第五章反膠團(tuán)萃取與雙水相萃取1

1、反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的主要因素影響反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的主要因素反膠團(tuán)萃取設(shè)備反膠團(tuán)萃取設(shè)備反膠團(tuán)萃取的應(yīng)用反膠團(tuán)萃取的應(yīng)用第五章第五章 反膠團(tuán)萃取與雙水相萃取反膠團(tuán)萃取與雙水相萃取 反膠團(tuán)反膠團(tuán)是指當(dāng)油相中是指當(dāng)油相中表面活性劑的濃度超表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度后過臨界膠束濃度后, 其其分子在非極性溶劑中分子在非極性溶劑中自發(fā)形成的自發(fā)形成的親水基向親水基向內(nèi)內(nèi)、疏水基向外疏水基向外的具的具有有極性內(nèi)核極性內(nèi)核(polarcore)的多分子聚集體。的多分子聚集體。 反膠團(tuán)反膠團(tuán)(reve

2、rsed micelle)(reversed micelle)是是表面活性劑分散于連續(xù)表面活性劑分散于連續(xù)有機(jī)相中一種自發(fā)形成的納米尺度的聚集體有機(jī)相中一種自發(fā)形成的納米尺度的聚集體，所以表面活，所以表面活性劑是反膠團(tuán)溶液形成的關(guān)鍵。性劑是反膠團(tuán)溶液形成的關(guān)鍵。 表面活性劑是由親水憎油的極性基團(tuán)和親油憎水的非極表面活性劑是由親水憎油的極性基團(tuán)和親油憎水的非極性基團(tuán)兩部分組成的兩性分子，可分為性基團(tuán)兩部分組成的兩性分子，可分為陰離子表面活性陰離子表面活性劑劑、陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑和和非離子型表面活性劑非離子型表面活性劑。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形

3、成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑在反膠束萃取蛋白質(zhì)的研究中，用得最多的是陰離子表在反膠束萃取蛋白質(zhì)的研究中，用得最多的是陰離子表面活性劑面活性劑AOT(AerosolOT)，其化學(xué)名為丁二酸，其化學(xué)名為丁二酸2乙乙基己基磺酸鈉基己基磺酸鈉該表面活性劑容易獲得，其特點是具有雙鏈，極性基該表面活性劑容易獲得，其特點是具有雙鏈，極性基團(tuán)較小、形成反膠束時不需加助表面活性劑，并且所團(tuán)較小、形成反膠束時不需加助表面活性劑，并且所形成的反膠束較大，半徑為形成的反膠束較大，半徑為170 nm，有利于大分子蛋，有利于大分子蛋白質(zhì)進(jìn)入。白質(zhì)進(jìn)入。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性

4、反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陽離子表面活性劑常使用的陽離子表面活性劑名稱和結(jié)構(gòu)如下：常使用的陽離子表面活性劑名稱和結(jié)構(gòu)如下：(1)CTAB(溴化十六烷基三甲胺溴化十六烷基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴十六烷基三甲基胺溴)(2)DDAB(溴化十二烷基二甲銨溴化十二烷基二甲銨)反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性陽離子表面活性劑常使用的陽離子表面活性劑名稱和結(jié)構(gòu)如下：常使用的陽離子表面活性劑名稱和結(jié)構(gòu)如下：(3) TOMAC(氯化三辛基甲銨氯化三辛基甲銨)反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性2. 臨界膠團(tuán)濃度臨界膠團(tuán)濃度 要形成膠團(tuán)或要形成膠團(tuán)或反膠團(tuán)溶液，表面活性劑需達(dá)

5、反膠團(tuán)溶液，表面活性劑需達(dá)到一定濃度。到一定濃度。臨界膠束濃度臨界膠束濃度是形成膠團(tuán)或反是形成膠團(tuán)或反膠團(tuán)的表面活性劑的最低濃度，用膠團(tuán)的表面活性劑的最低濃度，用CMCCMC表示表示。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性3. 膠團(tuán)、反膠團(tuán)的形成膠團(tuán)、反膠團(tuán)的形成將表面活性劑溶于水中，當(dāng)其濃度超過臨界膠束濃將表面活性劑溶于水中，當(dāng)其濃度超過臨界膠束濃度度(CMC)(CMC)時，表面活性劑就會在水溶液中聚集在一起時，表面活性劑就會在水溶液中聚集在一起而形成聚集體，在通常情況下，這種聚集體是水溶而形成聚集體，在通常情況下，這種聚集體是水溶液中的膠束，稱為膠團(tuán)。液中的膠束，稱為膠團(tuán)。

