反膠團萃取（reversed micellar extraction）是近年發展起來的分離和純化生物物質的新方法。它是表面活性劑分子溶於非極性溶劑中自發形成的聚集體，其中表面活性劑的極性頭朝內而非極性頭朝外與有機溶液接觸。膠團內可溶解少量水而形成微型水池，蛋白質、核酸、胺基酸等生物物質溶解在其中，由於膠團的禁止作用，這些生物物質不與有機溶液直接接觸，起到保護生物物質的活性的作用，從而實現生物物質的溶解和分離。
反膠團萃取具有選擇性高、萃取過程簡單，且正萃、反萃同時進行，並能有效防止大分子失活、變性等優良特性。因此反膠團技術在藥物、食品工業、農業化學等領域的套用得到了大量的研究和開發。
基本介紹
- 中文名：反膠團萃取
- 外文名：reversed micellar extraction
- 成立時間：20世紀70年代
- 類別：生物分離技術
簡介,原理,影響因素,套用,
簡介
反膠團萃取（reversed micellar extraction）的研究始於20世紀70年代，是一種發展中的生物分離技術。反膠團萃取的本質仍是液-液有機溶劑萃取，但與一般有機溶劑萃取所不同的是，反膠團萃取利用表面活性劑在有機相中形成的反膠團（reversed micelles），從而在有機相內形成分散的親水微環境，使生物分子在有機相（萃取相）記憶體在於反膠團的親水微環境中，消除了生物分子，特別是蛋白質類生物活性物質難於溶解在有機相中或在有機相中發生不可逆變性的現象。反膠團萃取研究的歷史較短，技術尚不成熟。
原理
反膠團是表面活性劑分子在非極性溶劑中自發形成的聚集體。其中，表面活性劑分子的親水基向內、非極性的疏水基朝外，形成球狀的極性核，核內溶解一定數量的水後，形成了巨觀上透明均一的熱力學穩定的微乳狀液，微觀上恰似納米級大小的微 型“水池”。這些“水池”可溶解某些蛋白質，使其與周圍的有機溶劑隔離，從而避免蛋白質的失活。通過改變操作條件，又可使溶解於“水池”中的蛋白質轉移到水相中，這樣就實現了不同性質蛋白質間的分離或濃縮。膠團是表面活性劑分子在極性溶劑中形成的一種親水基團朝外，而疏水基團朝內的具有非極性核心的多分子聚集體。與此相反，反膠團是表面活性劑分子在非極性溶劑如某些有機溶劑中形成的一種親水基團朝內，而疏水基團朝外的具有極性核心的多分子聚集體。反膠團的核心可以不斷溶解某些極性物質，而且還可以溶解一些原來不能溶解的物質，因此具有二次增溶作用 。
影響因素
1、表面活性劑的種類和組成
在反膠團萃取過程中，通常希望所選擇的表面活性劑能形成體積較大的反膠團，以利於萃取分子量大的蛋白質，且蛋白質與反膠團間的相互作用不應太強，以減少蛋白質的失活。常見的表面活性劑是AOT（丁二酸-二-2-乙基己酯磺酸鈉）、TOMAC（三辛基甲基氯化氨）等離子型表面活性劑，這些表面活性劑易於形成較大的反膠團和易於相分離等優點，但對於分子量大於30000Da的蛋白質萃取效率較差，且酶在反膠團中的穩定性也不高。為此，人們嘗試使用其他表面活性劑的可能。採用含磷酸基團的表面活性劑代替AOT，對幾種蛋白進行萃取，發現AOT難以萃取的血紅蛋白用此基團有較高的萃取率，並且所需的表面活性劑濃度較低。在反膠團中加入親和配基，通過配基與蛋白質之間的特異性作用，可大大提高過程傳質推動力，並提高萃取選擇性。例如，向 AOT/異辛烷系統引入辛基-β-D-吡喃葡萄糖，可使伴刀豆球蛋白A的萃取選擇性提高10倍，其萃取的pH範圍也變寬。當向水相中加入自由配基時，萃取率會受到抑制。
2、離子強度
