反胶团萃取技术及其在制药工业中应用
摘要:本文简述了反胶团萃取的原理、特点、影响因素及其在制药工业中的应用。
关键词:反胶团;制药工业;应用
反胶团萃取是利用表面活性剂在有机相中形成分散的亲水微环境,使蛋白质类生物活性物质溶解于其中的一种生物分离技术,其本质仍是液液有机溶剂萃取。
1、反胶团
表面活性剂溶于水中,当浓度达到一定值后,表面活性剂就会在水溶液中形成聚集体,称为反胶团。表面活性剂是由极性基团和非极性基团组成的两性分子。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。
在水溶液中加入表面活性剂,当其浓度超过临界胶团浓度时,极性基团向外与水相接触,非极性基团向内形成非极性核心,此核心可溶解非极性物质,此聚集体就是胶团。在有机溶剂中加入表面活性剂,当其浓度超过临界胶团浓度时,非极性基团向外与有机相接触,极性基团向内形成极性核心,此核心可溶解极性物质,此聚集体就是反胶团,因此有机物中的反胶团可溶解水,反胶团中溶解的水称为微水相或“水池”。当含有反胶团的有机溶剂与蛋白质类生物分子水溶液接触后,生物分子及其他亲水物质能通过整合作用进入“水池”。
由于水层和极性基团的存在,为生物大分子提供了适宜的亲水微环境,保持了生物大分子的天然构象,保持了生物大分子的活性。
2、反胶团萃取原理
生物分子溶解于反胶团的主要推动力是表面活性剂与蛋白质的静电相互作用。反胶团萃取蛋白质类生物分子的过程主要发生在有机相和水相界面的表面活性剂层。表面活性剂和蛋白质都是带电分子,表面活性剂在邻近的蛋白质下变形,接着在两相界面形成了包含有蛋白质的反胶团,然后反胶团扩散进入有机相,从而实现了蛋白质的萃取。如果改变水相的pH、离子种类或强度等条件,又可使蛋白质由有机相重新返回水相,实现反萃取过程。
3、常用表面活性剂
用反胶团萃取技术萃取生物分子时,用以形成反胶团的表面活性剂起着关键作用。在反胶团萃取过程中,通常希望所选择的表面活性剂能形成体积较大的反胶团,以利于萃取分子量大的蛋白质,且蛋白质与反胶团间的相互作用不应太强,以减少蛋白质的失活。
表面活性剂应具备的条件是:⑴易于形成较大的反胶团,形成的反胶团的含水量要大;⑵易于分离等。AOT(丁二酸-二- 2-乙基己酯磺酸钠 )反胶团体系是常用的阴离子表面活性剂体系,形成反胶团时不需要助表面活性剂。TOMAC(三辛基甲基氯化氨) 反胶团体系是常用的阳离子表面活性剂体系,在形成反胶团时一般需加入一定量的助表面活性剂。
4. 反胶团萃取的影响因素
⑴ 水相pH值
水相中的pH值是影响反胶团的最主要的因素。pH值对蛋白质萃取过程的影响主要体现在改变蛋白质的表面电荷上。一定条件下,当原料相pH值小于蛋白质的等电点(PI)时,蛋白质表面带正电,如选用的反胶团内核带负电,蛋白质会在静电作用下由水相转入反胶团相,从而实现不同PI的蛋白质分离。
⑵ 离子强度的影响
反胶团相接触的水溶液离子强度影响着蛋白质的分布。随着离子强度的增大,反胶团内表面的双电层变薄,减弱了蛋白质与反胶团内表面之间的静电吸引,从而减少了蛋白质的溶解度。
⑶ 溶剂体系的影响
溶剂的性质,尤其是极性,对反胶团的形成、大小都有很大的影响。常用的溶剂有烷烃类(正乙烷、正辛烷、环乙烷、异辛烷等)、四氯化碳、三氯甲烷等。有时也可添加助溶剂,如醇类来调节溶剂体系的极性,改变反胶团的大小,增加生物分子的溶解度。
⑷ 温度的影响
温度也是影响反胶团萃取的重要因素,提高温度能够提高蛋白质类生物分子的有机相中的溶解度,不利于蛋白质的萃取,因此提高温度可以实现蛋白质的反萃取,但是在提取过程中一定要注意蛋白质类生物分子的变性温度。
5、反胶团萃取在制药工业中的应用
⑴ 蛋白质的分离纯化
反胶团萃取技术最早被应用于蛋白质萃取,其优点是保持蛋白质的活性。目前应用此技术处理的蛋白质或其混合物主要包括α-淀粉酶、细胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、脂肪酶、鱼精蛋白等。
⑵ 蛋白质的复性
反胶团复性法是目前国内外较为新颖的蛋白质复性方法之一。有文献报道利用反胶团进行蛋白质复性使用的多是离子型反胶团,且均未修饰亲和配基,在蛋白质回收方面的较大优势。
⑶ 核酸分子的分离纯化
反胶团萃取应用于核酸分子的分离纯化是近几年发展起来的新领域,其优势在于保持了核酸分子的活性,有文献报道利用反胶团萃取技术有效地萃取了质粒DNA。
⑷ 酶促反应
在反胶团体系中大多数酶能够保持较高的活性和稳定性。有文献报道利用反胶团技术已经合成了高聚合度的壳低聚糖、月桂酸乙酯等。目前,反胶团酶系统的应用主要有以下几方面:油脂的水解和合成、肽和氨基酸的合成、有害物质的降解、高分子材料的合成及药物的合成等。
⑸ 超临界CO2流体萃取技术
超临界CO2流体萃取技术在药物分离应用很广泛,但是对亲水性分子、相对分子质量高的物质如氨基酸、蛋白质和许多聚合物、金属离子的溶解能力非常低,这限制了超临界CO2萃取技术的广泛应用。将反胶团应用于超临界CO2萃取就可解决此类问题,提高了萃取率。
随着反胶团萃取技术研究的深入,其应用领域将进一步拓宽,反胶团萃取将会成为一种优良的分离技术。
参考文献
[1]马伟超等.反胶团萃取技术的影响因素与应用.资源开发与市场, 2011, 27 : 968-971.
[2]赵喜红等.反胶团萃取蛋白质研究进展.食品工业科技, 2009, 2 : 326-329.
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