反胶束萃取设备.ppt

第十一章 反胶束萃取和浊点萃取 §1 反胶束萃取 反胶束萃取的特点： 成本低，溶剂可反复使用； 萃取率和反萃取率高。 发酵液 传统萃取 生物大分子 反胶束萃取、双水相萃取和其他方法 §1.1 反胶束的形成和特征 §1.1.1 反胶束的概念 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。 （1）表面活性剂 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。 阴离子和阳离子 非离子和两性离子 阴离子表面活性剂： 丁二酸-2-乙基己基酯磺酸钠（AOT）； 双链、极性基团较小，反胶束半径为170 nm。 阳离子表面活性剂： 溴化十六烷基三甲胺（CTAB）； 需要加入一定量的助溶剂。 （2）临界胶束浓度 胶束形成时所需要表面活性剂的最低浓度，用 CMC表示。它与表面活性剂的化学结构、溶剂、温度 和压力等因素有关。 （3）胶束与反胶束 胶束的形成 反胶束的形成 思考：哪种胶束溶液适合蛋白质的萃取？为什么？ （4）反胶束的形状和大小 球形、椭球形或棒形 Rm = 3 Wo Mw / (αauNaρw) Wo：每个反胶束分子中水分子与表面活性剂分子数的比值； Mw：水的相对分子质量； ρw：水的密度； Na：阿伏加德罗常数； αau：每个表面活性剂分子在反胶束表面的面积。 §1.1.2 反胶束萃取蛋白质的原理 蛋白质进入反胶束溶液是一种协同过程； 表面活性剂同临近的蛋白质发生静电作用而变形，形成反胶束； 改变水相条件（如pH值、离子种类和离子浓度）可使蛋白质从有机相中返回水相中，实现反萃取。 （1）“水壳”模型 结合水和自由水 原理：大分子的蛋白质被封闭“水池”中，表面存在一层水化层与胶束内表面隔开，从而使蛋白质不与有机溶剂接触 （2）蛋白质进入反胶束的推动力 静电作用力 当溶质所带电荷与表 面活性剂相反时，由于 静电引力的作用，溶质 易溶于反胶束。 位阻效应 反胶束“水池”的物理性能（大小、形状等）及其中水的活度可以用W0的变化调节，并且会影响大分子的增溶或排斥，达到选择性萃取的目的。 §1.1.3 反胶束萃取体系及其操作 （1）反胶束萃取体系 单一反胶束体系：AOT/异辛烷体系； 混合反胶束体系:由两种或两种以上表面活性剂构成的反胶束体系； 亲和反胶束体系：导入与目标蛋白有特异亲和作用的助溶剂。 例如：AOT/异辛烷中加入辛基-β-D-吡喃葡糖苷后使ConA的萃取选择性提高10倍。 （2）影响反胶束萃取蛋白的因素 水相pH值对萃取的影响 当反胶束内表面电荷与蛋白质表面电荷相反时， 蛋白质才可能进入反胶束。 阳离子表面活性剂，pH pI时，蛋白质才可能进入发胶束； 阴离子表面活性剂，pH pI时，蛋白质才可能进入反胶束。 离子强度对萃取率的影响 离子强度增大，导致反胶束： 与蛋白质间的静电作用力变小； 表面极性基团间的斥力变小，反胶束变小； 内蛋白质向外移动； 溶解性的改变。 表面活性剂的类型 加强静电作用力和胶束的大小。 表面活性剂的浓度 离子种类对萃取的影响 离子种类影响表面活性剂的电离程度 离子种类 K+ Ca2+ Na+ Mg2+ W0 9.2 15.4 20.0 43.6 阳离子种类对W0的影响 反萃取及蛋白质的变性 主要通过调节反萃取的条件，以AOT-异辛烷-水体 系萃取溶菌酶为例： 萃取条件： pH为8.0； 盐浓度（KCl）为0.2 mol/L； 反萃取条件: pH为12.0； 盐浓度[KCl]为1.0 mol/L； （3）反胶束萃取设备 膜萃取器： a.管状超滤膜； b.中空纤维膜 离心萃取器 混合澄清槽 微分萃取设备 §1.1.4 反胶束萃取蛋白质的应用 （1）蛋白质的萃取分离 纯化和分离蛋白质 从植物中同时提取油和蛋白质 胞内、外酶的提取 蛋白质的复性 （2）酶的固定化 油脂的水解和合成； 肽和氨基酸的合成 有害物质的降解 （3）分离纯化生物小分子化合物 氨基酸和抗生素 §1.1.5 反胶束萃取蛋白质技术的发展 （1）新型反胶束体系的设计和开发及萃取选择性的提高； （2）反胶束酶系统的研究； （3）反胶束与其他技术的联用。 §2. 浊点萃取技术 §2.1. 浊点萃取 表面活性剂的主要功能 增溶作用 (solubilization) 浊点作用 (cloud point) 在一定温度范围内，表面活性剂易溶于水成为澄清的溶液， 而当温度升高（或降低）一定程度时，溶解度反而减小，在水 溶液中出现混浊、析出、分层的现象。 溶液由透明变为混浊时的温度称为浊点。 浊点萃取的特点： 不需要使用挥发性