第五章_反胶团萃取
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反胶团萃取
季铵盐 反胶束萃取蛋白质
2014年12月13日星期六
Sodium di-2-ethylhexylsulfosuccinate
11
表面活性剂：
亲水憎油（极性基团）、亲油憎水（非极性基团）
阴离子、阳离子、非离子型表面活性剂
2014年12月13日星期六
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1）阴离子表面活性剂
AOT(Aerosol OT)
丁二酸－2－乙基己基磺酸钠 易得，双链，极性基团较小、形成的反胶束较大，半径170nm，有 利于大分子蛋白质进入
2014年12月13日星期六
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2）阳离子表面活性剂 （1）CTAB (cetyl-methyl-ammonium bromide) 十六烷基三甲基溴化胺/十六烷基三甲基胺溴
2014年12月13日星期六
相界面形成包含Pr的反胶束
反胶束扩散进入有机相，实现蛋白质的萃取
改变水相条件（pH、离子种类、[I]) Pr重新返回水相——反萃取
2014年12月13日星期六 29
有机相、水相间的分配萃取
2014年12月13日星期六
30
2014年12月13日星期六
31
4、影响萃取的主要因素 Pr萃取 ∽ Pr表面电荷与反胶束内表面电荷间的静电作用 反胶束的大小 增强静电作用、形成较大的反胶束，有助于蛋白质的萃取 通过系统研究影响因素，确定最佳操作条件
内聚集，形成内含微小水滴的纳米级胶体
2014年12月13日星期六
3
2、微小界面和微小水相 半透膜功能：分子识别、选择性透过 疏水环境，保持亲水性大分子活性 3、应用 生物膜简化模型 酶类性质基础性研究
疏水性反应场
酶和微生物的新型固定化方法
微型生物反应器
反胶团萃取专题PPT优秀课件
R16SO4Na R12CH(SO4Na)R3 R10CH(SO4Na)R5 R8CH(SO4Na)R7
13
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
16
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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。
17
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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
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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
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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
制药分离工程-第五章反胶团萃取与双水相萃取
双水相萃取
•双水相系统：因两种水溶性聚合物的水溶液，或一种 水溶性聚合物水溶液与盐溶液混合时的不相容性而形成
有明显界面的两相系统
•特点：两相均含有大量的水（高达80%以上），
•
界面张力小，一Leabharlann 只有0.5-10-4mN/m，•
萃取环境和条件温和，
•
生物相容性好，有时有稳定作用；
•
分配系数可控：聚合物修饰、相系统组成、
反胶团萃取
•1977年，瑞士学者Luisi等人首次提出用反胶团萃取蛋白质， •但并未引起人们的广泛注意。 •20世纪80年代，生物学家们才开始认识到反胶团萃取的重 •要性。
反胶团萃取
•胶团（micelles): 将表面活性剂溶于水中，当其浓度超 过临界胶团浓度时，表面活性剂就会在水溶液中聚集在 一起形成聚集体，称为胶团。 •水溶液中胶团的非极性基团在内，而极性基团在外。
双水相萃取
•1.双水相系统含较高浓度的水溶性聚合物和盐，会带 到产物中，去除需要辅助处理方法。 •2.成本较高。即使水溶性聚合物和盐尽管回收再用。 •3.选择性较低，分离纯化倍数低，一般只适用于粗分 离。
双水相萃取
双水相萃取
•选择双水相的原则
