反膠團(tuán)萃取

1、現(xiàn)代分離科學(xué)12010VOL27：467479關(guān)于反膠團(tuán)萃取的研究（陜西師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)院劉瑞林710062）摘要：本問(wèn)介紹了反膠團(tuán)萃取的基本概念及其影響反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的因素，并分析了動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的理論，從而建立了平衡模型。關(guān)鍵詞：反膠團(tuán)、萃取、平衡模型1研究背景傳統(tǒng)的分離方法，如液液萃取技術(shù)，具有操作連續(xù)、多級(jí)分離、放大容易和便于控制等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)、化工、石化等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但很難用于具有某些特殊性質(zhì)的生化產(chǎn)品(如蛋白質(zhì)

2、、氨基酸等)的提取與分離，原因在于這類(lèi)物質(zhì)多數(shù)不溶于非極性有機(jī)溶劑，或與有機(jī)溶劑接觸后會(huì)引起變性和失活。20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的反膠團(tuán)萃取技術(shù)解決了這一難題。所謂反膠團(tuán)，是指當(dāng)油相中表面活性劑的濃度超過(guò)臨界膠束濃度后，其分子在非極性溶劑中自發(fā)形成的親水基向內(nèi)、疏水基向外的具有極性?xún)?nèi)核(polarce)的多分子聚集體(aggregates)。反膠團(tuán)的極性?xún)?nèi)核可以溶解某些極性物質(zhì)，而且在此基礎(chǔ)上還可以溶解一些原來(lái)不能溶解的物質(zhì)，即所謂

3、二次加溶原理。例如，反膠團(tuán)的極性?xún)?nèi)核在溶解了水后，在內(nèi)核中形成“水池”(waterpoo1)，可以進(jìn)一步溶解蛋白質(zhì)、核酸和氨基酸等生物活性物質(zhì)。膠團(tuán)的屏蔽作用，使這些生物物質(zhì)不與有機(jī)溶劑直接接觸，而水池的微環(huán)境又保護(hù)了生物物質(zhì)的活性，從而達(dá)到了溶解和分離生物物質(zhì)的目的。這種技術(shù)既利用了溶劑萃取的優(yōu)點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了生物物質(zhì)的有效分離，作為一種新型的生物分離技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)、氨基酸及藥物、農(nóng)藥等物質(zhì)的分離分析中，顯示了巨大的應(yīng)用潛力。[1]2文

4、獻(xiàn)綜述2.1反膠團(tuán)的形成[2]正向膠團(tuán)(nmalmicelle)是表面活性劑分子在極性溶劑，如水中形成的一種親水基團(tuán)(頭)朝外，而疏水基團(tuán)(尾)朝內(nèi)的具有非極性?xún)?nèi)核的多分子聚集體。洗滌劑中的表面活性劑分子在水中形成的就是這種膠團(tuán)，其非極性?xún)?nèi)棱可以溶解各種油污。從而達(dá)到去污的效果。與此相反，表面活性劑在非極性溶劑如某些有機(jī)溶劑中就會(huì)形成親水頭向內(nèi)和疏水尾向外的具有極性?xún)?nèi)核(polarce)的多分子聚集體(aggregates)，由于其表面

5、活性劑的排列方向與一般的正向膠團(tuán)相反，因此，稱(chēng)為反現(xiàn)代分離科學(xué)32010VOL27：467479氫鍵破壞；只有在W。較大時(shí)，才存在自由水。當(dāng)含反膠團(tuán)的有機(jī)溶劑和蛋白質(zhì)水溶液接觸時(shí)，蛋白質(zhì)在某種作用力(靜電、親和、疏水)下進(jìn)入“水池”中，水和表面活性劑分子在蛋白質(zhì)周?chē)纬梢粋€(gè)保護(hù)層，使蛋白質(zhì)避免與有機(jī)溶劑接觸，不致失活。2.3反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的影響因素蛋白質(zhì)的萃取受很多因素影響，這些因素包括原料液的pH值、離子強(qiáng)度、表面活性劑和有機(jī)溶劑種

6、類(lèi)等：蛋白質(zhì)等電點(diǎn)、親水性、電荷密度及分布也是影響其萃取的重要因素。2.3.1表面活性劑表面活性劑是反膠團(tuán)萃取的一個(gè)關(guān)鍵因素，不同結(jié)構(gòu)的表面活性劑形成的反膠團(tuán)含水量和性能有很大差別。通常希望所選表面活性劑形成極性核較大的反膠團(tuán)，且反膠團(tuán)與蛋白質(zhì)的作用不應(yīng)太強(qiáng)，以減少蛋白質(zhì)的失活。最常用的是陰離子表面活性劑丁二酸(二)2乙基己基酯磺酸鈉(AOT)，它形成反膠團(tuán)時(shí)，不需要加入助劑。AOT反膠團(tuán)體系適宜于萃取小分子量(分子量30kDa)蛋白質(zhì)

7、(如溶菌酶、胰蛋白酶、細(xì)胞色素C等)。Somnuk等[4]用AOT異辛烷體系進(jìn)行了從發(fā)酵液中提取細(xì)胞色素C、溶解酵素、核糖核酸酶A的試驗(yàn)，結(jié)果三種酶的最終萃取率在70％~97％之間，并發(fā)現(xiàn)酶在原料液中的初始濃度對(duì)萃取率[萃入有機(jī)相的蛋白質(zhì)濃度(或質(zhì)量)與原料相中蛋白質(zhì)濃度(或質(zhì)量)的比值]沒(méi)有影響。Ludger[5]等用同一反膠團(tuán)體系在Graesser接觸器中對(duì)溶解酵素和細(xì)胞色素C進(jìn)行提取，40min后，兩者的萃取率都在95％以上。AO

8、T反膠團(tuán)體系對(duì)于分子量較大(胃蛋白酶、血紅蛋白、血清蛋白等)的蛋白質(zhì)萃取率很低，且易在兩相界面形成不溶性凝聚物[67]。分子量大，蛋白質(zhì)的體積就大，傳遞過(guò)程中障礙也大，所以萃取率相對(duì)的小。Goto[8]等合成了一系列雙油基磷酸型(DOLPA、DTDPA、DEPTA)表面活性劑。他們發(fā)現(xiàn)，DTDPA反膠團(tuán)體系對(duì)溶解酵素和細(xì)胞色素C的萃取率近乎100％，對(duì)血紅蛋白(HB)的萃取率為80％；而同一條件下AOT反膠團(tuán)體系對(duì)HB的萃取率僅為16％

9、，且在兩相界面上有紅色不溶凝聚物出現(xiàn)。結(jié)果表明，決定蛋白質(zhì)萃取率的一個(gè)關(guān)鍵因素是表面活性劑的疏水基結(jié)構(gòu)，由于表面活性劑的疏水基和蛋白質(zhì)的疏水部位問(wèn)的作用，可顯著提高蛋白質(zhì)萃取率。為使大分子蛋白質(zhì)溶入反膠團(tuán)，所用表面活性劑有較強(qiáng)的疏水性是必要的，DTDPA疏水基比AOT大，對(duì)蛋白質(zhì)的輸水部位作用較強(qiáng)，所以對(duì)血紅蛋白有較好的萃取。Long等[9]用DEPTA異辛烷萃取血紅蛋白的試驗(yàn)。結(jié)果表明，原料相中血紅蛋白濃度為0.5mgmL、KC1為0