超临界萃取技术及应用介绍

萃取分离（extraction separation）是利用物质在两相中的溶解度不同而使其分离的技术。

萃取分离中的两相一般为互不相溶的两个液相。按照两相的组成不同，萃取可以分为有机溶剂萃取、双水相萃取、超临界萃取和反胶束萃取等。

（一）有机溶剂萃取

有机溶剂萃取的两相分别是水相和有机溶剂相，利用溶质在水和有机溶剂中的溶解度不同而达到分离。用于萃取的有机溶剂主要有乙醇、丙酮、丁醇、苯酚等。例如，用丁醇萃取微粒体或线粒体中的酶，用苯酚萃取RNA等。

由于有机溶剂容易引起酶蛋白和酶RNA的变性失活，所以在酶的萃取过程中，应在0℃～10℃的低温条件下进行，并要尽量缩短酶与有机溶剂接触的时间。

（二）双水相萃取

双水相萃取的两相分别为互不相溶的两个水相。双水相萃取中使用的双水相一般由按一定百分率组成的互不相溶的盐溶液和高分子溶液或者两种互不相溶的高分子溶液组成。双水相系统是指将两种亲水性的聚合物都加在水溶液中，当超过某一浓度时，就会产生两相，两种聚合物分别溶于互不相溶的两相中。在双水相系统中，蛋白质、RNA等在两相中的溶解度不一样，分配系数不同，从而达到分离。

影响酶在两相中分配系数的主要因素有：①两相的组成；②高分子聚合物的分子质量、浓度、极性等；③两相溶液的比例；④酶的分子质量、电荷、极性等；⑤温度、pH等。对于酶在两相中的分配系数，目前尚无成熟的理论可作为依据，需通过试验而确定。

（三）超临界萃取

超临界萃取（supercritical extraction）又称为超临界流体萃取，是利用欲分离物质与杂质在超临界流体中的溶解度不同而达到分离的一种萃取技术。

在不同的温度和压力条件下，可以以不同的形态存在，如固体（S）、液体（I。）、气体（G）、超临界流体（SCF）等。

作为萃取剂的超临界流体必须具有以下条件：具有良好的化学稳定性，对设备没有腐蚀性；临界温度不能太高或太低，最好在室温附近或操作温度附近；操作温度应低于被萃取溶质的分解温度或变质温度；临界压力不能太高，可节约压缩动力费；选择性要好，容易制出高纯度的制品；溶解度要高，可以减少溶剂循环量；萃取剂要容易获得，价格便宜。

目前，在酶的超临界萃取中最常用的超临界流体是CO2。

CO2超临界点的温度为31.1℃，超临界压力为7.3MPa，超临界密度为0.47g/mL，特别适用于生物活性物质的提取分离。

CO2超临界萃取的工艺过程由萃取和分离两个步骤组成。萃取在萃取罐中进行，将原料装入萃取罐，通入一定温度和压力的超临界CO2，将欲分离的组分萃取出来。(www.xing528.com)

分离在分离罐中进行，是将目的物与超临界CO2分离的过程。根据分离方法的不同，分离工艺过程可以分为三种：等压分离、等温分离、吸附分离。

（四）反胶束萃取

反胶束萃取（reverse micelles extraction）是利用反胶束将酶或其他蛋白质从混合液中萃取出来的一种分离纯化技术。

反胶束又称为反胶团，是表面活性剂分散于连续有机相中形成的纳米尺度的一种聚集体。反胶束溶液是透明的、热力学稳定的系统。

1.胶束与反胶束的形成

胶束与反胶束的形成是将表面活性剂溶于水中，并使其浓度超过临界胶束浓度（即胶束形成时所需表面活性剂的最低浓度），表面活性剂就会在水溶液中聚集在一起而形成聚集体。通常将在水溶液中形成的聚集体胶束称为正胶束（micelles）。在胶束中，表面活性剂的排列方向是极性基团在外，与水接触；非极性基团在内，形成一个非极性的核心，此核心可以溶解非极性物质。如果将表面活性剂溶于非极性溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度，便会在有机溶剂内形成聚集体，这种聚集体称为反胶束（reverse micelles）。在反胶束中，表面活性剂的非极性基团在外，与非极性有机溶剂接触，而极性基团则排列在内，形成一个极性核，此极性核具有溶解极性物质的能力。

在反胶束萃取中，首先要根据欲分离组分的特性，选择适宜的表面活性剂及有机溶剂。

2.表面活性剂

表面活性剂是由极性基团和非极性基团组成的两性分子，有阳离子、阴离子和非离子型表面活性剂。在反胶束系统中，表面活性剂通常与某些有机溶剂一起混合使用，如表2-4所示。

表2-4　反胶束萃取中常用的表面活性剂及其相应的有机溶剂

最常用的是阴离子表面活性剂，如AOT（AerosolOT），其化学名为丁二酸乙基己基酯磺酸钠。这种表面活性剂具有双链，极性基团小，形成反胶束时不需要借助表面活性剂，并且形成的反胶束较大，有利于大分子蛋白质进入。

反胶束萃取除了受表面活性剂和有机溶剂的影响外，还有以下影响因素。

（1）水相pH：水相pH决定了蛋白质表面带电基团的离子化状态。对于带正电荷的表面活性剂，当水相pH高于蛋白质的等电点时（此时蛋白质显负电性），有利于蛋白质溶于反胶束中；对于阴离子表面活性剂则相反。

（2）离子强度：水相中的离子强度决定带电表面所赋予的静电屏蔽程度，在反胶束萃取中静电屏蔽程度会产生两个重要的效应。首先，它降低了带电蛋白质分子和反胶束带电界面之间的静电相互作用；其次，它降低了表面活性剂头部基团之间的静电排斥力，导致在高离子强度下反胶束颗粒变小。