混合胶束（精选5篇）
混合胶束 篇1
复杂基质中痕量组分的分析测定[1]是分析化学的一个热门研究领域,也是整个分离分析过程中最重要的一个环节,关系到所建立分析方法的可靠性及准确性。随着科学技术的迅速发展,实际的样品存在形式变得多种多样,基质组成复杂、待测组分浓度低、干扰物质种类繁多,这些特点都给准确分析实际复杂基质样品带来了诸多困扰[2,3,4],所以研究开发快速、简单、准确、绿色、回收率高且稳定的样品前处理技术具有重大意义。
在传统的样品前处理技术的基础上,不断有新的前处理技术出现,目前经常使用的样品前处理技术主要包括: 超临界流体技术[5],固相萃取技术[1]、固相微萃取技术[6]、液液萃取法[7]等,这些技术在一定程度上弥补了传统样品前处理技术的不足,如需要较少的有机试剂,样品前处理步骤简单,节约时间,待测物质回收率较高,精密度较好且样品不易损失[2,4]。在这些技术的基础上,为了进一步提高复杂基质中痕量物质的萃取效率,更多的样品前处理新技术[8,9]正在应运而生。近期有学者提出了一种新型的样品前处理技术即混合半胶束固相萃取技术( Mixed hemimicelle solid - phase extraction,MHSPE) ,该技术是将混合半胶束与纳米材料相结合,纳米级粒子不但提高了富集容量,还提高了回收率,因此相比于简单的固相萃取,具有高效、快速、简单易行的显著优势。
1 混合半胶束固相萃取技术的简介
作为一种新兴的萃取技术,MHSPE受到越来越多的关注。该技术是借助静电力、疏水力等相互作用力,利用离子型表面活性剂( 如SDS、CTAB、CPC、OTMABr等) 或者离子液体( C16mim Br、C12mim Cl、C12mim BF4等)[10]吸附在两性金属氧化物材料[11]( 如四氧化三铁、氧化铝、氧化钛等) 的表面,形成半胶束或全胶束,制备得到一种新型的固相萃取剂,以这种自制的萃取剂为吸附剂,对待测样品进行富集,净化和浓缩,最后达到待测物回收的目的。由于表面活性剂和离子液体具有特殊的性质,作为改性剂包裹在两性金属氧化物表面逐渐受到广泛的关注。
该技术关键是选择一种合适的两性金属氧化物和表面活性剂( 或离子液体)[10],首先,通过调节两性金属氧化物所在缓冲溶液的p H,有效的控制其表面所带电荷的种类及密度,当p H值高于该两性金属氧化物的等电点时,表面就会带上一定量的负电荷; 相反表面带有正电荷; 其次,将带相反电荷的表面活性剂( 或离子液体) 加入到上述体系中,通过静电力、疏水力等相互作用力,表面活性剂( 或离子液体) 将在两性金属氧化物表面形成胶束,其疏水端延伸在水溶液中。当两性金属氧化物表面带有负电荷时,则需要选择阳离子表面活性剂( 或离子液体)[12]。
在一定p H值的缓冲溶液中,随着表面活性剂( 或离子液体) 的加入量的不同,表面活性剂( 或离子液体) 在两性金属氧化物表面的吸附形式大致分为三种,即单层胶束,单双层混合胶束和双层胶束。当表面活性剂( 或离子液体) 的浓度较低时,表面活性剂( 或离子液体) 会在两性金属氧化物的表面形成单层胶束,此时表面活性剂( 或离子液体) 的带电荷的一端吸附在两性金属氧化物表面,其疏水端延伸在溶液,此时形成的固相萃取剂具有亲脂性,可以用来萃取疏水性较强的药物; 当表面活性剂( 或离子液体) 的浓度增加时,会在单层胶束的基础之上,通过疏水作用力形成双层胶束; 而当表面活性剂( 或离子液体)的浓度介于二者之间,就会在两性金属氧化物的表面形成单双层混合半胶束,此时形成的萃取剂既可以通过静电力吸附待测物又可以通过疏水力吸附待测物,提供了两种不同的保留机制。随着表面活性剂( 或离子液体) 浓度的继续增加,当高于其临界胶束浓度( CMC) 值的时候,全胶束不仅在两性金属氧化物表面形成,而且在溶液中也会形成亲水性的全胶束,此时,溶液中的全胶束也将吸附待测物质,但是无法回收,就会导致回收率降低,因此该体系不利于回收待测物[13,14]。
2 混合半胶束固相萃取吸附剂
2. 1 非磁性金属纳米材料
非磁性金属纳米材料包括无机和无机/有机混合纳米材料,如Ti O2、Al2O3、Si O2等,具有价格便宜、制备工艺简单、化学性质稳定等特性,广泛应用于固相萃取中。这类材料用于MHSPE中,操作方式主要分为两种: ( 1 ) 1991 年Tatiana P.Goloub等[15]研究通过调节缓冲溶液的p H,将SDS吸附在水铁矿表面形成混合半胶束固相萃取剂,用于吸附水中可溶的有机物,再通过离心沉淀的方法去除水溶液,固相萃取剂用有机溶剂洗脱,与HPLC联用测定有机物含量; ( 2) 2003 年Francisco Merino等[16]将 γ - 氧化铝填充到固相萃取柱中,倒入的一定p H值的缓冲溶液,然后用适宜浓度的SDS通过小柱,SDS在材料表面形成混合半胶束,用该萃取柱富集污水和河流中烷基二甲基苄基溴化铵( BAS) ,接着用有机溶剂洗脱,联合LC/MS进行定量测定。
2. 2 磁性纳米材料
上述材料应用于MHSPE虽然具有萃取效率高的优点,但是操作复杂、耗时,1999 年Safarikova研究小组[17]首次将磁性微球材料引入固相萃取技术,发展了磁固相萃取技术,该技术无需装柱,只需将磁性材料添加至待分析样品中吸附待分析物,通过外置磁场使固相萃取剂从样品溶液中分离出来。磁性四氧化三铁纳米颗粒( Fe3O4NPs) 是近几年研究较多的磁性材料,由于其具有超顺磁性和磁响应性备受研究者的青睐,将其用于样品前处理技术中,特别是大体积复杂基质中的微量甚至痕量待测物的富集分离。2008 年Li等[18]报道了Fe3O4NPs应用于MHSPE,借助超声将CTAB包覆在Fe3O4NPs表面形成混合半胶束固相萃取剂,并用于萃取环境水样中的有机污染物,最后外置磁铁收集环境水样中的CTAB - Fe3O4NPs,甲醇洗脱,用HPLC进行分析,简化了操作步骤。针对Fe3O4NPs易聚集、易被氧化以及分散性差等内在局限,Zhao等[19]研究小组引入包覆了二氧化硅的四氧化三铁纳米颗粒( Fe3O4/ Si O2NPs) ,将CPC和CTAB包覆在材料表面制备磁性萃取剂,富集环境水样中的苯酚类污染物,均获得了较好的效果,由于CPC - Fe3O4/Si O2NPs所需的洗脱剂量少,最终选择CPC用作萃取苯酚类污染物。磁性碳纳米管是近几年崛起的一类纳米材料,是由磁性物质( 如Fe、Co、Fe3O4等) 和碳纳米管通过表面包覆或者管内填充制备而成的磁性复合材料,在很多领域具有广泛的应用价值。将磁性碳纳米管作为载体,开发新型的混合半胶束固相萃取剂,可解决传统混合半胶束固相萃取技术遇到的困难,磁性碳纳米管具有优异的磁性能与极高的比表面积,将其应用于复杂基质样品的前处理过程,特别是微量甚至痕量分析物的富集分离,可获得较好的效果。Xiao等[20]通过水热法和溶胶凝胶法制备了MCNTs/Si O2NPs,在中性条件下,将C16mim Br吸附在其表面制备形成磁性固相萃取剂,对尿液样中的黄酮类物质进行富集,经过清洗活化后,MCNTs/Si O2NPs可多次重复使用且回收率没有明显降低。
