一种提高生物利用性的高压反胶团萃取装置的制作方法

技术领域：

本实用新型涉及萃取装置领域，具体涉及一种提高生物利用性的高压反胶团萃取装置。

背景技术：
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反胶团萃取是近年发展起来的分离和纯化生物物质的新方法。它是表面活性剂分子溶于非极性溶液中自发形成的聚集体，其中，表面活性剂的极性头朝内而非极性头朝外与有机溶液接触。胶团内可溶解少量水而形成微型水池，蛋白质、核酸、氨基酸等生物物质溶解在其中，由于胶团的屏蔽作用，这些生物物质不与有机溶液直接接触，起到保护生物物质的活性的作用，从而实现生物物质的溶解和分离。反胶团萃取具有选择性高、萃取过程简单，且正萃、反萃同时进行，并能有效防止大分子失活、变性等优良特性。因此反胶团技术在药物、食品工业、农业化学等领域的应用得到了大量的研究和开发。在反胶团萃取中，通常希望所选择的表面活性剂形成体积较大的反胶团，以利于萃取分子量大的生物分子。

表面活性剂，是指加入少量能使其溶液体系的界面状态发生明显变化的物质。表面活性剂是由两个极性截然不同的基团所构成，极性大的一端为亲水基，极性小的一端为亲油基。表面活性剂要呈现特有的界面活性，必须使疏水基和亲水基之间有一定的平衡，亲水亲油平衡值表示表面活性剂的亲水疏水性能。根据亲水性能，表面活性剂可分为水溶性表面活性剂和油溶性表面活性剂。阴离子表面活性剂为亲水基带负电荷者，种类最多、产量也最高。传统反胶团萃取常使用丁二酸二辛酯磺酸钠即属于此类。再细分可分为脂肪酸盐、硫酸酯盐、磺酸盐、磷酸酯盐四类，当表面活性剂溶入水中后，会聚集在水溶液的表面上，此时水的表面张力随表面活性剂浓度上升而下降，当表面活性剂浓度上升至某一浓度，表面张力不再随表面活性剂浓度而改变，同时水的导电度、清洁力、渗透压等物理化学性质，在此浓度之上与此浓度之下截然不同，因为在此浓度之上，表面活性剂分子会聚集形成微胞，而此浓度则称为临界微胞浓度。反胶团萃取的程序包括了两个步骤，(1)正向萃取(2)反向萃取。正向萃取为将极性物质由基质中萃取进入有机溶液的反胶团中，反向萃取为将极性物质由有机溶液的反胶团中萃取至另一个水溶液内。借由反胶团萃取，不同的分子量的蛋白质，小至分子量为12000da的胰岛素，大至分子量为100000da的己醣激酶可被萃取。

许多高极性物质需借助反胶团助溶解于有机相中，但是目前大多数商业用表面活性剂在二氧化碳中溶解度不佳，难以形成反胶团。含氟或硅氧烷表面活性剂在二氧化碳中有较高的溶解度。目前这类表面活性剂可被应用，但此类表面活性剂在商业上难以购得，需自行合成，且合成成本较高，操作复杂。而且此类表面活性剂含有全氟烷基聚醚亲油基的对于生物体有毒性。将高极性物质由反胶团回收到另一水相中，传统的做法为调控水相ph值、离子强度或加入反离子沉淀表面活性剂等。在反相萃取时通入二氧化碳，让二氧化碳和反胶团水核的水形成水合物将水带出水核，如此一来反胶团就会不断缩小，溶于其中的高极性物质就会沉淀出来。另一方面，加入的二氧化碳溶于水中也会形成碳酸，使水核ph值下降及离子强度升高，这有利将蛋白质逼出反胶团。传统反萃取时高极性物质和表面活性剂会一起沉淀出来，还需进行后续的纯化分离工作，大大增加了反胶团萃取的成本。

技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种提高生物利用性的高压反胶团萃取装置，该高压装置用于反胶团萃取生物分子时可有效提高生物分子的收率，优化生物分子纯化分离的工作。

为更好的解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种提高生物利用性的高压反胶团萃取装置，包括：

二氧化碳储存罐；

针式泵，所述针式泵的进口端通过不锈钢管与二氧化碳储存罐相连接；

萃取装置，包括萃取槽、恒温器、搅拌器和恒温水槽；所述萃取槽的进口端与针式泵的出口端通过不锈钢管相连接，所述萃取槽、恒温器位于恒温水槽内，恒温水槽位于搅拌器上；

收集装置，包括限流器、收集槽、气体流量计和带管路的夹具，所述气体流量计的一端通过不锈钢管与萃取槽的出口端相连接，所述带管路的夹具的一端与气体流量计的一端相连接；所述带管路的夹具的另一端与限流器的入口相连接；所述限流器的出口端置于收集槽内。