6、若將表面活性劑溶于若將表面活性劑溶于非極性的有機(jī)溶劑中，非極性的有機(jī)溶劑中，并使其濃度超過臨界膠并使其濃度超過臨界膠束濃度束濃度(CMC)(CMC)，便會在，便會在有機(jī)溶劑內(nèi)形成聚集體，有機(jī)溶劑內(nèi)形成聚集體，這種聚集體稱為反膠團(tuán)。這種聚集體稱為反膠團(tuán)。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性4. 反膠團(tuán)的制備反膠團(tuán)的制備注入法注入法:將含有蛋白質(zhì)的水溶液直接注入到含有表面將含有蛋白質(zhì)的水溶液直接注入到含有表面活性劑的非極性有機(jī)溶劑中去，然后進(jìn)行攪拌直到形成活性劑的非極性有機(jī)溶劑中去，然后進(jìn)行攪拌直到形成透明的溶液為止。透明的溶液為止。 相轉(zhuǎn)移法：相轉(zhuǎn)移法：將酶或蛋白質(zhì)從主體水相轉(zhuǎn)移

7、到含表面活將酶或蛋白質(zhì)從主體水相轉(zhuǎn)移到含表面活性劑的非極性有機(jī)溶劑中形成反膠團(tuán)性劑的非極性有機(jī)溶劑中形成反膠團(tuán)-蛋白質(zhì)溶液，即蛋白質(zhì)溶液，即把含有表面活性劑的有機(jī)相和含有蛋白質(zhì)的水相接觸，把含有表面活性劑的有機(jī)相和含有蛋白質(zhì)的水相接觸，在緩慢的攪拌下，一部分蛋白質(zhì)緩慢轉(zhuǎn)入（萃入）有機(jī)在緩慢的攪拌下，一部分蛋白質(zhì)緩慢轉(zhuǎn)入（萃入）有機(jī)相。相。 溶解法：溶解法：將含有反膠團(tuán)（將含有反膠團(tuán)（W330）的有機(jī)溶液與蛋）的有機(jī)溶液與蛋白質(zhì)固體粉末一齊攪拌，使蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)中白質(zhì)固體粉末一齊攪拌，使蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)中 。 用用于于非水溶性蛋白質(zhì)非水溶性蛋白質(zhì)。反膠團(tuán)溶液形成的條件和特性反膠團(tuán)溶液形成的條件

8、和特性一般為一般為10-100 nm3oWsW VRAoCWC水表面活性劑5. 反膠團(tuán)的含水率、大小反膠團(tuán)的含水率、大小反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)的溶解作用反膠團(tuán)的溶解作用由于反膠團(tuán)內(nèi)存在由于反膠團(tuán)內(nèi)存在微水池微水池，故可溶解氨基酸、肽和蛋白，故可溶解氨基酸、肽和蛋白質(zhì)等生物分子，為生物分子提供易于生存的親水微環(huán)境。質(zhì)等生物分子，為生物分子提供易于生存的親水微環(huán)境。因此反膠團(tuán)萃取特別蛋適合白質(zhì)類生物大分子。因此反膠團(tuán)萃取特別蛋適合白質(zhì)類生物大分子。bcda反膠團(tuán)的溶解作用反膠團(tuán)的溶解作用反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理蛋白質(zhì)溶入反膠團(tuán)的過程蛋

9、白質(zhì)溶入反膠團(tuán)的過程反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的過程反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的過程蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)溶液是一協(xié)同過程。在有機(jī)溶蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)溶液是一協(xié)同過程。在有機(jī)溶劑相和水相兩宏觀相界面間的表面活性劑層劑相和水相兩宏觀相界面間的表面活性劑層 ，同，同鄰近的蛋白質(zhì)分子發(fā)生靜電吸引而變形，接著兩鄰近的蛋白質(zhì)分子發(fā)生靜電吸引而變形，接著兩界面形成含有蛋白質(zhì)的反膠團(tuán)界面形成含有蛋白質(zhì)的反膠團(tuán) ，然后擴(kuò)散到有機(jī)，然后擴(kuò)散到有機(jī)相中相中 ,從而實現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取。從而實現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取。改變水相條件改變水相條件 (如如pH值、離子種類或離子強(qiáng)度值、離子種類或離子強(qiáng)度 )

10、 ,又可使蛋白質(zhì)從又可使蛋白質(zhì)從有機(jī)相中返回到水相中有機(jī)相中返回到水相中 ,實現(xiàn)反萃取過程。實現(xiàn)反萃取過程。蛋白質(zhì)溶入反膠束溶液主要受到表面活性劑與蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)溶入反膠束溶液主要受到表面活性劑與蛋白質(zhì)的的靜電作用、空間排阻作用靜電作用、空間排阻作用的影響。的影響。反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素靜電作用力在反膠團(tuán)萃取體系中，表面活性劑與蛋白質(zhì)都是帶電的在反膠團(tuán)萃取體系中，表面活性劑與蛋白質(zhì)都是帶電的分子，因此靜電相互作用肯定是萃取過程中的一種推動分子，因此靜電相互作用肯定是萃取過程中的一種推動力。力。由于蛋