3 磁性固相萃取技术在检测分析中的应用
3. 1 重金属离子的检测
随着工业化不断发展,环境中的重金属污染问题受到广泛关注,研究表明,环境中的重金属一旦其进入水体和土壤,将很难被消除,而且会在动植物体内累积,直接威胁着生态系统和公共健康,一定的量重金属进入人体将会严重影响人体正常的生理代谢。磁性固相萃取在分离重金属方面具有简便、高效等优势被广泛使用。Tavallali等[21]以Fe3O4/ Al2O3NP为吸附剂,用Triton X - 114 对其表面进行改性形成混合半胶束固相萃取剂,金属铬可以与Triton X - 114 表面基团形成配位体,从而特异性吸附环境水样和土壤中金属铬; Amjadi等[22]制备了Ti O2- C16mim Br与Ti O2- CTAB两种萃取剂,并将其分别填充到固相萃取柱中,对实际的食品样品( 如黑茶、面粉、淀粉等) 中的Ni2 +进行富集萃取,结合原子吸收分光光度法( FAAS) 测定。结果显示Ti O2- C16mim Br的萃取能力更强,在测定环境样品中的Ni2 +具有较大的应用潜力。表1 列出了MHSPE在重金属离子分析中的应用情况。
3. 2 有机污染物的检测
现代生活中人们使用有机物质不断满足自身经济、生产及生活需要的同时,也造成了大量的有机污染物进入环境,通过长时间积累,浓度较低的有机污染物,会被生物放大和食物链的富集输送,这将会持久或潜在的危害自身生态环境和人体健康。常见的有机污染物有: 有机氯化合物、多环芳烃、农药等。由于MHSPE具有诸多优点,越来越多的文献报道将其用于分析检测环境样品中有机污染物( 见表2) 。Manuel Cantero研究小组[26]将氧化铝- SDS填充在萃取柱中,利用疏水力和离子间作用力富集环境水样中的烷基酚聚氧乙烯醚( APEO) 和乙氧基化合物( AE) ,联合MS进行定量分析; Ana Ballesteros -Go'mez等[27]通过化学吸附的方法将烷基羧化物( C10~ C18) 吸附在磁性氧化物表面形成混合半胶束,并首次应用于萃取环境水样中的致癌物多环芳烃,富集倍数达到116,并且该萃取剂不受离子强度( < 1 M) 和p H( 2. 5 ~ 9) 的影响; Li等[28]首次将离子液体引入混合半胶束固相萃取技术,比较了不同结构的离子液体对于萃取效果的影响,结果发现十二烷基咪唑溴盐的离子液体对于苯酚类物质的萃取效果最佳。
3. 3 药物残留的检测
食品中的药物残留会直接影响到食品安全性,环境中的药物残留则会通过食物链的传递而富集,从而危害到人类的身体健康。采用恰当的检测方法,快速准确的检出食品、环境中的未知残留及痕量残留是确保安全的重要环节。Li等[35]将MHSPE应用于分析环境水样中的五种磺胺类药物,并比较了三种混合半胶束固相萃取剂的富集效果; Zhu等[46]提出在Fe3O4NP表面包覆Si O2,增加其生物相容性,并用CTAB在其表面制备混合半胶束,首次成功萃取生物样品中的中药大黄类物质,扩宽了MHSPE的应用体系。He等[37]基于溶剂热法制备Fe3O4/ Si O2NP,并分别吸附CTAB和C16mim Br形成混合半胶束固相萃取剂,对生物样品中的痕量黄酮类物质进行萃取和富集; Xiao等[20]首次将MCNTs/Si O2NP应用于MHSPE富集尿液中黄酮类物质,比较C16mim Br - Fe3O4/ Si O2NPs和C16mim Br -MCNTs / Si O2NPs两种萃取剂的回收率,结果表明因为MCNTs Si O2NPs具有更高的比表面积和显著的力学特性,更适用于高效、快速的萃取尿液中的痕量物质。表3 列出了MHSPE在药物残留分析中的应用情况。
4 结论及展望
本文综述了混合半胶束固相萃取技术的原理、制备材料及其结合色谱技术在有机污染物、重金属离子和药物残留中的应用,虽然MHSPE具有快速、简单、回收率高等优点,为复杂基质中痕量物质的分析测定开辟了新途径,但是无选择性,因此开发有选择性的混合半胶束固相萃取剂应是今后研究的难点和重点; 此外,现在研究多关注于发展新材料萃取常见化合物的技术方法,可进一步总结探讨何种类型药物更适合用混合半胶束固相萃取技术,以便用作商业用途。
蠕虫状胶束的形成及其油田应用 篇2
1 影响WLM形成的因素
1.1 内部影响因素
形成WLM的内在因素主要有表面活性剂的分子结构(见图1)、助溶盐的种类、助表面活性剂的种类以及表面活性剂的复配。
1.1.1 表面活性剂分子结构对WLM的影响
评述表面活性剂分子的几何结构对于WLM形成的影响时常用到临界排列参数Pc:
Pc=V/(L·A)
式中:V为表面活性剂中疏水基的体积,L为疏水链的最大伸展长度,A为亲水基在紧密排列的单层中所占有的面积。Pc取不同值时,分子堆集方式不同,胶束呈现不同的结构。当Pc≤1/3时,表面活性剂分子聚集呈球状;当Pc≥1/2时,表面活性剂分子聚集成薄层状[2];当1/3≤Pc≤1/2时,表面活性剂分子亲水末端的曲率比沿着疏水圆柱母线的曲率大很多,末端表面能较大,这种高能量促使分子末端亲水基呈卷缩状态,同时,胶束链沿着一维方向拉长为长棒状的聚集体,如果这些聚集体相互缠绕,便形成了WLM[3]。
1.1.2 助溶盐
