5.6反胶束萃取知识讲解

己醇/环己烷
TOMAC[三 环己烷 辛基甲基
磷脂酰胆碱 苯、庚烷
氯化氨]
用得最多的是阴离子表面活性剂 AOT（丁二酸-2-2乙基己基酯磺酸钠）。
图1 AOT的结构式
▪ 将表面活性剂溶于水中，当其浓度超过
CMC时，表面活性剂就会在水溶液中聚集 在一起而形成聚集体，称为正常胶束。
▪ 若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，
4) 盐与蛋白质或表面活性剂的相互作用， 可改变溶解性能。
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3、表面活性剂类型及浓度
1) 从反胶束萃取的机理出发，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。
2) 增大表面活性剂的浓度可增加反胶束的数量， 从而增大对蛋白质的溶解能力。 但浓度过高时，可能在溶液中形成复杂的 聚集体，增加反萃取的难度。
细胞的能力，可直接从整细胞中提取蛋 白质和酶。
二、反胶束溶液形成的条件和特性
反胶束溶液是透明的、热力学稳定的 系统。反胶束（reversed micelle）是表 面活性剂分散于连续有机相中一种自发形 成的纳米尺度的聚集体。
源自文库
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，可分为阴离子表面活性剂、 阳离子表面活性剂和非离子型表面活性 剂。
图4 蛋白质在反胶束中的溶解示意图
水壳模型
大分子的蛋白质被封闭在“水池”中， 表面存在一层水化层与胶束内表面分隔开， 从而使蛋白质不与有机溶剂直接接触。
依据： 1.从准弹性光散射的研究证实在蛋白质分子周围 至少存在一个单分子的水层； 2.反胶束中酶动力学特性与在水中接近。
蛋白质溶入反胶束溶液的推动力主 要包括表面活性剂与蛋白质的静电作用 和位阻效应。
MgCl2 0. 1M pH5
并使其浓度超过CMC，便会在有机溶剂内 形成聚集体，称为反胶束。
▪ 临 界 胶 束 浓 度 (Critical Micelle
Concentration) ： 胶 束 形 成 时 所 需 表 面 活性剂的最低浓度。
正常胶束
水
▪ 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”。
萃取新技术之
第六节 反胶束萃取
一、概述
传统的萃取法难以应用于蛋白质的 提取分离。
▪ 分离对象的特性； ▪ 萃取剂的问题。
在这一背景下发展起来了一种新的 萃取分离技术—反胶束萃取。
该法的优点： ▪ 成本低、溶剂可反复使用； ▪ 萃取率和反萃取率都很高； ▪ 有可能解决外源蛋白的降解问题； ▪ 构成反胶束的表面活性剂往往具有溶解
极性“头”
非极性的 “核”
非极性“尾”
图2-a 正常胶束的结构示意图
反胶束
有机溶剂 极性“头”
▪ 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”
非极性“尾”
图2-b 反胶束的结构示意图
反胶束的制备
相转移法
注入法
溶解法
反胶束的特性
❖ 临界浓度 大多数为0.1~1.0mmol/L；
❖ 含水率W
W C水 C表
W的值直接影响到反胶束的大小。
通 常 反 胶 束 W>40 ， 表 面 张 力 <0.2mN/m
时不稳定，故反胶束最大半径Rm=6nm，适用于 相对分子量<100000（r=5nm）的蛋白质分子。
三、反胶束萃取蛋白质的基本原理
图3 反胶束萃取蛋白质的示意图
蛋白质进入反胶束溶液是一种协同 过程，即在宏观两相（有机相和水相） 界面间的表面活性剂层同邻近的蛋白质 发生静电作用而变形，接着在两相界面 形成了包含有蛋白质的反胶束，此反胶 束扩散进入有机相中，从而实现了蛋白 质的萃取。
4、离子种类
通常反胶束中表面活性剂的极性基团 不是完全电离的，有很大一部分阳离子仍 在胶团的内表面上，因此阳离子的种类会 影响反胶束内表面的电荷密度，该密度越 大，产生的反胶束也越大。
表2 不同离子对蛋白质萃取的影响
盐类 pH值
CaCl2 1M pH5和 pH10
CaCl2 0.1M pH10
CaCl2 0.1M pH5 KCl 1M pH5
2、离子强度
离子强度对萃取率的影响主要是由离子 对表面电荷的屏蔽作用所决定的： 1) 离子强度增大后，反胶束表面的双电层变 薄，减弱了蛋白质与反胶束间的静电作用； 2) 反胶束内表面的双电层变薄后，也减弱了 表面活性剂极性基团间的斥力，使反胶束 变小；
3) 离子强度增大后，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；
对于阳离子表面活性剂，溶液pH>pI 时，反胶束萃取才可进行；而对于阴离子 表面活性剂，pH<pI时才可。
图5 pH值对蛋白质萃取率的影响
对不同相对分子量的蛋白质，pH值对 萃取率的影响有差异性，当蛋白质相对分 子量增加时，只有增大（pH-pI）的绝对 值，相转移才能完成。
eg. α－糜蛋白酶（相对分子量为25000） 的萃取率在|pH-pI|为2-4时达到最高；而牛血 清蛋白（相对分子量为68000）在相同的系统中 根本不发生相转移。
▪ 反胶束“水池”的物理性能会影响蛋白
质的增溶或排斥，达到选择性萃取的效 果，具体由Ｗ来调节，这就是所谓的 “位阻效应”。
四、反胶束萃取蛋白质的影响因素
水相pH值 离子强度 表面活性剂类型、浓度 离子种类 其他因素
1、水相pH值
当反胶束内表面电荷（表面活性剂极 性基团所带的电荷）与蛋白质表面电荷相 反时，两者才产生静电作用。
表1 常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂
表面活性剂
有机溶剂
表面活性剂 有机溶剂
AOT[丁二 酸-2-2乙 基己基酯
磺酸钠]
n-烃类（C6
Brij60[脂肪
~C10）、异辛烷、 醇酯]
环己烷、四氯化碳、
苯
辛烷
CTAB[十六 己醇/异辛烷，己 烷基三甲 醇/辛烷，三氯甲 基溴化铵] 烷/辛烷
TritonX
图6 蛋白质相对分子量Mr与最佳pH和pI值之差的关系 （在TOMAC-正丁醇体系中萃取）
对于包含大蛋白分子的反胶束，其尺 寸远大于“空核”的反胶束，萃取时势必 要消耗较多的能量，这些能量只能通过较 强 的 静 电 相 互 作 用 得 到 补 偿 。 用 调 节 pH 的作用来增加蛋白质分子表面电荷的方法， 正是达到增强静电作用的一条途径。