•1.能够获得高的产物回收和生物活性回收，高的分 离纯化倍数； •2.系统的物理化学性质有利于大规模的应用，有良 好的工艺性能，系统黏度低，相分离快，达到相平衡 时间短，工艺参数容易控制，工艺条件可调性范围大 ； •3.系统经济，成本低，无毒，适合大规模应用。
反胶团萃取
•反胶团的形状和大小 •反胶团的形状多为球形或近似球形，有时也呈柱状结构 。 •半径：一般10-100nm, 取决于盐的种类和浓度、溶剂、 表面活性剂的种类和浓度以及温度。 •W0=[水]/[表面活性剂]
反胶团萃取技术
2） 中空纤维膜 中空纤维管是另一类被广泛用于液-液分离的膜萃取器。它具 有很大的比表面积，且与反胶团技术相结合能减少蛋白质的失活， 是一项很有实用前景的生物分离技术。
五、反胶团萃取设备
2、离心萃取器
反胶团溶液-水-蛋白质所组成的萃取体系，由于表面活性剂的 存在，界面张力低，易乳化。另外，由于萃取的目标产物是蛋白质， 易变性失活。为了尽量避免蛋白质的变性，应尽量缩短操作时间， 因而反胶团离心萃取是一项很合适的蛋白质萃取分离技术。
5、反胶团溶解作用的推动力
（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。
三、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。 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。
1）喷淋塔萃取器 喷淋塔是一种应用广泛的液-液微分萃取设备，具有结构简单 和操作弹性大等优点，在反胶团萃取方面受到了人们的关注。尤为 重要的是，当用于含有表面活性剂的反胶团体系时，所需输入的能 量很低，故不易乳化，从而缩短了相分离时间。但喷淋塔的缺点是 连续相易出现轴向反混，从而降低萃取效率。
五、反胶团萃取设备
四、反胶团萃取技术的应用
适合在超临界CO2 中形成反胶团的表面活性剂的三个标准:
1) 表面活性剂尾端应具有高亲 CO2 性。这要求内聚能较低。CO2 尾端相互作用较强,以促进在CO2 中的分布, 包围水界面的弯曲度。 还有胶团- 胶团相互作用较弱。 2) 表面活性剂的极性头端不能过于分散,尾端最好有多条分支, 以促 进在水和 CO2 界面形成分散的空间结构。 3) 表面活性剂头端应和水形成氢键,作为聚集的动力。否则,表面活 性剂在CO2 中可能形成凝相而不是反胶团。 聚- ( 六氟环氧丙烷)是目前发现的最亲CO2 的可溶性聚合物。
五、反胶团萃取设备
2、离心萃取器
反胶团溶液-水-蛋白质所组成的萃取体系，由于表面活性剂的 存在，界面张力低，易乳化。另外，由于萃取的目标产物是蛋白质， 易变性失活。为了尽量避免蛋白质的变性，应尽量缩短操作时间， 因而反胶团离心萃取是一项很合适的蛋白质萃取分离技术。
5、反胶团溶解作用的推动力
（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。
三、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。 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。
1）喷淋塔萃取器 喷淋塔是一种应用广泛的液-液微分萃取设备，具有结构简单 和操作弹性大等优点，在反胶团萃取方面受到了人们的关注。尤为 重要的是，当用于含有表面活性剂的反胶团体系时，所需输入的能 量很低，故不易乳化，从而缩短了相分离时间。但喷淋塔的缺点是 连续相易出现轴向反混，从而降低萃取效率。
五、反胶团萃取设备
四、反胶团萃取技术的应用
适合在超临界CO2 中形成反胶团的表面活性剂的三个标准:
1) 表面活性剂尾端应具有高亲 CO2 性。这要求内聚能较低。CO2 尾端相互作用较强,以促进在CO2 中的分布, 包围水界面的弯曲度。 还有胶团- 胶团相互作用较弱。 2) 表面活性剂的极性头端不能过于分散,尾端最好有多条分支, 以促 进在水和 CO2 界面形成分散的空间结构。 3) 表面活性剂头端应和水形成氢键,作为聚集的动力。否则,表面活 性剂在CO2 中可能形成凝相而不是反胶团。 聚- ( 六氟环氧丙烷)是目前发现的最亲CO2 的可溶性聚合物。
5.5 反胶团萃取
B 离子强度
a.离子强度增大后，反胶团 内表面的双电层变薄，减弱了 蛋白质与反胶团内表面之间的 静电吸引，从而减少蛋白质的 溶解度；
b. 盐浓度的增大，反胶团产生 脱水效应，反胶团直径减小，
空间排阻作用增大，蛋白质的 溶解率下降；
