反胶团萃取装置 1.混合澄清槽 —— 应用最广 设备由料液与萃取剂的混合器和用于两相分离的澄清器组成。可进行间歇或连续的液-液萃取。 但该设备最大的缺点是反胶团相与水相相混合时，混合液易出现乳化现象，从而增加了相分离时间。 装置由两个混合-澄清单元组成 混合澄清槽 —— 连续萃取 2.转盘萃取塔 转盘萃取塔（RDC）可用于蛋白质的萃取分离。 下图是RDC萃取蛋白质的示意图，反胶团相为分散相，水相为连续相。 转盘塔的优点是单位塔高的效率高、产量高、操作弹性大和低能耗等。 缺点是体系易出现乳化和返混现象。 研究进展 反胶团萃取分离技术工艺流程简单，可实现规模化连续操作，分离效率高且能耗低，但目前还没有合适的分离设备应用于生物产品分离，这在一定程度上限制了其工业应用。 与传统分离方法相比，反胶团萃取技术是一个相对年轻的领域，相信随着研究的深入反胶团技术的应用将更加广泛。 ＥＮＤ 反胶团萃取技术的产生 传统的分离方法，如液-液萃取技术很难应用于对生化产品（如蛋白质、氨基酸、抗生素等）的提取与分离，原因在于这类物质多数不溶于非极性有机溶剂，或与有机溶剂接触后会引起变性和失活；而盐析、沉淀、层析、电泳等生化分离方法又不能实现连续和放大操作。 因此，针对这两大难题，在20世纪70年代中期反胶团萃取技术就发展起来了。 反胶团萃取的本质仍是液-液有机溶剂萃取，但与一般有机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相中形成的反胶团，从而在有机相内形成分散的亲水微环境，使物质在有机相内存在于反胶团的亲水微环境中。 反胶团萃取可应用于提取蛋白质、核酸分子的分离纯化、分离金属离子、制备纳米材料、酶催化反应。 基本概念 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。 OOOWW OOOWW OOOWW OOOWW OOOWW OOOWW OOOWW OOOWW 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” 极性“头” 非极性的“核” 非极性“尾” 水 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“头” 有机溶剂 极性的“核” 非极性“尾” 反微团内溶解的水称为 微水相或水池 反胶束的极性内核可以溶解某些极性物质, 而且在此基础上还可以溶解一些原来不能溶解的物质, 即所谓二次加溶原理。 反胶团萃取的优点 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。 反胶团的形成 1、反胶团的构造： 在胶体化学中，如向水溶液中加入表面活性剂，并使其浓度超过一定数值时，表面活性剂就会在水相中形成胶体或微胶团，它是表面活性剂的聚集体。其亲水性的极性端向外指向水溶液，疏水性的非极性“尾”向内相互聚集在一起。 当向非极性溶剂中加入表面活性剂，并使其浓度超过一定数值时，也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，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。 表面活性剂的不同聚集体 表面活性剂的概念 表面张力：一种使表面分子具有向内运动的趋势，并使表面自动收缩至最小面积的力。 表面活性：使液体表面张力下降的性质。 表面活性物质：能使液体表面张力下降的物质。 表面活性剂：具有很强的表面活性、能够显著降低液体表面张力的物质。 表面活性剂 增溶、乳化、润 湿、杀菌、去污、起泡和消泡等 荷叶上的水珠的表面张力作用现象 表面活性剂的存在是反胶团萃取体系的必要条件，主要可分为： （1）阴离子型 (如二(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)) （2）阳离子型 (如氯化三辛基甲铵(TOMAC)和十六烷三甲铵 (CTAB)等季铵盐) （3）非离子型（如Tween 85) 反胶团萃取使用最多的是阴离子型AOT 极性基团较小，所 形成的反胶团空间 较大，利于生物大 分子进入 AOT体系的有机溶剂通常采用异辛烷 反胶束的物理化学特性 ① 反胶束的临界胶束浓度 表面活性剂在非极性有机溶剂相中能形成反胶束的最小浓度。 ② 反胶束含水率W W＝C水/C表 W越大，反胶团的半径越大 反胶团萃取原理 蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有机溶剂相和水相两宏观相界面间的表面活性剂层 ,同邻近的蛋白质分子发生静电吸引而变形 ,接着两界面形成含有蛋白质的反胶团 ,然后扩散到有机相中 ,从而实现了蛋白质的萃取。 改变水相条件 (如pH值、离子种类或离子强度 ) ,又可使蛋白质从有机相中返回到水相中 ,实现反萃取过程。 以反胶团萃取蛋白质为例 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； (2)在疏水性环境中能使亲水性大分子蛋白质等保持活性。 蛋白质的溶解模型 (a)水壳模型 蛋白质居于“水池”中心，水壳层则保护了蛋白质，使其生物活性不会改变。 (b)部分接触 仅蛋白质的亲水基插入胶团内部的“水池”中，而其亲脂基团露在胶团外面，与表面活性剂的疏水剂或有机溶剂的碳氢部分接触。 (c) 吸附模型 蛋白质分子吸附在胶团内部由表面活性剂亲水头组成的亲水壁上。 (d)包围溶解 蛋白质被几个胶团包围而溶解于表面活性剂胶团，胶团的非极性尾与蛋白质的亲脂部分直接作用。 过程慢， 最终体系稳定，有机相中蛋白质浓度高 过程快， 较好控制反胶团的直径和含水量 用于非水溶性蛋白质，过程慢，最终体系稳定 注入法 相转移法 溶解法 2. 反胶团的制备 影响反胶团萃取的主要因素（以萃取蛋白为例） 1）水相pH值的影响 水相的pH值决定了蛋白质分子表面可电离基团的离子化程度。 当pHpI时蛋白质带正电荷，与反胶团内所带电荷相反，由于静电引力蛋白质转移到反胶团中。 相反，当pHpI时该蛋白质带负电荷，由于静电斥力，使溶入反胶团的蛋白质反向萃取出来，实现蛋白质的反萃取。 等电点：对于每个蛋白质都存在一个pH使它的表面净电荷为零即等电点（pI）。 不同蛋白质具有不 同的等电点，可调 节pH,分离不同蛋 白质，但要注意避 免蛋白质的变性。 （2）水相离子强度的影响 a：离子强度影响到反胶团内壁的静电屏蔽程度，增大离子强度可降低蛋白质分子和反胶团内壁的静电作用力。 b：增大离子强度可减小表面活性剂极性头之间的相互斥力，使反胶团变小。 蛋白质性质不同，其在 反胶团相中溶解度达到 最低时所对应最小离子 强度也不相同，利用这 种差别，即可实现不同 蛋白质间分离和浓缩。 3）助表面活性剂的影响 对于分子量过大的蛋白质，表面活性剂形成的反胶团的大小不足以包容它，而无法实现萃取。此时加入一些非离子表面活性剂，使它们插入反胶团结构中，就可以增大反胶团的尺寸，溶解相对分子质量较大的蛋白质。 助表面活性剂主要有乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、正戊醇、异戊醇、1-己醇、2-己醇、1-辛醇、2-辛醇、杂醇油、对壬基酚等。 （5）溶剂体系的影响 溶剂的性质(尤其是极性)对反胶团的形成和大小都有影响。 常用的溶剂是烷烃类（正己烷、环己烷、正辛烷、异辛烷等）。 有时也使用助溶剂，如醇类。可以调节溶剂体系的极性，改变反胶团的大小，增加蛋白质的溶解度。 （4）温度对蛋白质稳定性的影响 一般说来，温度的增加将使反胶团的含水量下降，因而不利于蛋白质的溶解。 因此通过提高温度可以实现蛋白质的反萃取。然而，由于蛋白质的活性对温度的变化较为敏感，因此该方法的应用受到了一定程度的限制。 另外，温度会明显影响相转移的速度和效果。 反胶团萃取实例 反胶团萃取分离3种蛋白质（核糖核酸酶、细胞色素C、 溶菌酶） 表面活性剂：AOT；有机相：异辛烷 利用离子强度和pH值调节蛋白质的溶解度差异。 当pH=9,[KCl]=0.1M时，核糖核酸酶不溶于胶团，留在水相。 进入有机相胶团中的细胞色素C和溶菌酶用pH=9,[KCl]=0.5M的水溶液反萃取，只有细胞色素C进入水相。仍留在有机相中的溶菌酶再用pH=11.5,[KCl]=2.0M的水相反萃取。

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