助溶盐的加入可以屏蔽表面活性剂亲水基之间的斥力,增加分子末端能,促进胶束生长[2]。助溶盐与表面活性剂胶束表面的连接能力越强,胶束沿轴向方向生长的能力越大,越有利于WLM的形成。在表面活性剂中常加入的助溶盐包括无机盐和有机盐。无机反离子(如氯离子、溴离子等)与离子胶束表面的连接能力较弱,一般仅缓慢促进胶束的生长,而有机反离子连接能力较高,常常能显著提高胶束的生长能力。
(1)无机助溶盐
无机盐能有效减少油水界面的最佳分子排布面积,增大胶束末端能(Ec),从而促使胶束增长[2]。
在阳离子表面活剂中常加入的无机助溶盐包括氯化钠、溴化钠等。以常用的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为例,当加入无机助溶盐的物质的量多于表面活性剂时,体系就可以逐渐形成长而柔的WLM[4]。阴离子型WLM体系的研究常常集中在两类物质:十二烷基硫酸钠(SDS)体系和油酸盐体系。阴离子体系一般粘度较低,在热条件下不稳定,形成WLM的难度较大,而无机盐的加入常常能较好地提高热稳定性。对于SDS,金属离子随着电荷的变化,增粘效果也有所不同:Al3+>Mg2+>Ca2+>Na+>K+ [3],但是对于具有较长疏水链的表面活性剂,增粘能力相差不大,如在油酸钠体系里,一价离子仍然可以很好地促进WLM的形成[5,6]。
(2)有机助溶盐
有机盐是WLM形成的常用促进剂。由于有机盐的电性与表面活性剂头基相反且自身常常带有一个较大的疏水基团,因此两方面的协同作用可以促使胶束的快速生长。常见的有机助溶盐包括水杨酸盐、对甲基苯磺酸盐、对氯苯甲酸盐、二氯苯甲酸盐及它们的部分同系物[3]。P. A. Hassan[7]首次在SDS中添加对甲苯胺盐来促进胶束的生长,对甲苯胺盐巨大的疏水芳香基团、头基与反离子的静电相互作用以及静电屏蔽可以快速促进胶束增长。Srinivasa R.等[8]对比研究了无机盐氯化钠与有机盐水杨酸钠对阳离子表面活性剂二十二烷基二(羟乙基)甲基氯化铵型甜菜碱(EHAC)和二十二烷基三甲基氯化铵型甜菜碱(ETAC)的胶束形成的作用,发现具有反离子键合能力的有机盐能够较深地插入胶束表面,形成强的离子键作用,更有利于WLM的形成,同时,有机盐诱发的WLM体系还具有很强的耐高温性。盐的结构微变也可能引起胶束结构的重大变化,在甲基苯铵盐体系中,随着甲基不断远离铵盐,WLM的形成能力随之变化[9]。
1.1.3 助表面活性剂
一些助表面活性剂(碳链为中等长度的极性小分子有机物)如短链醇、胺类等常常能较好地促进WLM的形成。这是因为助表面活性剂头基较小,能有效降低整个分子的平均亲水面积(A值),从而增大Pc值。研究发现,在某些体系里加入助表面活性剂能可逆地改变胶束形态,如N-辛醇与溴化钾、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)混合的胶束体系在温度的调节下可以由囊泡状胶束转变为WLM,该体系在82℃有一个明显的囊泡-凝胶转变[10]。Yun fei Yan等[11]认为胶束的转变很大程度依赖于助表面活性剂与胶束内部的疏水作用,作用越强,助表面活性剂的溶解能力越强,胶束越容易向WLM转变,并且简单盐的加入常常能增大助表面活性剂的疏水能力。
1.1.4 表面活性剂的复配
根据不同目的,人们已经成功配对了许多“表面活性剂对”,如阳离子-阴离子、离子-非离子、混合非离子等。表面活性剂混合时,各组分链的长度对WLM形成的影响很大。n-烷基三甲基溴化铵(nTAB)是常用的阳离子表面活性剂主剂,当与烷酸钠(NaOA)混合时,若两表面活性剂的疏水链都比较长,相互作用较大,等物质的量加入时,甚至能导致阳离子盐的析出;当两组分疏水链一短一长,并且相差很大时,表面活性剂间的作用较弱,胶束增长缓慢;当表面活性剂链一个较长,一个长度适中时,其相互作用适中,既不形成沉淀,又能刚好促进胶束生长。由这些规律可以预测某种胶束的形成,如八烷基三甲基溴化铵与油酸钠可产生比较明显的胶束转变[12]。链的长度同样影响两非离子的混合,在十二烷基聚氧乙烯醚诱导胆固醇聚氧乙烯醚形成蠕虫状胶束的过程中,随着氧乙烯链的变长,其诱导能力逐惭减弱[13]。
1.2 外部因素对WLM的影响
某些外部因素包括温度、pH值、光、电等的改变也能控制WLM的形成。能在这些条件下改变胶束形态的材料分别称为温度敏感型、pH敏感性、光控(PR)、电控(ER)材料[14]。
1.2.1 温度
温度对表面活性剂的影响主要表现为浊点和Krafft点。在非离子表面活性剂里,当温度达到浊点时,亲水的氧乙烯基团在高温下水解,胶束结构破坏,聚集数快速增大,并最终导致相态的分离。相反,离子表面活性剂胶束的聚集尺寸一般随着温度的升高而减小,网络结构的变化常常导致WLM体系的转化[15]。但Gokul C.等[16]发现在芥子酸衍生的表面活性剂EHAC(13-二十二烯基二羟乙基甲基氯化铵)和2-羟基-3-萘甲酸钠(SHNC)的混合体系里,温度的迅速升高反而能促使WLM体系的形成,这主要是由于SHNC的加入使得圆柱状胶束外吸附了具有强大疏水基团的萘环结构,随着温度的升高,HNC负离子开始逐渐解吸附,表面电荷降低,胶束有足够的空间生长并最终转变为WLM。另一些研究表明温度的变化也可促使胶束从其它类型转变为WLM,如Tanner S.等[17]报道了CTAB和5-甲基水杨酸的混合体系,在升高温度时,会由囊泡状结构状变为WLM,体系由低粘度的牛顿流体变成粘弹性的剪切变稀流体,粘度急剧增大。
1.2.2 pH值
pH值能有效调节助溶盐的分子结构和亲水性,从而改变表面活性剂分子与助水盐之间的相互作用。Yiyang Lin等[18]通过添加不同种类的助溶盐形成了可逆的pH响应的WLM。如邻苯二甲酸钾、2-萘磷酸钠、3-烃基苯甲酸等加入CTAB中,可使体系在强酸条件下形成高粘度的WLM。同时,该体系又可以在碱性条件下复原为原胶束。
1.2.3 光