AOT（mmol／L）＝（○）50 （△）100，（□）200，（◇）300
在反胶团萃取蛋白质的研究中用得最多的是阴离子表面活性剂aotaerosolot其化学名为丁二酸2乙基己基磺酸钠结构式见图1ctabcetylmethylammoniumbromide溴化十六烷基三甲胺十六烷基三甲基胺溴2ddabdidodecyldimethylammoniumbromide溴化十二烷基二甲铵3tomactriomethylammoniumchloride氯化三辛基甲铵12criticalmicelleconcentrationcmc临界胶团浓度临界胶团浓度是胶团形成时所需表面活性剂的最低浓度表面活性剂的最低浓度用cmc来表用cmc来表示这是体系特性与表面活性剂的化学结构溶剂温度和压力等因素有关
第五节 反胶团萃取
Reversed micellar extraction
反胶团萃取法的优点
1.有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性。
2.分离、浓缩同时进行，过程简便。 3.能解决蛋白质在非细胞环境中易迅速失活的 问题。 4.可直接从完整细胞中提取蛋白质和酶。 5.成本低，溶剂可反复使用。
1 反胶团溶液形成的条件和特性 反胶团的定义：
的静电作用力和位阻效应。
3 影响反胶团萃取蛋白质的主要因素
3.1 水相pH值
对于阳离子表面活性剂、溶液的
pH值需高于蛋白质的pI值，反胶
团萃取才能进行；对于阴离子表
反胶团萃取
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，其中 应用最多的是阴离子型表面活性剂AOT，阳离子型表面活性剂主 要有氯化三辛基甲铵和溴化十六烃基三甲胺等季铵盐。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。因此，当水 相pH值偏离蛋白质等两性电解质的等电点时，由于溶质带正电荷 (pH<pI)或负电荷(pH>pI)，与表面活性别发性强烈的静电相互作 用，影响溶质在反胶团相的溶解率，即在两相间的分配系数。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，溶解率或分配系数较大，反之，则不能 溶解到反胶团相中。
(2)反胶团内酶反应动力学行为与在正常的水相中相似， 活性与pH的关系同样表现为钟状曲线。
3、反胶团溶解作用的推动力
生物分子溶解于AOT等离子型表面活性剂反胶团相的
主物分子间的空间相互作用；
3、疏水性相互作用。 这些因素对生物分子的溶解率(萃取率)都有重要影 响，其中静电相互作用是最主要的。
经验式推算：
式中右侧第一项为反胶团的水核直径，第二项 (2.4nm)为AOT分子长度的二倍。一般反胶团的W0不超过 40。因此，根据上式，利用AOT形成的反胶团水核直径 一般不超过12nm，可大致容纳一个直径为5—10nm的蛋 白质。当蛋白质分子与反胶团直径相比大得多时，则难 溶解于反胶团中。
2、反胶团的溶解作用
4、萃取及反萃取动力学
水相中的溶质加入反胶团相需经历三步传质过程： 通过表面液膜扩散从水相到达相界面； 在界面处溶质进入反胶团中； 含有溶质的反胶团扩散进入有机相。
反萃取操作中溶质亦经历相似的过程，只是方 向相反，在界面处溶质从反胶团内释放出来。
F:\临时\反胶团萃取.pdf
反胶团萃取
反胶团萃取原理
萃取过程： ① 蛋白质从水溶液主 体扩散到界面； ② 在界面形成包容蛋 白质的反胶团； ③ 含有蛋白质的反胶 束在有机相中扩散离 开界面。
二、蛋白质的溶解
反胶团溶解蛋白质的四种可能模型：
a 水壳模型
b
c
d
水壳模型
对于亲水性蛋白质，目前普遍接受的是水壳模型。
许多实验数据均间接地证明了水壳模型的正确性:
随着Mr的增加，蛋白质分 子和胶团之间的立体性相 互作用增加，萃取率有下 降趋势。
蛋白质的Mr与(pH-pI)绝对 值呈线性关系
（2）添加无机盐的影响
添加无机盐会增加 溶液的离子强度， 能使静电性相互作 用变弱，一般情况 下萃取率下降。
添加无机盐的影响
无机盐对有机溶剂有脱水作用，反胶团的W减小， 使立体性相互排斥作用增大。
反胶团在许多方面的研究都很活跃
作为生物膜的简化模型；
作为显示酶类性质的一种模型进行基础性研究；
作为具有新型功能的疏水性反应场；
作为酶和微生物的一种新型的固定化方法；
作为微小型的生物反应器； 作为生理活性物质及生物活性大分子的特异性分 离场而进行的应用性研究。
反胶团萃取的优点
