第八章反胶团萃取
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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。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。
在AOT反胶团中,水合化一分子AOT需要 6~8个水分子,而其他水分子则不受束缚, 可与普通水一样自由流动,所以当W>16 时,“水池”中的水逐渐接近主体水相粘度, 胶团内也形成双电层。
液膜的种类
液膜根据其结构可分为多种,但具 体有实际应用价值的主要有三种:
①乳状液膜 ②支撑液膜 ③流动液膜
液膜萃取
定义
液膜是由水溶液或有机溶剂构 成的液体薄膜。利用液膜将与之不能 互溶的液体分隔开来,使其中一侧的 液体中的溶质选择性的透过液膜进入 另一侧,实现溶质之间的分离。
液膜萃取机理
单纯迁移
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。
反胶团可作为作为生理活性物质以及生物
活性大分子的特异性分离场(分离、浓缩
等方法)。
反胶团萃取技术的特点
反胶团萃取技术的突出优点 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
反胶团萃取的工艺过程
前萃取 将目的蛋白质有选择性地从发酵液中转
移到反胶团溶液中。 后萃取 再用第二种水相溶液从反胶团中将该蛋
白质萃取出来。
影响反胶团萃取的因素
溶液的pH 溶液的离子强度 表面活性剂的浓度和种类 其他(有机溶剂、助表面活性剂、温
度)
反胶团萃取的应用
纯化和分离蛋白质、氨基酸、酶、多 肽等
第八章 反胶团萃取
一.反胶束法
反胶束萃取技术(Reversed micellar extraction)是近 年来发展起来的一种新型萃取分离技术,主要适合于蛋白 质的提取和分离。
是利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种纳米级的反 胶束相来萃取水溶液中的大分子蛋白质。
有
机
料液
相
反胶团萃取
反胶团(reversed micelles)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。
同向迁移
向膜相内加 入流动载体,使 供能物质与目标 溶质迁移方向相 同,这种载体输 送方式称为同向 迁移,也可以实 现离子沿反浓度 梯度方向迁移。
① 乳状液膜
乳状液膜 (emulsion liquid membrance,ELM)
根据成膜流体的不同, 分为(W/O)/W和 (O/W)/O两种。在生 物分离中主要应用 (W/O)/W型乳状液 膜。
蛋白质溶解方式示意图
反胶团萃取蛋白质的基本原理
是从主体水相向溶解于有机溶剂相中反 胶团微水相中的分配萃取。
同时也是一个 浓缩操作。
改变水相条件 可实现反萃取。
反胶团萃取蛋白质的示意图
“水壳”模型(water-shell mode))
蛋白质向非极性溶剂中反胶团的纳米级水池 中的溶解,如图所示的四种可能。
反胶束萃取的原理:
凡是能够引起静电引力,能够促使反 胶束尺寸增大的因素均有利于提高分 配系数。
这些因素主要是pH、离子强度、表面 活性剂种类和浓度等,通过因素优化, 实现选择性地萃取和反萃取。
常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂
表面活性剂 AOT CTAB Triton-X 磷脂酰胆碱
有机溶剂 异辛烷、环己烷、四氯化碳 乙醇/异辛烷、己醇/辛烷 乙醇/环己烷 苯、庚烷
胶团变化示意图
反胶团的制备
1.液液接触法 即将含蛋白质的水相与含表面活性剂的
有机相接触。
2.注入法 将含有蛋白质的水溶液直接注入到含有
表面活性剂的非极性有机溶剂中去。这 种方法的过程较快并可控制反胶团的平 均直径和含水量。
3.溶解法
对非水溶性蛋白质可用该法。将含有反胶 团(W=3~30)的有机溶液与蛋白质固 体粉末一起搅拌,使蛋白质进入反胶团中, 该法所需时间较长。含蛋白质的反胶团也 是稳定的。