当表面活性剂结构中含有生色团时,在光的作用下,分子可以进行二聚合、分子聚合、分子的剪切以及顺反同分异构体的互相转化,分子结构的变化可以导致表面活性、胶束结构等的变化[19]。Aimee等[14]报道了光诱发的CTAB与甲氧基肉桂酸(OMCA)胶束变化,当OMCA处于反式构型时,分子与CTAB紧密相连,溶液表现为高粘弹性的WLM;当受到紫外光照射时,反式的OMCA转变为顺式结构,由于顺式结构不易进入胶束表面且更加具有疏水性,分子容易从胶束表层滑移,从而导致WLM结构的崩塌,体系粘度迅速降低。Itsuro Tomatsu等[20]依据α-环糊精的分子识别性能,将3种物质R-CD、p(AA/C12)和偶氮苯-4,4-二羧酸(ADA)混合得到了光响应型的WLM,此体系能在可见光的照射下,由溶液转变为WLM,同时,在紫外光的照射下又能够复原为原来的胶束状态。
1.2.4 电
Koji等[21]报道(1,1-二茂铁离子)十一烷基三甲基溴化铵(FTMA)和水杨酸钠体系在电解还原作用下失去电子可形成粘弹性的WLM。体系在电压作用下可依靠电解促使二茂铁离子还原成二茂铁基,使铁离子端从亲水变成疏水,胶束从椭圆状变成蠕虫状,体系的粘度迅速上升(见图2)。
2 WLM胶束在油田开采中的应用
2.1 压裂液
压裂是借助外界压力将储油层的裂缝扩大以减小原油流动阻力的一种采油技术。压裂液是在压裂过程中使用的流体,通常采用羟丙基瓜胶等改性的天然聚合物,聚合物体系粘度高,施工方便,压裂效果好,但存在一个共同缺陷即不易破胶且破胶后残渣滞留在裂缝内,降低支撑剂充填层的渗透率及油井的产出效率。由小分子表面活性剂形成的蠕虫状胶束可以很好地克服这些缺点[22],故称为清洁压裂液(VES),相比聚合物压裂液,VES体系具有如下优点。
(1)高导流,低残渣。
VES在水中可以形成WLM,体系在拥有高粘度的同时可降低残渣在支撑剂填充带和裂缝表面上的吸附,从而形成高导流能力的裂缝。当VES在地层中与油气相遇或被地层水冲洗稀释时,表面活性剂之间的斥力就会变小,WLM转变成球形胶束,这些球形胶束彼此不缠结,具有与水相似的粘度,因此不会留下任何残渣,而且流体非常容易返排至地面,不伤害地层。
(2)悬沙效果好,滤失量少。
由于VES是剪切稀释型流体,在施工过程中需要的压力比较小,流体流速较慢,具有良好的悬沙效果。同时,滤失量也比常规压裂液少,因此可以减少地层伤害。
(3)效率高,成本低。
VES工作效率高,成分简单,不需要添加过多助剂,相比聚合物压裂液,同样规模的施工,其耗液量减少1/2以上,用较少的材料就可实现更有效的缝长和更高的产能。
由于上述优良的综合性能,近年来,国内外各种VES专利不断涌现,其主剂主要有以下几类:阳离子型[23]、两性离子型[24]、阴离子和非离子及两性表面活性剂复合体系[25]、离子型与聚合物复合体系[26]。目前的清洁压裂液主要采用季铵盐作为压裂液主剂,由于阳离子表面活性剂不可避免的地层伤害性,VES的发展仍然任重道远,笔者认为今后的研究将集中在以下方向:更加环境友好、成本低廉、易降解的表面活性剂基WLM的研制;粘度能在低盐浓度下高温短时保持并且快速破胶的VES的研制[22];具有酸化能力的压裂液,或者具有自转向酸化技术的VES的研制[27,28];低成本的阴离子表面活性剂WLM形成的VES的研制。
2.2 三次采油中的驱油剂
目前,在石油开采行业常用到三次采油技术,如何利用表面活性剂驱来达到三次采油目的引起了人们极大关注。阴离子WLM的高界面活性和高黏度能很好地满足三次采油驱油剂的基本要求,由于体系无聚合物,可以很好地保证洗油效率和波及系数。室内研究发现油酸钠WLM作为驱油剂的驱油效率超过20%[29]。
近年来,WLM依靠其动态粘弹性和环境友好性在油气开采行业脱颖而出,逐渐替代了传统的聚合物类助剂,打破了聚合物类助剂在该领域的长期垄断地位。但是其经济性和高效性上的进一步发展仍然依赖于研究者的不断努力。
3 结语
混合胶束 篇3
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
721可见分光光度计,上海菁华科技仪器有限公司;PHS-3C型数字式酸度计,金坛市金分仪器有限责任公司;双量程电子分析天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司。
KAl(SO4)2·12H2O(A.R);聚乙二醇(AR);铬天青S(C23H13Cl2Na3O9S)(AR);冰醋酸(AR);乙酸钠(AR)。
1.2 溶液的配制
铝标准溶液(25 μg/mL):准确称取0.1098g硫酸铝钾[KAL(SO4)·12H2O]固体,定容于250 mL容量瓶中;
聚乙二醇溶液20 g/L:称取2 g聚乙二醇固体,定容于100 mL容量瓶中;
铬天青S(C23H13Cl2Na3O9S) 1 g/L:称取0.1 g(精确至0.001 g)铬天青固体,溶于100 mL 1:1乙醇溶液中;
醋酸溶液1 mol/L:称取冰醋酸(CH3COOH) 6 g,定容于100 mL容量瓶中;
醋酸-醋酸钠缓冲液(pH=6.0):称取醋酸钠10.92 g固体,加1 mol/L醋酸溶液4 mL溶解,定容于100 mL容量瓶中。
1.3 样品处理
准确称取1 g绿茶样品置于坩埚中,待碳化后,在马弗炉中以600 ℃烘 4～5 h 直到样品灰化至恒质量,移入小烧杯中,加4 mL浓HNO3消化,蒸至2 mL,加1 mL HClO4至冒尽白烟,加1 mL HCl及少量水溶解残渣,移入500 mL容量瓶中,冷却后用蒸馏水定容,摇匀待用[4]。
1.4 实验方法
移取5.0 mL的25 μg/mL的铝标准溶液于25 mL容量瓶中,并加入1 g/L铬天青S 3 mL,20 g/L聚乙二醇5 mL,乙酸-乙酸钠缓冲液5 mL,用水稀释至刻度,摇匀,放置10 min后,以试剂空白作参比溶液,用1 cm比色皿于最佳波长处测定吸光度。
2 结果与讨论
2.1 铝标准溶液吸收曲线
按1.4的试验方法在510～600 nm波长范围内分别测定不同波长下铝标准溶液的吸光度,绘制Al-CAS-PEG体系的吸收曲线,结果如图1所示,三元络合物的最大吸收波长为549 nm。
2.2 酸度的影响
按照1.4的实验方法,在波长为549 nm处,pH值在4.0～6.0酸度范围内测量吸光度,找出最佳酸度。结果见图2。结果表明:当溶液pH 值在4.5～5.5时,体系的吸光度相对较稳定,在pH=5.0时吸光度最大,因此实验的最佳酸度是pH=5.0。