大多数CMC在0.1～1.0 mmol/L的范围内。
（2）反胶团含水率W
含水率(W)：指水和表面活性剂的浓度之比。
W = c水/c表
W对反胶团的大小以及反胶团内微水相的物理 化学性质影响很大。 W越大，反胶团的半径越大。
反胶团含水率W
反胶团“水池”中的水与普通的水在性质上有差异。 如，AOT反胶团
05反向微胶团萃取及双水相萃取
（3）认为生物大分子的非极性部分与多个微 胶团的非极性部分连接，由此形成生物大 分子溶解于多个微胶团之间的一种状态。
三、影响反相微胶团形成的因素
• 反相微胶团的形成、大小及形状，与表面活性剂 的种类、浓度以及操作时的温度、压力等有关。 反相微胶团一般比水相微胶团要小，其分子聚集 数一般都小于50。而水相微胶团的分子聚集数在 50～100之间。反相微胶团中的水分含量通常用 非极性溶剂中的水浓度和表面活性剂之比ω 0来表 示： • ω 0＝[H2O]/[表面活性剂] ω 0值越大，反相微胶团内的水分含量就越多，形成 的反相微胶团的半径就越大。能溶解水溶性成分 的量就越多。因此， ω 0值大小可以反应出反相 微胶团的大小和溶解能力。
二、影响组分在双水相系统中分配的主要因 子 1.聚合物的相对分子质量 聚合物的相对分子质量增加，生物大分子 或颗粒在该聚合物在该相中的分配系数会 下降。 2.成相溶液的浓度 当成相溶液浓度接近临界点时，可溶性组 分会均匀的分配在两相中，当远离临界点 时则趋向一侧分配。
3、无机盐 对于带负电荷的蛋白质，其分配系数因阳离子 的存在按下列顺续降低 Li+<NH4+<Na+<Cs+<K+ 一价阴离子则按下列顺序降低： F-<Cl-<Br-<I所以为了增加带负电的蛋白质的分配系数应使 用Li+、HPO42-、SO42-和－2价柠檬酸根离 子等，降低分配系数则用KCI、和NaCl。
2、水相酸碱度 微胶团内水分的酸碱度主要影响到生物大分 子的荷电性，进而影响到生物大分子和反 相微胶团的结合。 AOT属于阴离子型表面活性剂，其亲水部 分带负电荷，形成的反相微胶团内表面带 负电。当反相微胶团内水相的pH值小于生 物大分子的等电点pI时，可使生物大分子 带正电，这样生物大分子可与反相微胶团 中带负电性的内表面相吸，形成比较稳定 的含生物大分子的反相微胶团，可以较容 易的进行萃取。
制药分离工程：第五章 反胶团萃取与双水相萃取
基本术语
胶束(micelles):
在药剂学中是指: 向水中加入表面活性剂，其分子 则转入溶液中，因其亲油基团的存在，水分子与 表面活性剂分子相互间的排斥力远大于吸引力，
导致表面活性剂分子自身依赖范德华力相互聚集,
形成亲油基向内，亲水基向外，在水中稳定分散， 大小在胶体级别的粒子。
3
水溶液的表面张力随[S]增大而下降。当[S]达 到一定值后，S缔合形成水溶性胶束, 溶液的 表面张力不再随表面活性剂浓度的增大而降低。 胶团形成均是S分子自聚集的结果，是热力学 稳定体系。
表面活性剂在非极性的有机相中超过临界胶团浓度而聚集
形成反胶团,在有机相内形成分散的亲水微环境。
许多生物分子如蛋白质是亲水憎油的,一般仅微溶于有机
溶剂,而且如果使蛋白质直接与有机溶剂相接触,
往往会导致蛋白质的变性失活
因此萃取过程中所用的溶剂必须既能溶解蛋白质又能与水
分层,同时不破坏蛋白质的生物活性。
反胶团萃取技术正是适应上述需要而出现的。
d、pro疏水区与几个反胶团的S疏水尾发生相
互作用，被几个小反胶团所“溶解”。
24
5.1.4
反胶束萃取的操作
A 萃取的基本方法 B 反萃取
C
分级萃取
25
5.1.5 反胶束萃取的影响因素 1) pH value
AOT = 二-(2-已基已基) 琥珀酸酯磺酸钠
26
静电作用：
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,溶解率或 分配系数较大,反之,则不能溶解到反胶团相中。 上图为pH值对不同蛋白质的溶解率急剧变化,当
21
5.1.3 反胶束的溶解作用
微水池溶解和分离作用：
第五章 反胶团萃取与双水相萃取2
第二， pH 值影响磷酸盐的离解程度，从而改
变H2PO4-和HPO42- 之间的比例，进而影响相
间电位差。这样蛋白质的分配因pH值的变化发
生变化。pH值的微小变化会使蛋白质的分配系
数政变2～3个数量级。
(5) 温度
• 温度影响双水相系统的相图，从而影响蛋白质 的分配系数。温度越高发生相分离所需的高聚 物浓度越高。在临界点附近对双水相体系形成 的影响更为明显。但一般来说，当双水相系统 离双节线足够远时，1～2℃的温度改变不影响 目标产物的萃取分离。 • 由于高聚物对生物活性物质有稳定作用，在大 规模生产中多采用常温操作，从而节省冷冻费 用。但适当提高操作温度，体系黏度较低，有 利于分离。