作为上述技术方案的优选，所述不锈钢管的内径大小为0.02in，外径大小为0.0625in。

作为上述技术方案的优选，所述针式泵的输出压力为2000-7500psi，容量为20-266ml，操作时分为定压力或定流速模式。

作为上述技术方案的优选，所述恒温水槽为长42cm、宽32cm、高17cm的塑料水箱。

作为上述技术方案的优选，所述针式泵与萃取装置之间、萃取装置与收集装置之间还分别设有第一过滤器和第二过滤器，所述第一过滤器和第二过滤器内均设有直径为0.5μm的滤片。

作为上述技术方案的优选，所述针式泵的进口端和出口端分别设有双向阀门，所述第一过滤器的出口端和萃取槽的进口端之间设有一六向阀门；所述萃取槽的出口端与第二过滤器的进口端之间也设有一六向阀门。

作为上述技术方案的优选，所述限流器是由计量阀、毛细管组成，所述计量阀设于毛细管入口端，所述毛细管的出口端位于收集槽内。

作为上述技术方案的优选，所述毛细管的为内径为10-100μm、长度为20cm的毛细管。

由于采用上述技术方案，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型用于反胶团萃取生物分子的高压装置，依次包括二氧化碳储存罐、针式泵、萃取装置、收集装置；所述萃取装置包括萃取槽、恒温器、搅拌器、恒温水槽；所述收集装置包括气体流量计、限流器和收集槽，所述二氧化碳储存罐、针式泵、萃取装置、收集装置之间通过不锈钢管连接。在萃取高极性生物分子时，首先通过针式泵将二氧化碳加压至临界压力以上并将超临界二氧化碳流体输送到萃取槽内，在一定温度下进行萃取，收集装置中的限流器在收集萃取物时能维持系统的压力，在收集槽内萃取物中的高极性物质被沉淀出来，但是表面活性剂和其他物质仍然留在有机相中，优化了目标产物纯化分离的过程。

附图说明：

图1为本实用新型提高生物利用性的高压反胶团萃取装置示意图；

图中：1.二氧化碳储存罐；2.针式泵；3.萃取装置；31.萃取槽；32.恒温器；33.搅拌器；34.恒温水槽；4.收集装置；41.气体流量计；42.限流器；43.收集槽，44.计量阀；5.不锈钢管；6.第一过滤器；7.第二过滤器；8.双向阀门；9.六向阀门。

具体实施方式：

下面通过实施例对本实用新型进一步说明，实施例只用于解释本实用新型，不会对本实用新型构成任何的限定。

如图1所示，一种提高生物利用性的高压反胶团萃取装置，依次包括二氧化碳储存罐1、针式泵2、萃取装置3、收集装置4；所述萃取装置3包括萃取槽31、恒温器32、搅拌器33、恒温水槽34；恒温水槽以及恒温器可以提供萃取槽萃取时所需的温度，搅拌器可以使得萃取槽内各物质混合的更加均匀，所述收集装置4包括气体流量计41、限流器42、收集槽43和计量阀44；气体流量计可以根据二氧化碳气体的用量换算成加压后高压流体的量，限流器在收集萃取物时能维持系统的压力；所述二氧化碳储存罐1、针式泵2、萃取装置3、收集装置4之间通过不锈钢管连接；所述针式泵在操作时分为定压力或定流速模式；输出压力为2000-7500psi，容量为200ml；所述针式泵2与萃取装置3之间、萃取装置3与收集装置4之间分别设有第一过滤器6和第二过滤器7；所述第一过滤器6和第二过滤器7内均含有直径为0.5μm的滤片；所述针式泵2和萃取装置3之间的第一过滤器6可以过滤流体中的杂质；所述萃取装置3与收集装置4之间的第二过滤器7可以过滤未溶解的固体样品；所述针式泵2的进口端和出口端分别设有双向阀门8；所述第一过滤器6的出口端和萃取槽的进口端之间设有一六向阀门；所述萃取槽的出口端与第二过滤器7的进口端之间也设有一六向阀门。

在进行反胶团萃取时萃取槽内可以装有溶剂，采用溶剂捕捉法来收集萃取物，需要将毛细管的出口端浸没于溶剂液面以下，在萃取过程中萃取物可被溶剂截留住，而超临界流体则减压变为气体逸散在大气中。萃取时萃取槽内采用的溶剂需要和萃取物以及萃取时采用的表面活性剂互溶。

