非极性尾部向外,指向非极
性溶剂,而极性头向内,与
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