若A向双节线移动，B、C两点接近，系线长 度趋向于零时，即 A 点在双节线 K 点时，体系变 成一相， K称为临界点。在同一系线上不同的点， 总组成不同，而上、下两相组成相同，只是两相 体积VT、VB不同，但它们均服从杠杆原理。
• B相和C相质量之比等于系线上CA与AB的 线段长度之比。又由于两相密度相差很小 ( 双 水 相 体 系 上 相 和 下 相 密 度 常 在 1.0 ～ 1.1kg ／ dm3 之间 ) ，故上下相体积之比也 近似等于系线上 CA 与 AB 线段长度之比， 即：
2.1.2 定义
• 利用双水相的成相现象及待分离组分在
两相间分配系数的差异，进行组分分离 或多水相提纯的技术就叫做双水相萃取
技术。
2.1.3 双水相的成相原因: 空间阻碍作用
•
根据热力学第二定律可知，混合是熵增加的过 程，因而可自发进行。
• 另一方面，分子间存在相互作用力，并且这种 分子间相互作用力随相对分子质量的增大而增 大。
大部分生物制品的原液是低浓度和有 生物活性的，需要在低温或常温条件进 行富集、分离，因而常规的萃取技术在 这些领域中的应用受到限制。双水相体 系就是考虑到这种现状，基于液液萃取 理论同时考虑保持生物活性所开发的一 种新型的液液萃取分离技术。
反胶团萃取
2-2
反胶团中生物分子的溶解
上图中，图(a)为水壳模型；(b)为蛋白质中的疏水部分直接与有机相接 触；(c)为蛋白质被吸附在胶团的内壁上；(d)为蛋白质的疏水区与被几个反 胶团的表面活性剂疏水尾发生作用，并被反胶团所溶解。上述四种模型中， 现在被多数人所接受的是水壳模型，尤其对于亲水性蛋白质。因为弹性光散 射等许多实验研究均间接地证明了水壳模型的正确性。由图可知，在水壳模 型中，蛋白质居于“水池”的中心，而此水壳层则保护了蛋白质，使它的生 物活性不会改变。 生物分子溶解于反胶团相的主要推动力是表面活性剂与蛋白质的静电相 互作用。反胶团与生物分子间的空间阻碍作用和疏水性相互作用对生物分子 的溶解度也有重要影响。
3-2
反胶团萃取过程及其应用
反胶团萃取可采用各种传统的液液萃取中普遍使用的微分萃
取设备(如喷淋塔)和混合/澄清型萃取设备。需要指出的是， 反胶团萃取技术仍处于起步阶段，尚未得到大规模工业应用。
在此只能就一些研究结果加以介绍。
3-3
反胶团萃取过程及其应用
下图是多步间歇混合/澄清萃取过程，采用反胶团萃 取分离核糖核酸酶、细胞色素C和溶菌酶等三种蛋 白质。在pH=9时，核糖核酸酶的溶解度很小，保
反胶团萃取过程 及其应用
3-1
反胶团萃取过程及其应用
用反胶团技术萃取蛋白质时,用以形成反胶团的表面活性剂起着
关键作用。现在多数研究者采用AOT为表面活性剂。
AOT是琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸钠或丁二酸二异辛酯磺酸钠 (Aerosol OT)。溶剂则常用异辛烷 (2,2,4-二甲基戊烷)。AOT作为反-2反胶团形成过程及其特性
从胶体化学可知,向水溶液中加入表面活 性剂，当表面活性剂的浓度超过一定值时， 就会形成胶体或胶团，它是表面活性剂的聚 集体。在这种聚集体中，表面活性剂的极性 头向外，即向水溶液,而非极性尾向内。当向 非极性溶剂中加入表面活性剂时，如果表面 活性剂的浓度超过一定值,也会在溶剂内形成 表面活性剂的聚集体，称这种聚集团为反胶
反胶团萃取技术-现代分离技术
反胶团体系
1.单一反胶团体系 2.混合反胶团体系 3.亲和反胶团体系
二.反胶团萃取技术
该技术包括两个过程， 萃取过程 反萃取过程
反胶团分离生物物质的特点：
⑴反胶团选择性好、分离效率高。 ⑵反胶团分离速度快，兼具分离、提纯和 浓缩的特点。 ⑶ 反胶团分离条件温和，能使生物物质保 持较高的活性收率。 ⑷反胶团分离料液处理简单，操作方便， 有机溶 剂可循环使用，降低了成本。
生物物质的反胶团相的制备 1.相转移法 2.注射法 3.溶解法
影响反胶团萃取的因素 表面活性剂 助表面活性剂 水相pH值 水相离子浓度 温度 相比
三.反胶团萃取技术的应用
1.蛋白质和酶 2.抗生素 3物物质之间的静电作用力是生物物 质溶解的主要推动力，在有机溶剂相和水相两宏观 界面间的表面活性剂层，同临近的生物分子发生静 电吸引而变形。另外，由于处于反胶团中的生物物 质的屏蔽作用可有效降低静电作用自由能，从而使 带有与反胶团内表面同种电荷的生物物质也有可能 被溶入反胶团中。因此两界面能形成含有生物物质 的反胶团，然后扩散到有机相中，从而实现了生物 物质的分离。