萃取时萃取槽内也可以填充固体吸附剂，收集结束后再利用适当的溶剂将萃取物从吸附剂上清洗出来；也可以在萃取槽内加入不锈钢珠、玻璃珠或玻璃容器，不锈钢珠、玻璃珠或玻璃容器表面采用萃取流体加液氮或者液态二氧化碳进行冷却，萃取后的流体流经上述不锈钢珠、玻璃珠、玻璃容器表面会被吸附于表面上，收集结束后再用适当溶剂把萃取物清洗并收集。

在进行反胶团萃取时，超临界流体与表面活性剂的混合方式有以下三种：

一是使用两个针式泵，一个针式泵输送高压超临界流体，另一个针式泵输送表面活性剂，高压超临界流体和表面活性剂在一混合腔混合后输送到萃取槽内，为了改善高压超临界流体与表面活性剂的混合效果，通常在混合腔内加入玻璃珠。

二是首先在萃取槽内加入表面活性剂，然后再向萃取槽内输入高压超临界流体，在萃取槽内，超临界流体与表面活性剂混合形成反胶团。

三是首先将表面活性剂加入到萃取槽内，然后将超临界流体输送到萃取槽内，混合均匀后将萃取槽内形成反胶团的混合流体抽回针式泵内储存待用。也可以用两个针式泵分别抽入表面活性剂和超临界流体，然后两个针式泵相互抽打，将表面活性剂和超临界流体混合，最后将混合好的流体储存于一个针式泵内，在萃取时输送到萃取槽内。

以萃取小分子量蛋白质分子为例，具体操作步骤为：在恒温水槽34内加满水，通过恒温器32控制恒温水槽34内的温度为35℃，在萃取槽31内放入磁搅拌子，加入20％v/v乙醇溶液作为辅助溶剂，加入去离子水、表面活性剂以及待萃取固体样品，将萃取槽31锁紧后置于恒温水槽34中；关闭针式泵2出口端的双向阀门8以及第一过滤器6与萃取装置3之间的六向阀门9，打开针式泵2进口端的双向阀门8以及二氧化碳储存罐1的开关，将二氧化碳抽入到针式泵内，将二氧化碳加压至225bar，然后打开针式泵2出口端的双向阀门8以及第一过滤器6与萃取装置3之间的六向阀门9，使得加压后的二氧化碳注入到萃取槽31内，开启搅拌器33进行搅拌；打开萃取装置3与收集装置4之间的六向阀门，并调整毛细管上的计量阀44以控制超临界二氧化碳流体携带萃取物从毛细管流出的速度，也可以通过在毛细管上缠绕加热带控温来控制超临界流体携带萃取物从毛细管流出的速度，毛细管出口置于装有乙醇的收集槽43内，超临界二氧化碳流体携带萃取物中超临界流体可改变溶剂、表面活性剂之间的溶解度，使得小分子量蛋白质分子沉淀，实现了小分子量蛋白质分子的有效萃取分离。

以萃取含氮生物分子为例，具体操作步骤为：在恒温水槽34内加满水，通过恒温器32控制恒温水槽34内的温度为35℃，在萃取槽31内放入磁搅拌子，然后加入乙醇作为辅助溶剂，加入待萃取固体样品，最后加入去离子水、缓冲溶液和碳酸氢钠水溶液，加入表面活性剂，然后将萃取槽31锁紧后置于恒温水槽34中；关闭针式泵2出口端的双向阀门8以及第一过滤器6与萃取装置3之间的六向阀门9，打开针式泵2进口端的双向阀门8以及二氧化碳储存罐1的开关，将二氧化碳抽入到针式泵内，将二氧化碳加压至225bar，然后打开针式泵2出口端的双向阀门8以及第一过滤器6与萃取装置3之间的六向阀门9，使得加压后的二氧化碳注入到萃取槽31内，开启搅拌器33进行搅拌；打开萃取装置3与收集装置4之间的六向阀门，并调整毛细管上的计量阀44以控制超临界二氧化碳流体携带萃取物从毛细管流出的速度，也可以通过在毛细管上缠绕加热带控温来控制超临界流体携带萃取物从毛细管流出的速度，限流器出口置于装有正己烷的收集槽43内，超临界二氧化碳流体携带萃取物中超临界流体可改变溶剂、表面活性剂之间的溶解度，使得含氮生物分子沉淀，超临界二氧化碳流体携带萃取物中的其他物质还溶于正己烷中，实现了含氮生物分子的有效萃取分离。

虽然已经对本实用新型的具体实施方案进行了描述，但是本实用新型的许多其他形式和改变对本领域技术人员而言是显而易见的。应理解所附权利要求和本实用新型通常涵盖本实用新型真实精神和范围内的所有这些明显的形式和改变。