2.3 聚乙二醇的稳定作用
Al-CAS显色不稳定,吸光度随时间推移而不断下降,当加入聚乙二醇PEG后,Al-CAS-PEG三元体系在弱酸性条件下显酒红色,稳定性大大提高。一般20 g/L PEG 的用量在0.5～2.5 mL时显色完全,吸光度最大且稳定。
按照1.4的实验方法,在波长为549 nm处,溶液pH=5的条件下,分别测定不同PEG用量下的吸光度,找出最佳PEG用量。结果见图3。结果表明:聚乙二醇PEG的用量为2 mL时吸光度最大,因此实验的PEG用量为2 mL。
2.4 显色时间的影响
按照1.4的实验方法,在波长为549 nm处,溶液pH=5,PEG用量为2 mL的条件下,分别测定5 min,10 min,15 min,20 min,30 min不同显色时间的分光度,结果见图4。结果表明:当显色时间大于10 min后,吸光度趋于稳定,故选择显色时间为10 min。
2.5 工作曲线
准确移取0.0 mL,1.0 mL,3.0 mL,5.0 mL,7.0 mL,9.0 mL 25 μg/mL的铝标准溶液于25 mL容量瓶中,在所确定的最佳显色条件下,加入聚乙二醇5 mL,pH=5的乙酸-乙酸钠缓冲液5 mL,放置10 min后,在波长为549 nm条件下,以试剂空白为参比溶液,测定标准溶液的吸光度,绘制工作曲线,结果见图5。结果表明:铝浓度在0～7 μg/mL范围内符合朗伯-比耳定律,其回归方程为y=0.1519x-0.0371,线性相关系数R2=0.9956。
2.6 精密度的测定
取10支25 mL的比色管,加入1 g/L铬天青S 3 mL,20 g/L聚乙二醇5 mL,乙酸-乙酸钠缓冲液5 mL,用水稀释至刻度,摇匀,放置10 min后,以水作参比,测其吸光度。结果见表1。结果表明:实验的精密度为2.31%,精密度符合实验要求(﹤5%)。
2.7 实际样品分析
按照1.3方法处理茶叶样品后,分别移取两种绿茶试样溶液5 mL于25 mL的容量瓶中,加入pH=5的乙酸-乙酸钠缓冲液5 mL,20 g/L聚乙二醇溶液5 mL,1 g/L铬天青S 3mL,放置10 min后,在波长为549 nm处测量两种绿茶的吸光度。结果见表2。
世界卫生组织(WHO)1980规定饮用水铝限量为0.2 mg/L[5],测得上述两种茶叶中铝含量均超过200 μg/g,若成人每日浸泡1.5～3 g茶叶,饮茶200 mL,则茶汤中铝含量为1.5～3 mg/L,高于WHO规定饮用水铝限量标准的7～15倍。因此,常用第一泡茶冲洗茶杯,这种饮茶习惯可以减少铝的摄入量。
3 结 论
Al-CAS-PEG三元络合体系分光光度法测茶叶中铝含量, 操作简单, 灵敏度高, 稳定性好,数据准确, 精密度好, 在0～7 μg/mL 的浓度范围内线性关系良好, 适用于茶叶中铝的检测。
摘要：在pH=5.0的乙酸-乙酸钠条件下,铝-铬天青S-乙二醇形成三元配合物。测定在最的吸收波长为549 nm处,对浓度在0～7μg/mL范围内的铝标准溶液的吸光度进行测定,结果表明:三元配合物吸光度与铝标准溶液浓度有良好的线性关系,标准工作曲线回归方程为y=0.1519x-0.0371,线性相关系数R2=0.9956,相对标准偏差RSD为2.31%。该法操作简单,显色灵敏、稳定、精密度高。适用于茶叶中铝含量测定的要求。
关键词：茶叶,铝,铬天青S,聚乙二醇
参考文献
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[4]郭金全.茶叶中总铝含量的测定[J].食品科技,2009,34(9):273-276.
混合胶束 篇4
关键词：葵花蛋白,反胶束,响应面分析,后萃取率
葵花籽是世界第二大油料作物, 含有20%～30%的蛋白质, 必需氨基酸的含量均较高, 是一种营养丰富的油料资源和蛋白质资源[1]。反胶束法萃取蛋白质主要包括2个步骤:前萃取和后萃取。所谓前萃取是指在宏观两相 (有机相和水相) 界面间的表面活性剂层同邻近的蛋白质发生静电作用而变形, 接着在两相界面形成了包含有生物活性物的反胶束, 此反胶束扩散进入有机相, 从而实现蛋白质的萃取分离[2];所谓后萃取即将反胶束溶液和KCl溶液接触, 调节溶液的pH值和离子强度等因素, 使蛋白质转入水相[3～6]。
本文主要研究了在反胶束法后萃取脱脂葵花蛋白的过程中, 各种工艺参数对后萃取过程的影响, 并且在单因素试验的基础上, 通过响应面分析确定了反胶束法后萃取脱脂葵花蛋白的最佳工艺条件。反胶束法具有良好的工业应用前景, 可提高葵花蛋白资源的利用率。
1 试验材料与方法
1.1 材料和试剂
脱脂葵花粕, 试验室自制。
二辛基琥珀酸磺酸钠 (AOT) 为试验试剂;异辛烷、氯化钾、氢氧化钠、硼酸、浓硫酸、碳酸氢钠、柠檬酸、盐酸、磷酸氢二钠和氯化钠等均为国产分析纯, 购于国药集团化学试剂有限公司。
DF-Ⅱ集热式磁力加热搅拌器、TDL-5-A台式离心机、电热恒温鼓风干燥箱和PHS-3C精密pH计。
1.2 试验方法
1.2.1 反胶束法前萃液的制备
准确称取一定量的脱脂葵花粕粉加入到反胶束溶液中, 用磁力搅拌器37℃搅拌1h, 然后5 000r/min离心20min, 取上清液 (即为前萃液) , 测量体积, 取5mL萃取液消化, 最后定氮, 计算反胶束法前萃取脱脂葵花粕蛋白含量。
1.2.2 反胶束法后萃取脱脂葵花蛋白
将前萃液加入到等体积的具有一定pH值 (8.5、9.0、9.5、10.0和10.5) 和离子强度 (0.50、0.75、1.00、1.25和1.50mol/L) 的KCl缓冲溶液, 在磁力搅拌器上搅拌一定时间 (20、30、40、50和60min) , 萃取温度均为40℃。然后将上述溶液置于分液漏斗中, 静置, 使其分层, 取下层水相 (蛋白质中残留部分AOT) 5mL进行消化, 用微量的凯式定氮法分析其蛋白质含量, 计算蛋白质后萃取率。蛋白质后萃取率按如下公式计算:
1.2.3 后萃取单因素试验