調節水相離子強度是實現蛋白質萃取/反萃循環的另一重要方法。一般認為，增大離子強度將減弱與反膠團內表面間的靜電引力，使蛋白質的溶解度減小。另外，離子強度增大後，將減弱表面活性劑極性頭間的排斥，導致反膠團變小，使蛋白質不能進入反膠團中。因此，在低離子強度下萃入反膠團相中的蛋白質，可以通過使其與另一離子強度較高的水相接觸而發生反萃。由於蛋白質的性質不同，其在反膠團相中的溶解度達到最低時所對應的最小離子強度也不相同，利用這種差別，即可實現不同蛋白質間的分離和濃縮。特別是當幾種蛋白質間的等電點差別不大時，這種方法尤為有效。
3、水相的pH
控制水相的pH是實現蛋白質的萃取/反萃循環的重要方法之一。pH對蛋白質萃取過程的影響主要體現在改變蛋白質的表面電荷上。以AOT/異辛烷形成的反膠團為例，在離子強度一定時，當pH大於蛋白質的等電點時，蛋白質表面帶負電荷，反膠團內表面的淨電荷為負，這樣就因異性電荷相吸而使蛋白質由水相轉入到反膠團相。通過調節水相的pH，使其小於蛋白質的等電點，就可以使蛋白質又從有機相轉入水相，從而實現不同性質（不同等電點）蛋白質間的分離。一般說來，蛋白質的分子量越大，其在反膠團中達到最大溶解度時所對應的pH與其等電點的偏離也越大。值得注意的是，pH的改變不應過於劇烈，否則易引起蛋白質的變性 。忽略pH的測量，酶的離子基團受微環境的影響，其電離狀態對底物的內部作用及產物抑制有重要影響。在反膠團溶液中酶保持活性的最適pH範圍比水溶液中要寬。
套用
1、萃取蛋白質
（1）分離蛋白質混合物
分子質量相近的蛋白質，等電點（isoelectricpoint）或其他因素的不同會引起溶解度的差別，從而可利用反膠團溶液的選擇性予以分離。已用AOT/異辛烷體系，實現了α-核糖核酸酶、細胞色素C和溶菌酶的分離，此體系還用於分離牛血清蛋白、α-胰蛋白酶等。
（2）濃縮α-澱粉酶
用混合-澄清槽萃取器將反膠團萃取和反萃取結合在一起，以TOMAC/異辛烷+非離子型表面活性劑Rewopal HV5為循環萃取劑，使α-澱粉酶的濃度提高了17倍，收率達85%。用十二烷基二甲基苄基氯化銨（DMBAC）/正庚烷體系萃取α-澱粉酶，單級萃取收率達78%，能實現連續操作。用Aliquat 336/異辛烷體系提純α-澱粉酶，其活力回收率可達85%。
（3）提取胞內酶及胞外酶
已用 AOT/異辛烷體系，從發酵液中回收了鹼性蛋白酶，酶的提取率可達50%。用CTAB/己醇-辛烷體系提取和純化棕色固氮菌的胞內脫氫酶，完整的細胞在表面活性劑的作用下溶解，析出酶進入反膠團的“水池”中，再通過選取適當的反萃取方法，回收高濃度的活性酶。
2、在日化行業中的套用
（1）從植物中同時提取油和蛋白質
（2）萃取胺基酸及維生素等功能性添加劑
胺基酸是一類具有廣泛套用價值的生化產品，以往主要採用離子交換法和結晶沉澱法對含胺基酸的料液進行分離和濃縮，然而這種方法只能間歇生產。採用反膠團萃取可望對胺基酸的分離實現連續生產。已用二異辛基磷酸銨反膠團，在胱氨酸母液中萃取精氨酸和組氨酸，還用二（2-乙基己基）磷酸銨形成的反膠團來萃取賴氨酸。用Pluronic型和Pluronic R型兩類嵌段聚醚反膠團萃取了L-苯丙氨酸和L-異亮氨酸，用AOT/正戊烷體系萃取水溶性維生素。利用超臨界CO2/微乳（反膠團）萃取技術，還可以研究海星甾體活性成分在超臨界CO2微乳多相體系中溶解平衡與萃取過程，建立甾體成分多技術集成的製備工藝，所製備的甾體物質可用作抗病毒藥物、生物農藥和消毒日用品的中間體。
（3）油脂的水解和合成
由於脂酶性質穩定，價格便宜，能夠催化有工業價值的反應如低級、高級脂肪的轉化，且脂肪酸和酯在反膠團中溶解性好，反膠團酶體系可廣泛用於油脂的水解和合成。如有報導在AOT反膠團酶體系中合成了甘油酯、在反膠團酶體系中進行了橄欖油的催化水解。
