生物分离工程前沿技术
表 面 活 性 剂 极 性 头 的 面 积 为 As (m /m ol), 水 的 摩 尔 体 积 为 VH
2
2
(m /m ol), O
3
W 0为 反 胶 束 所 含 水 分 子 数 与 表 面 活 性 剂 分 子 数 之 比 ， 反 胶 束 内 水 池 的 半 径 为 R m、 表 面 积 为 Am、 体 积 为 V m , 每 个 胶 束 平 均 含 有 n m ol 表 面 活 性 剂 分 子 ， 则 ： V m = n W 0V H 2 O = A m = n As 上两式相除得到： Rm = 3 W 0V H 2 O As 4 3
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3.4 反胶团萃取操作
多步间歇混合－澄清萃取操作
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连续循环萃取－反萃取操作
萃取
反萃取
料液
产物1
反萃液
产物2
பைடு நூலகம்
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3.5 反胶束萃取蛋白质的应用
从发酵液中提取细胞外酶
直接提取细胞内酶
从植物中同时提取油和蛋白质 油溶于有机相，蛋白质进入内水相 纯化和分离蛋白质
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第3章 反胶团萃取 3.1 概述 传统液液有机溶剂萃取的缺点
蛋白质与有机溶剂接触，易引起蛋白质变性 蛋白质分子表面带有许多电荷，普通的离子缔 合型萃取剂很难奏效
与一般有机溶剂萃取的区别：
利用表面活性剂在有机相中形成反胶团 （reversed micelles)，从而在有机相内形成分 散的亲水微环境。 生物分子可溶解在反胶团的亲水微环境中，消 除了蛋白质类生物活性物质难溶解在有机相中， 或在有机相中发生变性的现象。
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反胶团萃取存在的主要问题
表面活性剂污染
可用的表面活性剂不多
AOT，萃取效率不高，分相时间长 原因：在非极性溶剂中的溶解度不够高，而在水中 有相当的溶解
反萃取困难 蛋白质的变性
蛋白质与离子型表面活性剂形成复合物而失活
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蛋白质在反胶束内的溶解作用，与蛋白质的表面电荷 和反胶束内表面电荷间的静电作用，以及反胶束的大 小有关。因此，任何可以增强这种静电作用或导致形 成较大的反胶团因素，均有助于蛋白质的萃取。
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形成反胶束的方法
相转移法．将含有蛋白质的水溶液与含表面活 性剂的有机相接触，在缓慢搅拌下，部分蛋白 质移人有机相中，直到萃取平衡状态 注入法 向含有表面活性剂的有机相中注入含蛋 白质的水溶液 溶解法对于水不溶性蛋白质，将含水的反胶束 有机溶剂与蛋白质固体粉末一齐搅拌，形成含 蛋白质的反胶束
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反胶团萃取应用实例
反胶束萃取氨基糖苷类抗生素
阴离子表面活性剂：二—2—乙基己基磷酸钠 (NaDEHP)：
助表面活性剂：磷酸三丁酯(TBP)
正向与逆向转移的机制
– 正向转移 氨基糖苷类可被萃取入反胶束的含水内核，这 种萃取是胶束内壁与氨基糖苷类分子之间静电引力相互作 用的结果； – 逆向转移 由于形成表面活性小很多且极易溶于有机相中 的Ca(DEHP) 2 致使反胶束破裂，氨基糖苷类分子又返回水 相。
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表面活性剂 表面活性剂的种类会影响反胶束的大小和形状， 而其中的疏水部分对反胶束的影响最大
反胶团含水率降低，反胶团直径减小，空间排阻作 用增大，蛋白质萃取率降低； 蛋白质相对分子量增大，空间排阻作用增大，蛋白 质萃取率降低。
疏水性相互作用 蛋白质的疏水性影响其在反胶团中的溶解形式， 因而影响其萃取率。 水相中离子
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3.3 影响反胶束萃取蛋白质的因素
反胶束的大小
反胶束的大小和形状随着表面活性剂-溶剂系统 的变化而变化，同时也受水相离子强度和操作 温度的影响； 反胶束的大小一般为纳米级微粒，直径介于 10～200nm； 离子型表面活性剂形成的反胶束中约有50～ 100个表面活性剂分子，而阳离子型的一般低 于50个； 反胶束的大小一般由实验测定，也可通过计算 推定。
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疏水非 极性尾
亲水极 性头
pool
一种阴离子型 表面活性剂
可游离 离子
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形状：多为球形或近球形。 反胶团内溶解的水通常称为微水相或“水池”。 大小：与溶剂和表面活性剂的种类与浓度、温 度、离子强度等有关。一般为5~20nm。 常用于制备反胶团的表面活性剂是AOT(琥珀 酸二辛酯磺酸钠)。AOT在异辛烷中形成的反 胶团直径为：
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3.2 反胶团及其基本性质 正胶团
向水中加入表面活性剂，浓 度达到一定值后，将发生表 面活性剂分子的缔合或自聚 集，形成正胶团。 表面活性剂在水溶液中形成 胶团的最低浓度称为临界胶 团浓度（CMC）。
反胶团
向有机溶剂中加入表面活性 剂（琥珀酸二辛酯磺酸钠， AOT），浓度超过一定值时， 形成反胶团。
Rm
3
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pH
反胶团萃取一般使用离子型表面活性剂，所形 成反胶团内表面带负电荷（琥珀酸二辛酯磺酸 钠，AOT）或正电荷（氯化三辛基甲铵， TOMAC）。当水相pH偏离蛋白质等电点时，蛋 白质带正电荷或负电荷，与表面活性剂间的静 电相互作用影响其萃取率。
理论上，蛋白质所带电荷与表面活性剂相反时， 易溶于反胶团，反之，则不能溶解。
离子强度增大，反胶束内表面的双电层变薄，减弱了 蛋白质与反胶束内表面之间的静电引力，降低了蛋白 质在反胶束中的溶解度
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反胶束内表面的双电层变薄后，也减弱了表面活性剂 极性基团之间的斥力，使大分子蛋白质进入胶束的阻 力增大； 离子强度增大后，增大了盐分向内反胶束内“水池” 迁移并取代蛋白质的倾向，使蛋白质从反胶束中盐析 出来； 盐与蛋白质或表面活性剂的相互作用，可改变蛋白质 的溶解性，盐浓度越高，影响越大； 与形成反胶束的表面活性剂带有相反电荷的离子对萃 取的影响大于带相电荷的离子，价数相同的条件下， 离子半径越大，影响越大；离子半径相近时，价数越 高，影响越大。不同离子对反胶束的影响强度基本与 感胶离子序一致。
d m 0.3W0 2.4
其中：W0为有机相中水与表面活性剂的摩尔比， 即含水率。
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表面活性剂为模板制备介孔硅材料
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反胶团的溶解作用
反胶团溶解蛋白质的 形式，有人提出四种 模型：
水壳模型； 蛋白质分子表面疏水区 域直接与有机相接触； 蛋白质吸附于反胶团内 壁； 蛋白质疏水区与几个反 胶团的表面活性剂疏水 尾相互作用，被几个小 反胶团“溶解”。 对亲水性蛋白质，普遍 接受水壳模型。