第五章_反胶团萃取要点
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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。
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。
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。
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
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。
• 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。
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。
• 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。
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”
来自百度文库极性 “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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
• 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。
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。
• 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。
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”
来自百度文库极性 “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。
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。