也称物理渗 透,是根据料液中 各种溶质在膜相中 的溶解度(分配系 数)和扩散系数的 不同进行的萃取分 离。
反萃相化学反应促进迁移
在有机酸等弱酸性电解质的分离纯化 方面,可利用强碱溶液为反萃相,与料液中 的溶质发生不可逆的反应而促进溶质的迁移。
反向迁移
向膜相内加入 流动载体,使供能 物质与目标溶质迁 移方向相反,这种 载体输送方式称为 反向迁移,可以实 现离子沿反浓度梯 度方向迁移。
液膜:通常是由溶剂、表面活性剂
和添加剂制成的。溶剂构成膜基体; 表面活性剂起乳化作用,可以促进 液膜传质速度并提高其选择性;添 加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。
液膜萃取
液膜萃取:通常将含有被分离组分的 料液作连续相,称为外相;接受被分 离组分的流体,称内相;处于两者之 间的成膜的流体称为膜相,三者组成 液膜分离体系。液膜把两个组成不同 而又互溶的内、外相溶液隔开,并通 过渗透现象起到分离作用。
①大分子蛋白质被
封闭在“水池”中
②蛋白质中的亲脂部
分直接与非极性溶
剂的碳氢化合物相
接触
③蛋白质被吸附在微
胶团的“内壁”上
④蛋白质被几个微胶
团所溶解,
蛋白质向反胶团溶解的可能模型
反胶束萃取疏的原理:
静电引力:主要是蛋白质的表面电荷 与反胶束内表面电荷(离子型表面活 性剂)之间的静电引力作用。
空间位阻作用:增大反胶束极性核的 尺寸,以减小大分子蛋白进入胶核的 传质阻力。
迅速失活的问题; ④表面活性剂往往具有细胞破壁功效,可直接
从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶; ⑤成本低,溶剂可反复使用等。
反胶团的形成
反胶团的构造
当向水溶剂中加入表面活性剂时,如表面活性剂的 浓度超过一定的数值时,形成正胶团。当向非极性 溶剂中加入一定量的表面活性剂时,会形成反胶团 或反向胶团。
蛋白质复性、酶活性复性
应用举例
纯化和分离蛋白质 如对于溶菌酶和肌
红蛋白的混合溶液(两种蛋白质相对分子量相近, 等电点分别为11. 1 和6. 8),用二烷基磷酸 盐/ 异辛烷反胶束溶液萃取,并用缓冲液将混 合液的pH 值调至9. 0 ,则溶菌酶完全进入有 机相中,而肌红蛋白则留在水相。
二液膜萃取
在AOT反胶团中,水合化一分子AOT需要 6~8个水分子,而其他水分子则不受束缚, 可与普通水一样自由流动,所以当W>16 时,“水池”中的水逐渐接近主体水相粘度, 胶团内也形成双电层。
液膜的种类
液膜根据其结构可分为多种,但具 体有实际应用价值的主要有三种:
①乳状液膜 ②支撑液膜 ③流动液膜
液膜萃取
定义
液膜是由水溶液或有机溶剂构 成的液体薄膜。利用液膜将与之不能 互溶的液体分隔开来,使其中一侧的 液体中的溶质选择性的透过液膜进入 另一侧,实现溶质之间的分离。
液膜萃取机理
单纯迁移
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。
反胶团可作为作为生理活性物质以及生物
活性大分子的特异性分离场(分离、浓缩
等方法)。
反胶团萃取技术的特点
反胶团萃取技术的突出优点 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
反胶团萃取的工艺过程
前萃取 将目的蛋白质有选择性地从发酵液中转
移到反胶团溶液中。 后萃取 再用第二种水相溶液从反胶团中将该蛋
白质萃取出来。
影响反胶团萃取的因素
溶液的pH 溶液的离子强度 表面活性剂的浓度和种类 其他(有机溶剂、助表面活性剂、温
度)
反胶团萃取的应用
纯化和分离蛋白质、氨基酸、酶、多 肽等
第八章 反胶团萃取
一.反胶束法
反胶束萃取技术(Reversed micellar extraction)是近 年来发展起来的一种新型萃取分离技术,主要适合于蛋白 质的提取和分离。
是利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种纳米级的反 胶束相来萃取水溶液中的大分子蛋白质。
有
机
料液
相
反胶团萃取