通常用于形成反胶团系统的表面活性 剂主要有阴离子型、阳离子型和非离子型 三种。 常用阴离子型表面活性剂有二（2-乙 基己基）琥珀酸酯磺酸钠， 常用阳离子型表面活性剂有三辛基甲 基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、双十 六烷基二甲基溴化铵等季铵盐。 常用非离子型表面活性剂单独形成反 胶团的研究很少，主要有Span-60、 Tween-85等表面活性剂。
反胶团萃取技术
一.反胶团的形成与特点 二.反胶团萃取技术 三.反胶团萃取技术的应用
姓名：刘琰
学号：120111222
一. 反胶团的形成与特点
反胶团是一种双亲物质（表面活性剂），在非 极性有机溶剂中浓度超过临界胶团浓度时自发形成 的疏水尾向外，溶于有机溶剂，而亲水头部向内的 纳米级聚集体，又称反胶束、逆胶束，是一种低水 含量的油包水微胶液。
第五章_反胶团萃取
图是表面活性剂聚集体的可能的微观构造
正胶团： 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”
水
极性 “头”
非极性的 “核”
非极性 “尾”
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” 极性的“核”
极性 “头”
非极性 “尾”
在反胶团中有一个极性核心，它包括由表 面活性剂极性端组成的内表面、平衡离子 和水，被称之为“水池”。 因为这个“水池”具有极性，可以溶解具 有极性的分子和亲水性的生物大分子，而 极性分子和/或亲水性的生物大分子也因此 可＂溶解＂在非极性的有机溶剂中。
3常用表面活性剂表面活性剂的存在是构成反胶团的必要条件有三类表面活性剂都可在非极性溶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表面活性剂有机溶剂表面活性剂有机溶剂aotn烃类c10异辛烷环己烷四氯化碳苯brij60辛烷ctab己醇异辛烷己醇辛烷tritonx己醇环己烷磷脂酰胆碱苯庚烷tomac环己烷磷脂酰乙醇胺苯庚烷常用的表面活性剂及其相应的有机溶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aotaot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
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、内含微小水滴的、空间尺度仅为纳 米级的集合型胶体。是一种自我组织和 排列而成的，并具热力学稳定的有序构 造。
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 子如蛋白质等保持活性的功能。
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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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、内含微小水滴的、空间尺度仅为纳 米级的集合型胶体。是一种自我组织和 排列而成的，并具热力学稳定的有序构 造。
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 子如蛋白质等保持活性的功能。
3、常用表面活性剂 表面活性剂的存在是构成反胶团的必要 条件，有三类表面活性剂都可在非极性溶 剂中形成反胶团。 （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
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 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
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。
图是表面活性剂聚集体的可能的微观构造
正胶团： 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”
水
极性 “头”
非极性的 “核”
非极性 “尾”
