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第四章 讲 萃取-反胶团萃取
时间:2023-10-26 21:28 点击次数:158

  添加盐类就可从已和主体水相分开的有机相中分 离出含有目的物的浓水溶液,操作简单。

  (1)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; (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;

  (4)蛋白质被几 个微胶团所溶解, 微胶团的非极性尾 端与蛋白质的亲脂 部分直接作用。 大多数学者接受的 是水壳模型。

  蛋白质的萃取与蛋白质的表面电荷、反胶 团内表面电荷之间静电作用及反胶束的大 小有关。

  如利用反胶团分离核糖核酸酶、细胞色素C和溶菌 酶三种蛋白。如下图。此工艺过程称为多步混合/ 澄清萃取。

  用TOMAC/异辛烷反胶团溶液对α -淀粉酶水溶解进行 两级(混合-澄清槽)连续萃取和反萃取操作。

  结果: α-淀粉酶浓缩8倍,酶活力约为45%, 如果在反胶团相中添加非离子型表面活性 剂以提高分配系数,并增大搅拌转速提高 其传质速率,则反萃取水相中的α-淀粉酶 活力得率达到85%,浓缩17倍,且反胶团 每次循环的表面活性剂损失可减少到2.5%。

  一、概述 二、反胶团的形成 三、生理活性物质的分离浓缩 四、反胶团萃取的应用 五、思考题

  反胶团(Reversed Micelles):是两性表面活 性剂在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,空间尺寸仅为纳米 级的集合型胶体。 反胶团的微小界面和微小水相具有两个特异性 的功能: (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。

  以超临界流 体为萃取剂, 以液体为萃取剂, 含有目标产 含目标 含有目标产物原 液液萃取 产物的 液固萃取 超临界 物的原料可 料为液体 或浸取 流体萃取 以是液体, 原料为 固体 也可以是固 根据萃取剂的种类和形式的不同分为: 体。

  利用含有反胶团的有机相作为液膜,从一水相 向另一水相中选择性地输送生理活性物质的液 膜分离方法,见下图, 正萃取和反萃取能同时在一个装置内进行,表 面活性剂的用量和损失少。

  萃取平衡后,胰凝乳蛋白酶基本保留在W1相, 而80%以上的溶菌酶被反萃取到W2相中。

  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。 三类:阴离子型、阳离子型和非离子型表面活性剂。 最常用的是阴离子表面活性剂:

  具有双链结构,极性基团较小,所形成的反 胶团空间较大,半径可达170nm,有利于生 物分子的进入,形成胶束时不需加助剂,且有 较好的强度。 反胶团萃取系统的非极性有机溶剂有: 环己烷,辛烷、庚烷、异辛烷、己烷等。

  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; 反胶团内表面的双电层变薄后,也减弱了表面 活性剂极性基团之间的斥力,使反胶团变小, 从而使蛋白质不能进入其中; 离子强度增加时,增大了离子向反胶团“水池” 的迁移并有取代其中蛋白质的倾向(盐析)。 盐与蛋白或表面活性剂的相互作用,可以改变 溶解性能,盐的浓度越高,其影响就越大。

  是蛋白质从主体水相向溶解于有机溶剂相中纳 米级的、均一且稳定的、分散的反胶团微水相中的 分配萃取。

  萃取进入有机相的生物大分子被表面活性分子所 屏蔽,从而避免了与有机溶剂相直接接触而引起的 变性、失活。 可通过调整pH、离子强度、表面活性剂浓度等来 控制分离场(反胶团)--待分离物质(生物大分子) 的相互作用,实现对目的物质高选择性的萃取。

  (1)注入法 将含蛋白质的水溶液直接注入含有 表面活性剂的非极性有机溶剂中去,然后进行 搅拌直到形成透明的溶液为止。 (2)相转移法 将酶或蛋白质从主体水相转移到 含表面活性剂的非极性有机溶剂中形成反胶团蛋白质溶液。可得较高蛋白质浓度。 (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,所需 时间长。

  (1)反胶团的临界胶团浓度 将表面活性剂在非极性有机溶剂相中能形成反 胶团的最小浓度称为临界胶团浓度(Critical Micelle Concentration,CMC),一般为0.11.0mmol/L,与表面活性剂的种类有关。 (2)反胶团的形成与大小 比水相中微胶团的空间尺寸小得多,多为球形, 也可能为椭球形或棒形。大小与溶剂和表面活性 剂的种类、浓度、温度、离子强度有关。

  中空纤维膜材料为聚丙烯,孔径0.2um, 保证酶和含有酶的反胶团能够自由通过。 优点: 水相和有机相分别通过膜组件的内外两侧, 保证两相有很高的接触比表面积; 膜起固定两相界面的作用,从而在连续操 作的条件下可防止混液等现象的发生,流 速可自动调整。

  (1)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。

  (2)只有当反胶团的内表面电荷与蛋白质表 面电荷相反时,两者产生静电引力,蛋白质才 能进入反胶束。 (3)对于阴离子表面活性剂,当pHpI (蛋 白质等电点)时,萃取率几乎为0;当pHpI时, 萃取率急剧提高;如pH值很低,在界面上会产 生白色絮凝物,并且萃取率也降低,这可能是 蛋白质变性的缘故。

  W越大,反胶团ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ半径越大。W=C水/C表 注意:反胶团“水池”中的水与普通的水在性质 上是有差异的。当含水率W0较低时,反胶团水池 内的理化性质与正常水相差悬殊。

  例如,用AOT为表面活性剂时,当W06-8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,水合化一分子AOT需6-8个水分子,其它 水分子不受束缚; 当W016时,微水相的水与正常的水接近,反胶团内形成 双电层。

  (4)对不同相对分子量的蛋白质,pH值 对萃取率的影响有差异:  当Pr相对分子量增加时,只有增大pH值 的绝对值,相转移才能顺利完成。 例如,α 糜蛋白酶(25000)的萃取率在 pH低于pI2-4时达到最高,而牛血清蛋白 (68000)在相同的系统中根本不发生相 转移。

  盐浓度增大 同时还有空 间排阻作用。 会使反胶团 相产生脱水 效应,使反 胶团直径减 小,空间的 排阻作用增 大,蛋白质 的溶解率下 降。

  反胶团萃取在等电点处进行时,排除了静电相 互作用,随蛋白质的相对分子质量增大,空间排阻 作用增大,蛋白质的溶解率降低。 我们可根据蛋白质间分子量的差别选择性地进 行蛋白质的反胶团萃取分离。

  胶团(表面活性剂的聚集体); 非极性溶剂中表面活性剂(浓度某一数值)表 面活性剂的聚集体(反胶团)。

  极性核心(表面活性剂极性端组成的内表面、平衡 离子和水,被称为水池(water pool))。 水池可溶解具有极性的分子和亲水性的生物大分 子,故极性分子和亲水性的生物大分子可“溶解” 在非极性的有机溶剂中。

  (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 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;

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