反胶团(reversed micelles)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。
同向迁移
向膜相内加 入流动载体,使 供能物质与目标 溶质迁移方向相 同,这种载体输 送方式称为同向 迁移,也可以实 现离子沿反浓度 梯度方向迁移。
① 乳状液膜
乳状液膜 (emulsion liquid membrance,ELM)
根据成膜流体的不同, 分为(W/O)/W和 (O/W)/O两种。在生 物分离中主要应用 (W/O)/W型乳状液 膜。
蛋白质溶解方式示意图
反胶团萃取蛋白质的基本原理
是从主体水相向溶解于有机溶剂相中反 胶团微水相中的分配萃取。
同时也是一个 浓缩操作。
改变水相条件 可实现反萃取。
反胶团萃取蛋白质的示意图
“水壳”模型(water-shell mode))
蛋白质向非极性溶剂中反胶团的纳米级水池 中的溶解,如图所示的四种可能。
反胶束萃取的原理:
凡是能够引起静电引力,能够促使反 胶束尺寸增大的因素均有利于提高分 配系数。
这些因素主要是pH、离子强度、表面 活性剂种类和浓度等,通过因素优化, 实现选择性地萃取和反萃取。
常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂
表面活性剂 AOT CTAB Triton-X 磷脂酰胆碱
有机溶剂 异辛烷、环己烷、四氯化碳 乙醇/异辛烷、己醇/辛烷 乙醇/环己烷 苯、庚烷
胶团变化示意图
反胶团的制备
1.液液接触法 即将含蛋白质的水相与含表面活性剂的
有机相接触。
2.注入法 将含有蛋白质的水溶液直接注入到含有
表面活性剂的非极性有机溶剂中去。这 种方法的过程较快并可控制反胶团的平 均直径和含水量。
3.溶解法
对非水溶性蛋白质可用该法。将含有反胶 团(W=3~30)的有机溶液与蛋白质固 体粉末一起搅拌,使蛋白质进入反胶团中, 该法所需时间较长。含蛋白质的反胶团也 是稳定的。
也称物理渗 透,是根据料液中 各种溶质在膜相中 的溶解度(分配系 数)和扩散系数的 不同进行的萃取分 离。
反萃相化学反应促进迁移
在有机酸等弱酸性电解质的分离纯化 方面,可利用强碱溶液为反萃相,与料液中 的溶质发生不可逆的反应而促进溶质的迁移。
反向迁移
向膜相内加入 流动载体,使供能 物质与目标溶质迁 移方向相反,这种 载体输送方式称为 反向迁移,可以实 现离子沿反浓度梯 度方向迁移。
液膜:通常是由溶剂、表面活性剂
和添加剂制成的。溶剂构成膜基体; 表面活性剂起乳化作用,可以促进 液膜传质速度并提高其选择性;添 加剂用于控制膜的稳定性和渗透性。
液膜萃取
液膜萃取:通常将含有被分离组分的 料液作连续相,称为外相;接受被分 离组分的流体,称内相;处于两者之 间的成膜的流体称为膜相,三者组成 液膜分离体系。液膜把两个组成不同 而又互溶的内、外相溶液隔开,并通 过渗透现象起到分离作用。
①大分子蛋白质被
封闭在“水池”中
②蛋白质中的亲脂部
分直接与非极性溶
剂的碳氢化合物相
接触
③蛋白质被吸附在微
胶团的“内壁”上
④蛋白质被几个微胶
团所溶解,
蛋白质向反胶团溶解的可能模型
反胶束萃取疏的原理:
静电引力:主要是蛋白质的表面电荷 与反胶束内表面电荷(离子型表面活 性剂)之间的静电引力作用。
空间位阻作用:增大反胶束极性核的 尺寸,以减小大分子蛋白进入胶核的 传质阻力。
迅速失活的问题; ④表面活性剂往往具有细胞破壁功效,可直接
从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶; ⑤成本低,溶剂可反复使用等。
反胶团的形成
反胶团的构造
当向水溶剂中加入表面活性剂时,如表面活性剂的 浓度超过一定的数值时,形成正胶团。当向非极性 溶剂中加入一定量的表面活性剂时,会形成反胶团 或反向胶团。
蛋白质复性、酶活性复性
应用举例
纯化和分离蛋白质 如对于溶菌酶和肌
红蛋白的混合溶液(两种蛋白质相对分子量相近, 等电点分别为11. 1 和6. 8),用二烷基磷酸 盐/ 异辛烷反胶束溶液萃取,并用缓冲液将混 合液的pH 值调至9. 0 ,则溶菌酶完全进入有 机相中,而肌红蛋白则留在水相。
二液膜萃取