生化工艺-第三章萃取.ppt

《生化工艺-第三章萃取.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生化工艺-第三章萃取.ppt（109页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第三章 萃取和浸取技术第一节 溶剂萃取第二节 浸取第三节 新型萃取技术,学习目标,了解溶剂的互溶剂性规律，理解分配定律；掌握溶剂萃取操作，会用有机溶剂进行溶质萃取，能对影响萃取效率的有关因素进行正确分析，正确处理萃取过程中相关问题；理解浸取理论，掌握浸取操作，会用溶剂进行固体物料中溶质的提取，能对影响浸取效率的有关因素进行正确分析，正确处理浸取过程中相关问题；理解双水相萃取系统构成原理，掌握双水相萃取操作；了解超临界流体的性质，掌握超临界流体萃取操作；了解反胶团概念及基本性质，理解反胶团的溶解作用，掌握反胶团萃取操作。,萃取定义,萃取：利用溶质在两相之间分配系数的不同而使溶质实现分离的方法称为

2、萃取。萃取技术的发展 传统有机溶剂萃取 液膜萃取、反胶团萃取 双水相萃取、超临界流体萃取,萃取技术分类,根据萃取剂类型分类：,第一节 溶剂萃取,溶剂萃取：在欲分离的液体混合物中加入一种与其不溶或部分互溶的液体溶剂，形成两相系统，利用混合液中各组分在两相中溶解度的不同（或分配差异），而实现混合液分离的操作。,溶剂萃取,特点：处理量大、能耗低、速度快，且易于实现连续操作和自动化控制。应用：生物产物分离中用于抗生素、有机酸、维生素等发酵产物的提取。,液-液萃取体系,原料液（F）溶质（A）原溶剂或稀释剂（B）：萃取剂（S）,液-液萃取过程,萃取剂与原料液混合萃取后，将分成两相。萃取相（E）萃余相（R）

3、萃取相和萃余相都是A、B、S的均相混合物，需要用蒸馏或反萃取等方法进行分离。,液-液萃取过程,萃取液（E）萃余液（R）分离得到的萃取剂S供循环使用。可见，进行萃取的体系是多相、多组分体系。,液-液萃取过程,综上所述，液-液萃取操作包括下列步骤：原料液F=（A+B）与萃取剂S的混合接触,完成溶质（A）由原溶剂（B）转溶到萃取剂S的传质过程；萃取相E与萃余相F的分离；从两相中分别回收萃取剂S后，得到萃取液E和萃余液R(最后得到产品的过程),一、溶剂萃取的理论基础,原料液中的溶质A液-液萃取涉及三种物质 原溶剂B 加入的萃取剂S S与B完全不溶（第一种萃取体系较少见）S与B部分互溶，形成一对部分互溶

4、的混合液（这里讨论的是第二种萃取体系）S不仅与B部分互溶，而且与A也部分互溶，形成两对部分互溶的混合液（第三种萃取体系应尽量避免）,三组分体系,1、相似相溶原理,相似物易溶解在相似物中相似体现在二个方面：一是结构相似。如分子的组成，官能团，形态结构和极性相似；二是能量相似。即溶质A与溶剂S的相互作用力相似。而分子间作用力与分子的极性紧密相关，故两种物质极性相似，则能互相溶解。,2、溶剂的互溶性规律,3、溶剂的极性,分子的极性相似，是选择溶剂的重要依据之一。极性液体与极性液体易于相互混合，非极性液体与非极性液体易于相互混合。盐类和极性固体易溶于极性液体中，而非极性化合物易溶于低极性或没有极性的液

5、体中。衡量一个化合物摩尔极化程度的物理常数是介电常数。,4、分配定律,定义：在恒温恒压条件下，溶质A在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中以相同的分子形态存在，则其在两相中的平衡浓度之比为常数，称为分配常数。K分配常数；C2A在萃取相E中的浓度，mol/L；C1A在萃余相R中的浓度，mol/L。,关于分配定律的几点说明：,分配定律的适用条件为：必须是稀溶液；溶质对溶剂的互溶度没有影响；溶质在两相中是同一种分子形式。分配常数K也不一定是常数不同物系具有不同的K值，同一物系的K值与温度和溶质组成有关，当溶质浓度较低或溶质组成变化不大时，在恒温恒压下K接近常数。K越大，萃取效果越好。,5、