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” 极性的“核”
极性 “头”
非极性 “尾”
在反胶团中有一个极性核心，它包括由表 面活性剂极性端组成的内表面、平衡离子 和水，被称之为“水池”。 因为这个“水池”具有极性，可以溶解具 有极性的分子和亲水性的生物大分子，而 极性分子和/或亲水性的生物大分子也因此 可＂溶解＂在非极性的有机溶剂中。
• 1977年，瑞士学者Luisi等人首次提出用反胶 团萃取蛋白质，但未引起人们的广泛关注。直 到20世纪80年代生物学家们才开始认识到反 胶团萃取的重要性。反胶团萃取的本质仍然是 液液萃取，但与一般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溶剂相中形 成反胶团进行萃取，即反胶团在有机相内形成 一个亲水微环境，使蛋白质类生物活性物质溶 解于其中，从而避免在有机相中发生不可逆变 性的现象。此外，构成反胶团的表面活性剂往 往具有溶解细胞的能力，因此可以用于直接从 完整细胞中提取蛋白质和酶，省却了细胞破壁。
• 1、反胶团的形成及特性 • 胶团和反胶团的形成 • 胶团或反胶团的形成均是表面活性剂分子自聚的结果， 是热力学稳定体系。 • 将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过临界胶团浓度 （criticalmicelle concentration,CMC）时，表面活性剂 就会在水溶液中聚集在一起形成聚集体，称为胶团 （micelles）。水溶液中胶团的表面活性剂的极性基团向 外与水相接触，而非极性基团在内，形成一个非极性的 核心，此核心可以溶解非极性物质。若有机溶剂中加入 表面活性剂，当其浓度超过临界浓度时，就会在有机相 中也形成聚集体，称为反胶团。在反胶团中，表面活性 剂的非极性基团在外，与有机相接触，而极性基团则排 列在内形成一个极性核（polarcore）。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“水池”。 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。
3、反胶团的分类
1）、单一表面活性剂反胶团体系： 是指在使用时无须加入助剂的表面活性剂，具 有多条中等长度的烷基尾和一个较小的极性头。 A、 阴离子型，如AOT。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； B、阳离子型，如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。
反胶团萃取技术在分离生物大分子特别是分离 蛋白质方面，具有突出优点： （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。
反胶团的应用研究： （1）作为生物膜的简化模型； （2）作为显示酶类性质的一种模型进行基础 性研究； （3）作为具有新型功能的疏水性反应场； （4）作为酶和微生物的一种新型的固定化方 法； （5）作为微小型的生物反应器； （6）作为生理活性物质及生物活性大分子的 特异性分离场的应用性研究。
2、反胶团的构造 1)、反胶团的构造 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一定的数值时，会 在非极性溶剂内形成表面活性剂的聚集体。 与在水相中不同的是，非极性溶剂内形成 的表面活性剂聚集体，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，与在水相中形成的微胶团方向相反， 因而称之为反胶团或反向胶团。
第五章 反胶团萃取与双水相萃取
2013.2
第一节、反胶团萃取
基本要求： 1、掌握反胶团的构造、反胶团的物理化学特性 及制备 2、反胶团萃取原理，了解反胶团在分离工艺中 的应用。 重点：反胶团萃取原理。 难点：反胶团的构造；反胶团的物理化学特性及 制备。
第一节 反胶团萃取
• 一、概述 • 传统的萃取，难以应用于一些生物活性物质的 提取与分离。因为绝大多数蛋白质不溶于有机 溶剂，若使蛋白质接触有机溶剂，会引起蛋白 质的变性。另外，蛋白质分子表面带有许多电 荷，普通的离子缔合型萃取难以奏效，因次研 究和开发易与工业化的、高效的生化物质分离 方法已成为当务之急。反胶团萃取 （reversed micellar extrceion）就是在这一 背景下发展起来的一种新型分离技术。