反胶束萃取

临界胶束浓度(Critical Micelle
Concentration CMC)
❖ 临界胶束浓度,是胶束形成时所需表面活性剂的 最低浓度，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。
❖ CMC的数值可通过测定各种物理性质的突变 (如表面张力、渗透压等)来确定。由于实验方 法不同，所得的CMC值往往难于完全一致，但 是突变点总是落在一个很窄的浓度范围内，故 用CMC范围来表示更为方便。
中自发形成的纳米尺度的一种聚集体. 反胶束溶液是透明的、热力学稳定的系统。
表面活性剂
是构成反胶团的必要条件
反胶束萃取的优点： 成本低，溶剂可反复使用 萃取率和反萃取率高 解决蛋白质变性、降解的问题. 从完整细胞中提取蛋白质和酶
具有工业开发前景的蛋白质分离技术
表面活性剂（阳、阴、非）
离子型表面活性剂所形成的反胶束的表面带有 电荷：
❖ 水相的pH值决定了蛋白质表面电荷的状态、从 而对萃取过程造成影响。
❖ 对不同相对分子质量的蛋白质，pH值对萃取率 的影响有差异性，当蛋白质相对分子质量增加时， 只有增大(pH-PI)值的绝对值，相转移才能顺利 完成
负电荷（AOT-----丁二酸－2－乙基己基酯磺酸钠)
正电荷（TOMAC(triomethyl-ammonium chloride)氯化三辛基
DDAB 甲铵；
(didodecyldimethyl ammonium bromide)溴化十二烷基二
CTAB 甲铵；
(cetyl-methyl-ammonium bromide溴化十六烷基三甲胺/
蛋白质的萃取 1)蛋白质溶解原理
蛋白质
界面间的表 面活性剂
静电作用
蛋白质进入 反胶束溶液 是一个协同 过程。
变形
包含有蛋白质的反胶束
（相界面）
扩散进入有机相
蛋白质萃取
萃取 过程
改变水相条 件 （ pH 、 离子种类 和强度） 使蛋白质 由有机相 返回水相， 实现反萃 取过程.
反萃取 过程
Hale Waihona Puke Baidu
2）蛋白质进入反胶束相的传质三过程
6W0M
d= αsurfNρ
W0有机相中水与表面活性剂的摩尔比，称 为含水率（water content）
M，ρ分别为水的相对分子质量和密度 α surf界面处一个表面活性剂分子的面积 N阿佛加德罗常数
AOT在异辛烷中形成的反胶团直径 (d)可用下述经验式推算
d =0.3W0+0.24 (nm)
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，AOT形成的反胶 团水核直径一般不超过l 2nm，其中大致可容纳一个直径为5－10 nm的蛋白质。
反胶束形成过程
表面活性剂 分子自聚集
表面活性剂（临界胶束浓度）
加入
水
有机溶剂
正常胶束
反胶束
极性核心
非极性核心 溶解非极性物质
水池
蛋白质水池
蛋白质保持天然构型
胶束和反胶束结构示意图
反胶束的形状与大小
反胶团的大小与溶剂和表面活性剂的种类 与浓度、温度、离子强度等因素有关，一 般为5－20nm，其内水池的直径d用下式计 算
当蛋白质分子与反胶团直径相比大得多时(例如，当相对分子质量 超过100－200kD)，难于溶解到反胶团中。
当反胶团的含水率W0较低时，反胶团水池内水的理化性质与正常 水相差悬殊。例如，以AOT为表面活性剂，当W0＜6-8时，反胶团 内微水相的水分子受表面活性剂亲水基团的强烈束缚，表观粘度上 升50倍，疏水性也极高。随W0的增大，这些现象逐渐减弱，当W0 ＞16时，微水相的水与正常的水接近，反胶团内可形成双电层。但 即使当W0值很大时，水池内水的理化性质也不能与正常的水完全 相同，特别是在接近表面活性剂亲水头的区域内。
(d)蛋白质的疏水区与几个反胶团的表面活性剂疏水尾发生相互 作用，被几个小反胶团所“溶解”。
反胶束萃取蛋白质的基本原理
三元相图
由水、表面活性剂和非极性有机溶剂构成的三元系统. 能用于蛋白质分离的仅是位于底部的两相区：水相；反 胶束溶液。
物理化学性质: 界面张力在0.1－2mN/m范 围内，密度差为10％-20％， 反胶束溶液粘度适中，大约 为1mPa·s。
十六烷基三甲基胺溴）
AOT
特点：容易获得，具有双链，极性基团较小、形成反胶束时不 需加助表面活性剂，并且所形成的反胶束较大，半径为170nm， 有利于大分子蛋白质进入。
CTAB
DDAB
TOMAC
将阳离子表面活性剂如 CTAB溶于有机溶剂形成 反胶束时，与AOT不同， 还需加入一定量的助溶剂 (助表面活性剂)。这是因 为它们在结构上的差异造 成的。
反胶团的溶解作用
反胶团内存在微水池，可溶解氨基酸、肽和蛋白质等生 物分子，为生物分子提供易于生存的亲水微环境。
四种模型 :
(a)水壳模型，蛋白质位于水池的中心，周围存在的水层将其与 反胶团壁(表面活性剂)隔开；
(b)蛋白质分子表面存在强烈疏水区域，该疏水区域直接与有机 相接触；
(c)蛋白质吸附于反胶团内壁；
位阻效应
许多亲水性物质，如蛋白质、核酸及氨 基酸等，都可以通过溶入反胶束“水池” 来达到它们溶于非水溶剂中的目的，但 是反胶束“水池”的物理性(大小、形状 等）及水中的活度是可以用W。的变化 来调节的，并且会影响大分子如蛋白质 的增溶或排斥，达到选择性萃取的目的， 这就是所谓的位阻效应。
水相pH值对萃取的影响
概述 1反胶束溶液形成的条件和特性 2 反胶束萃取蛋白质的基本原理 3 影响反胶束萃取蛋白质的主要因素
传统溶剂萃取技术缺点: ➢ 蛋白质40－50℃变性。 ➢ 蛋白质不溶于有机溶剂，并使蛋白质变性。 ➢ 蛋白质带有许多电荷，普通萃取剂难 奏效。
1977年Luisi等人提出反胶团萃取蛋白质
反胶束(reversed micelle) 表面活性剂——亲水憎油极性集团、亲油憎水非 概念 极性集团 表面活性剂（亲水、亲油基）分散于连续有机相
表面液膜扩散
蛋白质（水相）
到达相界面
含有蛋白质的反胶束
扩散 有机相
进入反胶束
反胶束萃取蛋白质的推动力
水相pH ， 蛋白质pI
蛋白质带正电 荷或负电荷
表面活性剂
发生静电作用
当蛋白质与表面活性剂 电荷相反时，易溶于反 胶束，分配系数较大。 否则，蛋白质不溶于反
蛋白质在反胶 团中溶解
胶团
在两相间的反配系数