(1) KCl浓度对脱脂葵花蛋白后萃取率的影响。分别量取50mL萃取液置于5个干净的250mL烧杯中, 再向其中加入KCl浓度分别为0.50、0.75、1.00、1.25和1.50mol/L, pH值10.0的KCl缓冲溶液50mL, 萃取温度为40℃。在磁力搅拌器上搅拌50min。之后倒入分液漏斗中, 分层后取下层液体 (含蛋白质) , 从中取5mL进行消化, 最后用凯式定氮法测出蛋白质含量, 计算后萃取率。
(2) pH值对脱脂葵花蛋白后萃取率的影响。分别量取50mL萃取液置于5个干净的250mL烧杯中, 再向其中各加入用1.0mol/L的KCl, pH值分别为8.5、9.0、9.5、10.0和10.5的KCl缓冲溶液各50mL, 萃取温度为40℃。在磁力搅拌器上搅拌50min。之后倒入分液漏斗中, 分层后取下层液体 (含蛋白质) , 从中取5mL进行消化, 最后用凯式定氮法测出蛋白质含量, 计算后萃取率。
(3) 萃取时间对脱脂葵花蛋白后萃取率的影响。分别量取50mL萃取液置于5个干净的250mL烧杯中, 再向其中各加入50mL KCl浓度为1.0mol/L, pH值10.0的KCl缓冲溶液, 萃取温度为40℃。在磁力搅拌器上分别搅拌20、30、40、50和60min。之后倒入分液漏斗中, 分层后取下层液体 (含蛋白质) , 从中取5mL进行消化, 最后用凯式定氮法测出蛋白质含量, 计算后萃取率。
1.2.4 反胶束法后萃取脱脂葵花蛋白的响应面试验设计
采用Box-Behnken试验设计方案, 以萃取时间、缓冲液pH值和KCl浓度3个因素为自变量, 以脱脂葵花蛋白后萃取率为响应值, 设计三因素三水平的响应面分析试验。
2 结果与分析
2.1 KCl浓度对脱脂葵花蛋白后萃取率的影响
由图1可知:当KCl浓度从0.50mol/L增加到1.25mol/L时, 蛋白后萃取率显著增加, 再继续增加KCl浓度, 蛋白后萃取率呈现下降的趋势, 这是因为离子强度增加时, 在胶束内部产生静电屏蔽作用, 使蛋白质分子与AOT分子之间的静电作用减弱, 发生解聚, 而且, 高离子强度产生的屏蔽效应会使表面活性剂极性头之间的斥力减弱, 水核半径减小, 这些因素有利于蛋白质分子进入到缓冲溶液中, 使蛋白后萃率增加。但是盐浓度过高, 脱脂葵花蛋白的后萃率随之下降, 其可能原因是当离子浓度过大时, 盐对蛋白质的盐析作用也增强, 造成蛋白质的提取率下降。所以在响应面分析中, 本研究选择KCl浓度1.25mol/L作为中心点。
2.2 pH值对脱脂葵花蛋白后萃取率的影响
由图2可知:KCl缓冲液pH值从8.5变化到9.5时, 蛋白后萃取率显著增加, 这符合蛋白质在水中的溶解特性, 主要是因为蛋白质的后萃率与蛋白质在水溶液中的溶解度有非常大的关系。而当pH值从9.5增加到10.5时, 蛋白后萃率又显著降低, 这可能是由于随着pH值继续增加, 蛋白质带负电荷数量增加, 使蛋白质和反胶束的疏水作用增强, 不利于蛋白质从反胶束溶液进入水相, 因此蛋白质后萃率降低。通过本试验可知, 在反胶束法提取脱脂葵花蛋白的后萃取过程中, 与AOT结合的脱脂葵花蛋白在缓冲溶液中的最佳溶解pH值是9.5。
2.3 萃取时间对脱脂葵花蛋白后萃取率的影响
由图3可知:随着萃取时间的增加, 脱脂葵花籽蛋白后萃取率在20～40min急剧上升, 50min时达到最大值, 到60min左右基本保持平衡, 原因是随着萃取时间的延长, 蛋白分子逐渐转入缓冲溶液中, 使蛋白后萃取率增加。由图说明50min为反胶束法后萃取脱脂葵花蛋白的最适合的提取时间。
2.4 反胶束法后萃取葵花蛋白工艺条件的优化
在单因素试验基础上, 固定萃取温度40℃, 选择萃取时间、缓冲液的pH值和KCl浓度3个因素为自变量, 采用中心组合设计对反胶束法后萃取脱脂葵花蛋白的工艺条件做进一步优化。
2.4.1 试验结果及方差分析
Box-Behnken试验设计方案及相应的响应值在表1中给出。由SAS对表1中的试验数据进行回归拟合, 获得二次多项回归方程为:
由表2的回归方程的方差分析可知:模型p=0.0209<0.05, 表明模型方程显著, 即不同萃取条件对脱脂葵花蛋白后萃取率影响显著;整个模型的R2为0.9289, 变异系数为9.1370, 说明模型的拟合度很好, 可以准确地反应自变量之间的关系。由表2的回归方程的各项系数显著性检验可知:一次项 (p<0.05) 、二次项 (p<0.05) 对脱脂葵花蛋白后萃取率影响显著, 而交互相作用不显著 (p>0.05) 。
2.4.2 响应面分析
由响应曲面分析可知:X1 (KCl浓度) 对响应值的影响最大, 其次为X2 (p H值) , 而X3 (萃取时间) 对响应值的影响较小。另外, 回归方程存在稳定点, 稳定点是极大值点, 通过岭嵴分析 (ridge analysis) 得到极大值。所对应的各主要因素 (X1、X2、X3) 的编码值分别为 (0.404560、-0.027136、0.011218) , 即最佳条件是:KCl浓度1.35mol/L、缓冲液pH值9.49和萃取时间50min, 此时脱脂葵花蛋白后萃率达到52.54%, 与模型的预测值 (53.17%) 基本相符。
3 结论
利用反胶束的方法从脱脂葵花粕中萃取蛋白质是可行的, 与传统的葵花蛋白提取方法——盐溶碱提酸沉法相比, 具有能耗低, 不产生酸碱废水, 萃取环境温和, 易放大和实现连续操作等优点, 具有很好的工业开发应用前景。通过单因素和响应面试验确定了葵花蛋白前萃取最佳工艺条件为:KCl浓度1.35mol/L、缓冲液pH值9.49和萃取时间50min, 此时脱脂葵花蛋白后萃率达到52.54%, 与模型的预测值 (53.17%) 基本相符。
参考文献
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混合胶束 篇5
反胶束是表面活性剂分子在非极性有机溶剂中自发形成具有热力学稳定性的纳米级聚集体, 在反胶束体系内部, 亲水分子极性头基相互聚集形成一个“极性核”, 水可溶解到该极性核中形成一个纳米大小的“水池”, 由于反胶束体系这种独特结构, 不仅为酶催化水解反应提供了巨大的油水界面, 而且还可避免酶与周围有机溶剂直接接触, 从而使酶保持较高活性。此外, 由于反胶束的极性核内具有生理环境, 在反胶束体系下大多数酶可保持较高活性和稳定性, 有时甚至表现出超活性。