6、相比、萃取因子与萃取分率,令：E称为萃取因子 R=VE:VR称为相比,萃取分率（又称理论收率）是指萃取相中溶质的总量占原料液中溶质总量的百分数。,由上式可看出，当分配系数K一定时，相比R增大，即萃取剂体积增大，萃取因子E提高，理论收率增大；当相比R=1时，即等体积萃取时，上式可写为显然，当分配系数K增大时，萃取因子E提高，理论收率也增大，在实际生产中，一般选用分配系数K较大的溶剂作为萃取剂，以提高萃取操作的理论收率。,6、分离因数（选择性系数、分离因子）,萃取中，不仅要求S对A的效果好，而且要求S尽可能与原溶剂B不互溶，这种性质称为溶剂的选择性，通常用分离因数来表示。,分离因数值越大，说明萃取

7、分离的效果越好。若=1，表示A、B两组分在E相和R相中分配系数相等，不能用萃取的方法对A、B进行分离。,7、萃取过程中的传质,萃取过程多为物理传质过程，即溶质从一个液相向另一个液相中的传递过程，但也有的过程伴有化学反应，即溶质与萃取剂反生化学反应生成萃合物后，再扩散到另一个液相中。就萃取过程的传质而言，目前还没有成熟的理论进行解释。笔者认为萃取过程类似于用一定浓度的溶液吸收气体中一个或多个组份的过程，对于不发生萃取反应的传质过程可近似用双膜理论去解释。有助于提高传质速度的措施都有利于快速达到萃取平衡。如提高温度、提高两个液相的相对运动速度（提高流速或加强搅拌）、提高分散相的分散程度增大相接触面

8、积等（减小分散相的粒度）、增大萃取剂量、采用溶解度值更大的溶剂等。,8、影响因素（1）萃取剂的选择,萃取剂的选择性：对A的分配系数大，对原溶剂B的分配系数小，分离因数大；价廉易得；与原溶剂B不互溶；与原溶剂B有较大密度差，表面张力适中，相分散和相分离容易；溶剂粘度小利于传质、混合和分离，节省能量容易回收和再利用；毒性低，腐蚀性小，使用安全；不与目标产物发生反应。举例：常用于抗生素萃取的有机溶剂有醇类、乙酸酯类及甲基异丁基甲酮等。,（2）温度的影响,T升高：溶质溶解度增大，同时两相的互溶度也增大，使萃取效果降低，甚至无法进行。T降低：溶解度减小。但温度过低，溶剂粘度增大，不利于传质。许多生物产物

9、在高温下不稳定，易失活，故萃取一般应在低温下进行。选择适宜的操作温度,（3）原溶剂pH值对溶剂萃取的影响,pH影响弱酸或弱碱性物质的解离平衡和分配平衡，使分配系数发生变化，直接影响产品收率；pH对生物产物稳定性的影响很大。如青霉素在pH=2时，醋酸丁酯萃取液中青霉素烯酸可达青霉素含量的12.5%，当pH6.0时，青霉素几乎全部分配在水相中,（4）盐析作用对溶剂萃取的影响,无机盐类如硫酸铵，氯化钠等在水相中的存在，一般可降低溶质A在水中的溶解度，使溶质A向有机相中转移。如萃取青霉素时加入NaCl，萃取维生素B12时添加（NH4）2SO4等。但盐析剂的添加要适量，用量过多时可能促使杂质也转入有机相

10、。,（5）萃取时间,延长萃取时间有助于提高被萃取组份向有机相扩散，从而提高被萃取组份的萃取分率，但过分延长萃取时间对萃取分率的提高效果并不明显，特别是当萃取趋于萃取平衡时，萃取速率很小，延长时间没有实际意义，反而会降低设备的生产能力，同时加大了杂质在萃取相中的含量。,（6）两相的体积比,增大萃取剂与原溶剂的体积比，有助于提高被萃取组分向有机相的扩散，提高萃取分率，但两相的体积比过大，也会使被萃取组分在萃取相中浓度的降低，不利于后序的处理，也加大有机溶剂回收的成本，同时也会使杂质成份在有机相中含量加大。,（7）不连续相的分散程度,不连续相的分散程度越大，越有利于提高两相的接触面积，有助于传质，提