11、白質(zhì)所帶電荷與溶液由于蛋白質(zhì)所帶電荷與溶液pH值有直接關(guān)系，所以溶值有直接關(guān)系，所以溶液液pH值能決定蛋白質(zhì)能否進(jìn)入反膠團(tuán)。值能決定蛋白質(zhì)能否進(jìn)入反膠團(tuán)。反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的基本原理影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素影響蛋白質(zhì)分子向反膠團(tuán)中轉(zhuǎn)移的因素位阻效應(yīng)蛋白質(zhì)等生物大分子的分子較大，當(dāng)反膠團(tuán)直徑較小時，蛋白質(zhì)等生物大分子的分子較大，當(dāng)反膠團(tuán)直徑較小時，會對蛋白質(zhì)產(chǎn)生空間排阻作用，從而使蛋白質(zhì)在反膠團(tuán)會對蛋白質(zhì)產(chǎn)生空間排阻作用，從而使蛋白質(zhì)在反膠團(tuán)中的溶解度降低，這種現(xiàn)象稱為位阻效應(yīng)。中的溶解度降低，這種現(xiàn)象稱為位阻效應(yīng)。反膠團(tuán)的反膠團(tuán)的“水池水池”直徑受含水率直徑受

12、含水率W0的調(diào)節(jié)，當(dāng)水溶液的調(diào)節(jié)，當(dāng)水溶液中鹽濃度較高時，無機(jī)鹽對反膠團(tuán)產(chǎn)生脫水作用，使中鹽濃度較高時，無機(jī)鹽對反膠團(tuán)產(chǎn)生脫水作用，使W0下降，反膠團(tuán)尺度減小，位阻效應(yīng)加強(qiáng)，蛋白質(zhì)的下降，反膠團(tuán)尺度減小，位阻效應(yīng)加強(qiáng)，蛋白質(zhì)的萃取率明顯降低。萃取率明顯降低。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素影響反膠團(tuán)萃取的主要因素蛋白質(zhì)的萃取，與蛋白質(zhì)的表面電荷和反膠束內(nèi)表面電蛋白質(zhì)的萃取，與蛋白質(zhì)的表面電荷和反膠束內(nèi)表面電荷間的靜電作用，以及反膠束的大小有關(guān)，所以，荷間的靜電作用，以及反膠束的大小有關(guān)，所以，任何任何可以增強(qiáng)這種靜電作用或?qū)е滦纬奢^大的反膠束的因素，可以增強(qiáng)這種靜電作用或?qū)е滦纬奢^大的反膠束的因素，都

13、有助于蛋白質(zhì)的萃取。都有助于蛋白質(zhì)的萃取。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素影響反膠團(tuán)萃取的主要因素水相水相pHpH值對萃取的影響值對萃取的影響影響反膠團(tuán)萃取的主要因素影響反膠團(tuán)萃取的主要因素離子強(qiáng)度對萃取率的影響離子強(qiáng)度對萃取率的影響離子強(qiáng)度對萃取率離子強(qiáng)度對萃取率的影響主要從一下的影響主要從一下幾個方面：幾個方面：影響蛋白質(zhì)與表影響蛋白質(zhì)與表面活性劑極性基團(tuán)面活性劑極性基團(tuán)的靜電作用；的靜電作用；影響反膠團(tuán)的含影響反膠團(tuán)的含水率；水率；離子進(jìn)入離子進(jìn)入“微水微水池池”影響其他溶質(zhì)影響其他溶質(zhì)的進(jìn)入。的進(jìn)入。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素影響反膠團(tuán)萃取的主要因素表面活性劑類型及濃度的影響表面活性劑類型及濃度的影響增大表面活性劑的濃度可增加反膠束的數(shù)量，從而增大對蛋白質(zhì)的溶解能力。但表面活性劑濃度過高時，有可能在溶液中形成比較復(fù)雜的聚集體，同時會增加反萃取過程的難度。因此，應(yīng)選擇蛋白質(zhì)萃取率最大時的表面活性劑濃度為最佳濃度。影響反膠團(tuán)萃取的主要因素影響反膠團(tuán)萃取的主要因素助表面活性劑助表面活性劑 助表面活性劑是一類能提高表面活性，助表面活性劑是一類能提高表面活性，增強(qiáng)界面膜的流動性，使界面膜的彎曲增強(qiáng)界面膜的流動性，使界面膜的彎曲更加