本文以大豆油为底物, 考察了脂肪酶在AOT-异丁烷反胶束中, 底物浓度、温度、缓冲液pH值、AOT浓度和含水量 (ω0) 等因素对催化水解效率的影响。并对脂肪酶在反胶束体系和油/水双相体系中催化性能的对比。
1 试验部分
1.1 反胶束溶液的配制
用电子天平称取一定量 (2~16g) 的表面活性剂 (AOT) , 将其置于250mL的带塞锥形瓶中, 然后加入50mL异辛烷, 用磁力搅拌器搅拌使之完全溶解, 待溶液透明澄清后, 将其转移到容量瓶中, 室温下存放备用。
1.2 缓冲溶液的配制
准确称取4.54g的磷酸二氢钾、5.94g的磷酸氢二钠分别置于500mL的容量瓶中。然后加入去离子水定容至500mL, 从而配制成1/15mol/L的磷酸二氢钾、1/15mol/L的磷酸氢二钠溶液。这两种溶液按不同比例混合, 从而得到不同pH值的缓冲溶液。
1.3 酶液的配制
称取一定量的脂肪酶, 溶于适量的0.05mol/L的磷酸缓冲液中, 用高速组织捣碎机捣碎3min, 用离心机在3000r/min下离心5min, 取上层清液贮于冰箱内备用。
1.4 含酶反胶团的制备方法
将适量溶有脂肪酶的缓冲溶液, 用微量注射器注入到一定浓度的AOT-异辛烷反胶束溶液中, 立即振荡混合至溶液澄清, 即得含酶的反胶束。改变注入的缓冲溶液量, 可以调节反胶束的ω0值。
反胶束溶液中水分含量 (ω0) 的计算公式为:
1.5 脂肪酸含量测定方法
1.5.1 1mol/L的KOH乙醇溶液的配制
用电子天平称取1.064g AgNO3溶于2m L蒸馏水中, 然后倒入500mL 95%乙醇摇匀, 另取化学纯KOH 1.968 9g溶于8m L热乙醇中, 冷却后再注入上述乙醇溶液, 有棕色沉淀产生, 再摇匀静置30h, 移出澄清液再进行蒸馏。然后称取2.042 6g KOH溶于蒸馏所得的500m L乙醇中, 倾倒出上层清液即得0.1mol/L的KOH乙醇溶液, 贮存于容量瓶中备用。
1.5.2 大豆油酸值和皂化值的测定
大豆色拉油酸值 (AV) 的测定, 采用GB 9104.3-88得AV=0.07 (KOH) / (mg/g) ;大豆色拉油皂化值 (SV) 的测定, 采用GB 9104.2-88得SV=196.54 (KOH) / (mg/g) 。
1.5.3 脂肪酸含量的测定
本文用水解率来表示脂肪酶催化水解大豆油的效果。测定时, 取大约10m L大豆油的水解液于离心管中, 在3 000r/min的转速下离心10min, 准确称取上层有机相液体2g, 加入2滴1%的酚酞指示剂, 用0.1mol/L的KOH乙醇溶液滴定至溶液呈淡红色。用以下公式计算可得大豆油的水解率:
式中:VKOH为滴定大豆油的水解样消耗KOH的乙醇溶液的体积, mL;CKOH为KOH的乙醇溶液的浓度, mol/L;W有机相为称取上层有机相的质量, g;56.1为KOH的摩尔质量, g/mol。
2 结果与分析
2.1 底物浓度的影响
反应条件:CAOT=5g/50mL异辛烷, VAOT=10mL, pH值7.0, ω0=12.5;T=311K, t=5h。
由图1可知:随底物浓度的增大, 脂肪酸产量增加, 但水解率随之下降。当大豆油的浓度为2.5% (V/V) 时, 经5h水解后, 水解率可达到88%。由图还可知, 在反应开始的一段时间内, 反应速度比较快, 随后就减缓了。这可能是由于反应时间延长, 反胶团中脂肪酶的活性降低所致;此外, 水解甘油单酯比水解甘油三酯困难得多, 也是导致水解率下降的原因之一。
2.2 温度的影响
反应条件:大豆油10% (V/V) , VAOT=10mL, CAOT=8g/50m L异辛烷, p H值7.17, ω0=12.5, C酶=0.02g/mL, t=5h。
由图2可知:反胶束体系中脂肪酶的最佳反应温度为313K。当温度小于313K时, 反应受热力学影响较大, 被活化的分子数较少, 反应速度较小;随着温度的升高, 活化分子数增加, 反应速度增加。当温度高于313K时, 热力学对反应的影响变为次要因素, 酶的热失活上升为主要影响因素, 温度越高, 酶失活越快, 反应速度越慢。这正是生物催化剂与一般催化剂的不同之处。
2.3 pH值的影响
反应条件:大豆油10% (V/V) , VAOT=10mL, CAOT=8g/50mL异辛烷, T=298K, ω0=12.5, C酶=0.04g/mL, t=6h。
由图3可知:反胶束中脂肪酶在pH值为7.2左右时活力最高, 这与Lipolase100T脂肪酶在两相系统中催化大豆油水解的最适pH值 (8.0) 有所不同, 其原因是反胶束“水池”的微观特性不同于主体水。
2.4 缓冲溶液中脂肪酶的浓度的影响
反应条件:大豆油10% (V/V) ;VAOT=10m L, T=298K, ω0=12.5, pH值7.17, CAOT=8g/50m L, t=6h。
由图4可知:酶的浓度越大, 水解的效果越好。这是因为有更多的脂肪酶溶于反胶束中, 则参与催化水解反应的脂肪酶的量比较多, 因而水解率升高。但是当脂肪酶的浓度大于0.04g/mL时, 水解率反而有点下降, 这可能是因为过多的脂肪酶不能溶到反胶束中, 抑制了反应的进行。
2.5 AOT浓度的影响
反应条件:大豆油10% (V/V) ;VAOT=10mL, T=298K, ω0=12.5, pH值7.17, C酶=0.04g/mL, t=6h。
由图5可知:AOT浓度的改变对大豆油的水解率有较大的影响。在ω0值一定时, 表面活性剂 (AOT) 浓度的增加, 反胶束数目随之增加, 反胶束的初始含水量增加, 而初始含水量会影响水解平衡向正反应的方向进行, 从而导致大豆油的水解率随AOT浓度增加而增大。但是过高的表面活性剂浓度会对脂肪酶的催化活性产生抑制作用。本试验中AOT的浓度为8g/50mL异辛烷时, 脂肪酶催化大豆油的水解率最高为53.6%。而后随着AOT浓度的增大, 大豆油的水解率减小, 其变化规律与相关文献的研究结果一致。
2.6 含水量 (ω0) 的影响