11、高萃取速度，提高被萃取组分的萃取分率，但过分分散对于两相分层不利，会使两相分层所需时间延长，也不利于萃取操作。不连续相的分散程度与两相的湍动程度有关，一般提高流速、加强搅拌，减小喷头喷嘴的孔径等有助于提高不连续相的分散程度。,（8）原液中被萃取组分的浓度,提高原液中被萃取组分的浓度，有助于提高萃取速度，有利于快速达到萃取平衡。但被萃取组分浓度提高也可能使杂质浓度提高，影响萃取质量。,二、操作方式及理论计算,工业萃取三步：混合、分离、溶剂回收工业萃取设备分类：按操作分类：间歇、连续；单级、多级（多级错流、多级逆流）,单级萃取操作,特点：只用一个混合器和一个澄清器；流程 最简单，但萃取效率不高，产

12、物在水相中含量 仍较高。,理论收率,萃取因子,萃余分率,由于萃取剂与原料液互溶度较小，溶质含量较低，故可认为VEVS，VRVF,例3-1 已知20、pH10.0的条件下，洁霉素在丁醇相和水相中的分配系数为18。当萃取剂丁醇的用量与原料液（水相）的量相等时，计算洁霉素的理论收率；当萃取剂丁醇的用量减少一半时，计算洁霉素的理论收率，并分析计算结果。,例3-2 青霉素在0、pH2.5的条件下，在醋酸丁酯相和水相中的分配系数为35。当萃取剂醋酸丁酯的用量与原料液（水相）的量相等时，计算进行单级萃取的理论收率；当萃取剂丁醇的用量减少至1/4，计算青霉素的理论收率。,作业,多级错流萃取操作,特点：优点：由

13、几个单级萃取单元串联组成，萃取剂分别加入各萃取单元；萃取推动力较大，萃取效率较高；缺点：仍需加入大量萃取剂，因而产品浓度稀，需消耗较多能量回收萃取剂。工业上该流程较少,它是单级萃取计算的多次重复,当各级萃取因素E值都相同时，上式可写为：,例3-3：已知在pH=3.5时，放线菌素D在乙酸乙酯相与水相中的分配系数为57；原料液的处理量为450dm3/h（流量），所用萃取剂的量之和为39 dm3/h（流量）1、采用单级萃取时，放线菌素D的理论收率；2、采用三错流萃取时，各级加入萃取剂的量均为13 dm3/h，计算放线菌素D的理论收率。3、采用三错流萃取时，各级加入萃取剂的量分别为20 dm3/h、1

14、0 dm3/h、9 dm3/h，放线菌素D的理论收率。4、对计算结果进行比较分析,计算结果可看出：1、当萃取剂用量相同时，萃取级数越多，理论收率越高；2、多级错流萃取时，各级萃取剂流量相等时，萃取率最大。,多级逆流萃取操作,特点：由几个单级萃取单元串联组成，料液和萃取剂分别从两端连续加入，互成逆流接触；在三种操作方式中，萃取效率最高，萃取剂用量最少，因而工业上普遍采用。当各级萃取因素E值都相同时，经n级逆流萃取后，理论收率可由下式计算,例3-4条件同例3-3：已知在pH=3.5时，放线菌素D在乙酸乙酯相与水相中的分配系数为57；原料液的处理量为450dm3/h（流量），所用萃取剂的量之和为39

