新型分离技术-第四章 反胶团萃取.pptVIP

第二部分：反胶束萃取 Reversed micelle extraction 随着基因工程和细胞工程的发展，尽管传统的分离方法(如溶剂萃取技术)已在抗生素等物质的生产中广泛应用，并显示出优良的分离性能，但它却难以应用于蛋白质的提取和分离。 主要原因有两个： 一.蛋白质等在40-50℃便不稳定，开始变性，而且绝大多数蛋白质都不溶于有机溶剂，若使蛋白质与有机溶剂接触，也会引起蛋白质的变性； 二.是萃取剂问题，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。 研究和开发易于工业化的、高效的生化物质分离方法己成为当务之急。反胶束萃取法就是在这一背景下发展起来的一种新型分离技术。 反胶束萃取具有成本低、溶剂可反复使用、萃取率和反萃取率都很高等突出的优点。 反胶束萃取还有可能解决外源蛋白的降解，即蛋白质(胞内酶)在非细胞环境中迅速失活的问题，而且由于构成反胶束的表面活性剂往往具有溶解细胞的能力，因此可用于直接从整细胞中提取蛋白质和酶。 表面活性剂 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，可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂和非离子型表面活性剂，它们都可用于形成胶团和反胶束。 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， 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。 1. 反胶束溶液形成的条件和特性 若将表面活性剂溶于非极性的有机溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度(CMC)，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶束。 反胶束溶液是透明的、热力学稳定的系统。反胶束是表面活性剂分散于连续有机相中一种自发形成的纳米尺度的聚集体。 在反胶束萃取蛋白质的研究中，用得最多的是阴离子表面活性剂AOT(Aerosol OT)，其化学名为丁二酸－2－乙基己基磺酸钠。 (a)为水壳模型，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。 (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”。 三元相图及萃取蛋白质 对一个由水、表面活性剂和非极性有机溶剂构成的三元系统，存在有多种共存相，可用三元相图表示。 图是水－AOT－异辛烷系统的相图。能用于蛋白质分离的仅是位于底部的两相区，在此区内的三元混合物分为平衡的两相：一相是含有极少量有机溶剂和表面活性剂的水相；另一相是作为萃取剂的反胶束溶液。这共存的两相组成，用系线(图中虚线)相连。 3.蛋白质溶入反胶束溶液的推动力 蛋白质溶入反胶束溶液的推动力主要包括表面活性剂与蛋白质的静电作用力和位阻效应。 (1)静电作用力： 在反胶束萃取体系中，表面活性剂与蛋白质都是带电的分子，因此静电相互作用肯定是萃取过程中的一种推动力。 一个最直接的因素是pH值，它决定了蛋白质带电基团的离解速率及蛋白质的净电荷。当pH＝pI时，蛋白质呈电中性；pH＜pI时，蛋白质带正电荷；pH＞pI时，蛋白质带负电荷，即随着pH的改变，被萃取蛋白质所带电荷的符号和多少是不同的。 如果静电作用是蛋白质增溶过程的主要推动力，对于阳离子表面活性剂形成的反胶束体系，萃取只发生在水溶液的pH＞pI时，此时蛋白质与表面活性剂极性头间相互吸引，而pH＜pI时，静电排斥将抑制蛋白质的萃取。对于阴离子表面活性剂形成的反胶束体系，情况正好相反。 (2)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)及其中水的活度是可以用W0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。 蛋白质进入或离开反胶束相的传递通量可用下式计算： 萃取过程 反萃取过程 4. 影响反胶束萃取蛋白质的主要因素 离子强度对萃取率的影响 离子强度对萃取率的影响主要是由离子对表面电荷的屏蔽作用所决定的： a.离子强度增大后，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吸引，从而减少蛋白质的溶解度； b.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，使反胶束变小，从而使蛋白质不能进入其中； c.离子强度增加时，增大了离子向反胶束内“水池”的迁移并取代其中蛋白质的倾向，使蛋白质从反胶束内被盐析出来； d. 盐