反应条件:大豆油10% (V/V) ;VAOT=10m L, T=298K, C酶=0.04g/mL, pH值7.17, CAOT=8g/50m L, t=10h。
由图6可知:在AOT和大豆油的浓度不变时, 在该体系中ω0值对大豆油的水解率有较大的影响, 当ω0=12.5时, 初始反应速度最大, 酶活性最高。当ω0值很小时, 脂肪酶活力很低, 原因是反胶束中所含水仅仅能够供脂肪酶分子与表面活性剂分子发生水合作用, 而没有多余的水用于水解反应。当ω0>12.5时, 随ω0的增大, 脂肪酶的活力也会下降, 原因可能是, ω0值的增大在对增大脂肪酶活性有利的同时, 又对底物的分配产生不利的影响, 从而使亲油底物甘油三酯和甘油二酯几乎全部分配在油相中, 影响相平衡;另一方面, 认为脂肪酶分子几乎全部与水滴相结合, 或是在其内部, 或是在水滴表面, 有更多的脂肪酶分子被包埋于“水池”中, 对于形成脂肪酶-底物复合物更加不利, 故ω0值过大时, 脂肪酶活力同样下降。
3 两种体系中脂肪酶水解效果的比较
3.1 温度的影响
由图7可知:LBK-100BP在AOT-异辛烷反胶束体系中催化大豆油水解的最佳温度与在油水双相体系中的最佳温度一样, 都是313K, 而且在313K以下, 脂肪酶的活力随温度的关系也符合Arrhenius方程:
式中:Ar为脂肪酶的相对活力;Ea为酶促反应的活化能;T为热力学温度;R为气体常数, 8.314J/K;K、C为待定常数。
反应条件:大豆油10% (V/V) , pH值7.17, C酶=0.04g/m L, V酶=1.0mL, t=5h, 反胶束体系中加入CAOT=8g/50mL, VAOT=10mL, 油水双相体系中则不加缓冲溶液。
同时由图7还可知:脂肪酶在反胶束体系中反应的活化能高于油水双相体系中反应的活化能, 这与Prazeres和Chang的研究结果一致。反胶束体系中活化能值高说明在反胶束体系中形成的脂肪酸-底物复合体的热焓高于在油水双相体系中所形成的脂肪酸-底物复合体的热焓, 这可能是由于发生水合作用的表面活性剂层阻碍了脂肪酶与底物发生缔合作用, 而油水双相体系中不存在这种阻碍作用。显然, 脂肪酶在反胶束体系中所呈现的“超活力”不能用活化能高低来解释, 其原因可能是反胶束体系中的胶束之间发生调频碰撞及具有较大的油水界面面积, 使传质速率加快的缘故, 而且温度高于313K以后, 同样是因为失活而使脂肪酶的活力下降。
3.2 pH值的影响
由图8可知:在反胶束体系中, 当注入的缓冲溶液的pH值为7.17时, 脂肪酶LBK-100BP的活力最高。而在油水双相体系中最适宜的pH值也是7.17, 脂肪酶的活力最高。但两种情况下的水解率有明显差异, 而且, pH值7.17并不一定是脂肪酶LBK-100BP在反胶束体系中的最佳pH值, 因为反胶束“水池”中的pH值与所注入的缓冲溶液的p H值不同, 主要是由于质子化或非质子化物质在两相间的分布不同而造成的。由图还可看出, 缓冲溶液对脂肪酶的活力影响不大, 但不同体系中LBK-100BP的活力的差别却很大, LBK-100BP在AOT-异辛烷反胶束体系中的活力大约是其在油水双相体系中活力的2.2倍, 说明了脂肪酶在反胶束体系中更能充分发挥其催化性能, 体现其高效性, 表现出了高于普通油水双相体系的所谓的“超活力”。
反应条件:大豆油10% (V/V) , T=298K, C酶=0.04g/mL, V酶=1.0mL, t=10h, 反胶束体系中加入CAOT=8g/50m L, VAOT=10mL, 油水双相体系中则加10mL缓冲溶液。
3.3 缓冲溶液的体积对水解率的影响
反应条件:大豆油10% (V/V) , T=298K, C酶=0.04g/mL, pH值7.17, t=10h, 反胶束体系中加入CAOT=8g/50mL, VAOT=10m L, 油水双相体系中则不加AOT。
由图9可知:在两种体系中, 加入量为1.6mL时, 其水解效果是最好的。这是因为, 在反胶束体系中, 脂肪酶的催化活性受ω0影响, 加入1.6mL时刚好是比较合适的ω0值。在油水双相体系中, 脂肪酶的催化活性则受油水比的影响, 当油水比 (V/V) 为1.5~2.4之间, 脂肪酶比较高的活性。和油水双相体系相比, 反胶束体系中脂肪酶的催化效果更加明显, 脂肪酶的催化性能更加强。
3.4 反应时间的影响
反应条件:大豆油10% (V/V) , T=298K, C酶=0.04g/mL, V酶=1.0mL, pH值7.17, 反胶束体系中加入CAOT=8g/50m , VAOT=10mL, 油水双相体系中则不加AOT。
由图10可知:随着时间的增加, 大豆油的水解率增大, 而且在4h后, 两种体系中的水解速率都加快。反胶束体系中的脂肪酶对大豆油的水解效果比在油水双相体系中的水解效果要好很多, 其水解率是油水双相体系中的2倍多, 从这点也体现了反胶束体系中脂肪酶催化水解的优越性。
4 结论与展望
(1) 脂肪酶LBK-100BP在AOT-异辛烷反胶束体系中对大豆油的催化水解效率优于油/水双相体系。
(2) 在AOT-异辛烷反胶束体系中, 当底物浓度为5%、温度为313K、pH值为7.17、AOT浓度为8g/50mL、异辛烷、ω0=12.5时, 脂肪酶LBK-100BP的催化活性最高。
(3) 反胶束技术是一个崭新的研究领域, 由于反胶束体系独特的结构与性能, 必将在油脂化工、肽和氨基酸合成、有毒物质降解等方面得到广泛应用。
但是如何解决表面活性剂对底物的污染, 如何实现脂肪酶与产物的分离, 这都有待进一步研究。
摘要：本文以大豆油为底物, 考察了脂肪酶在AOT-异丁烷反胶束中, 底物浓度、温度、缓冲液pH值、AOT浓度和含水量 (ω0) 等因素对催化水解效率的影响。试验表明:当底物浓度为5%、温度为313K、pH值为7.17、AOT浓度为8g/50mL异辛烷和ω0=12.5时, 脂肪酶的催化活性最高。通过对脂肪酶在反胶束体系和油/水双相体系的中催化性能的对比, 证实了反胶束体系中脂肪酶催化水解的优越性。
关键词：反胶束,油脂,脂肪酶,催化水解
参考文献
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