15、 dm3/h（流量）计算采用采用三级逆流萃取时，放线菌素D的理论收率。并与单级操作和3级错流萃取的理论收率比较分析。,计算结果可看出：1、同样条件下，多级逆流萃取的理论收率高于多级错流萃取的理论收率2、在萃取操作中相同条件下，萃取级数越高，萃取率越高，萃取越完全。即E相同，n越大，越大。当萃取级数n相同时，萃取因素E越大，理论收率越高。在实际生产中，由于两相分配一般不能达到相平衡、分相往往不完全、乳化问题等原因，实际收率比理论收率要低得多。,其他有机溶剂萃取技术,1）微分萃取 设备多为塔式设备。原料液与溶剂中密度较大者（称为重相）从塔顶加入，密度较小者自塔底加入。两相中其中有一相经分布器分散成

16、液滴（称为分散相），另一相保持连续（称为连续相），分散的液滴在沉降或上浮过程中与连续相逆流接触，进行溶质A由B相转移到S相传质过程，最后轻相由塔顶排出，重相由塔底排出。塔内溶质在其流动方向的浓度变化是连续的；需用微分方程来描述塔内溶质的质量守恒定律，因此称为微分萃取。,2）分馏萃取,分馏萃取是对多级逆流萃取的溶质进入体系的位置进行了改进，料液从中间位置引入。分馏萃取显著提高了目标产物的纯度。,前面讨论的液液萃取，萃取剂与溶质之间不发生化学反应，依据相似相溶原理在两相间达到分配平衡而实现的。这类萃取称为物理萃取。而化学萃取则是利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合物实现溶质向有机相的

17、分配。离子对/反应萃取属于化学萃取范畴。在萃取过程中，萃取剂与溶质通过配合反应，酸碱反应或离子交换反应生成可溶性的配合物，实现从水相向有机相转移。,3）离子对/反应萃取,三、溶剂萃取过程中的工艺问题及处理 乳化现象,有机相,乳化层,水 相,乳化是指液体以细小液滴的形式分散在另一不相溶的液体中。出现乳化现象有何不良影响？,乳化现象,形成乳状液的条件：互不相溶的两相溶剂和表面活性物质（蛋白质、磷脂和固体微粒）。乳状液及其类型乳状液分散体系。类型油包水（W/O）型和水包油（O/W）型两大类,乳状液稳定条件=乳化剂=表面活性剂,表面活性剂在界面上的定向排列,水包油（O/W）型 油包水（W/O）型,破乳

18、方法,发酵液过滤或沉淀 加热 稀释法 加电解质 转型法 顶替法,第二节 浸取技术,一、浸取基本知识和基本理论 浸取：是指用溶剂把固体物中的某些可溶组分提取出来，使之与固体的不溶部分（或称惰性物）分离的过程。被萃取的物质在原固体中形态：固体形式 也可能以液体形式（如挥发物或植物油）,溶剂从固体颗粒中浸取可溶性物质，其过程一般包括浸润、渗透、解吸、溶解及扩散等几个相互联系的综合作用结果。,（一）浸取体系与扩散,浸取过程中的相平衡可用分配系数KD表示式中 y 达到平衡时溶质在液相中的浓度；x 平衡时溶质在固相中的浓度。在浸取过程中，若y和x用体积浓度（kg/m3）表示，KD值一般为常数，但如果用质量

19、浓度（kg/kg）表示，则KD会发生变化；因为在浸取过程中，随溶质的浸出，固体内外的溶液密度将发生变化。,（二）浸取相平衡,（一）固体物料颗粒度的影响 根据扩散理论，固体颗粒度越小，固液两相接触界面越大，扩散速率越大，传质速率越高，浸出效果另一方面也会使有害物质浸出量增大，给下一步的分离纯化造成困难另外，过度粉碎将消耗大量能量，且使液体的流动阻力增大而不利于浸取。,二、影响浸取过程的因素,1浸取溶剂的选择（1）浸取溶剂的选择原则分配系数KD大，选择性要高；溶解度要大，以节省溶剂用量；溶剂与目标产物之间性质差异大，在产品中易于去除，而且便于溶剂的回收利用；扩散系数要大。价格低廉，黏度小，无腐蚀性

20、，无毒，闪点高，无爆炸性等。,（二）浸取溶剂的影响,水 最常用的一种极性浸取溶剂。乙醇 是仅次于水的常用的一种半极性浸取剂,常用的浸取溶剂主要有：水、乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、乙酸乙酯等。,（2）浸取辅助剂,常用的浸取辅助剂：酸：维持一定的pH，可使有机酸游离，使碱性物质沉淀；常用的酸有盐酸、硫酸、冰醋酸、酒石酸等。碱：可使某些物质水解，使酸性物质沉淀；常用的碱为氨水、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸钠等。表面活性剂：有助于有机物的溶解，提高浸取效果。,浸取溶剂的选择是关键问题，而溶剂的用量也是浸取过程的重要问题。浸取溶剂用量大，溶质的浸取率高，但溶剂消耗量大，进一步分离难度增加，使生产成本提高。,2浸取

21、溶剂用量及浸取次数,通过调整浸取溶剂的pH值，可使浸取的选择性提高，如用酸性溶剂提取生物碱，用碱性溶剂提取皂甙等。,3浸取溶剂pH值,1.浸取温度2.搅拌3.浸取时间,（三）浸取操作条件的影响,浸取过程达平衡前，时间与浸取量成正比；达平衡时，浸取量为最大，但所需时间较长，影响生产效率。当扩散达到平衡后，时间不起作用。,当固体物料组织密实，较难被浸取溶剂浸润，提高浸取压力，促进浸润的进行，提高固体物料组织内充满溶剂的速度，缩短浸取时间；在较高压力下的渗透，还可将固体物料组织内的某些细胞壁破坏，利于溶质的浸出。一旦固体物料被完全浸透而充满溶剂后，加大压力对浸出速率的影响将迅速减弱。,4浸取压力,目

22、前生产中常用两种加压方式进行浸取:密闭升温使压力升高；通过加压设备使压力升高，但不升温。实验证明，常压煮提（水温100，101.3kPa）与加压煮提（水温6590，表压 200500kPa）的有效成分浸出率相同，而加压煮提浸出时间可节省一半，固液比也有所提高；但需考虑因加压、加热可能造成的有效成分破坏问题。故浸取的操作温度和压力需慎重选择，一般通过实验确定。,（一）浸取方法 以中药材为例主要包括浸渍法、煎煮法和渗漉法。1浸渍法 常用于制备药酒、酊剂；浸出效率差。中国药典中规定了浸渍方法：取适当粉碎的药材，置于有盖容器中；加入规定量的溶剂，密闭搅拌或振摇，浸渍35h或规定的时间，使有效成分浸出倾

23、取上清液，滤过，压榨残渣，收集压榨液和滤液合并，静置24h，滤过即得。由于浸取液的浓度代表着一定量的药材，故对浸取液不应进行稀释或浓缩，制备时应掌握好浸取溶剂的用量。,三、浸取方法、工艺与设备,煎煮法适用于有效成分能溶于水，对湿热较稳定的药材。但煎煮法浸出的成分比较复杂，对精制不利；而在中医用药方面，对于有效成分尚未搞清的中草药或方剂，通常采用煎煮法。,2煎煮法,渗漉法是往药材粗粉中不断加入浸取溶剂，使其渗过药粉，从下端出口收集流出的浸取液的浸取方法.浸出效果优于浸渍法，提取也较完全，而且也省去了分离浸取液的时间和操作。对于非组织药材，因溶剂浸泡使其软化成团而堵塞孔隙，使溶剂无法透过药材，故不

24、宜用渗漉法。渗漉法的操作主要包括：润湿膨胀 药材装填渗漉,3渗漉法,（二）浸取工艺,适当的浸取工艺是保证浸出液质量、提高浸出效率、节约工效、降低成本的关键。1单级浸出工艺 工艺：单级浸出是指将药材和溶剂一起加入浸取设备中，经一定时间浸取后，放出浸取液和固体物的过程。浸出速度随着时间的进行逐渐减慢，直至达到平衡状态。特点：单级浸出工艺比较简单，常用于小批量生产，其缺点是浸取时间长，固体相中含有一定的浸取液，浸出率低，浸取液的浓度小，浓缩时消耗能量大,温渗法：将浸取器内的温度控制在4050，较好地运用了温度对加速浸出的有利因素，减少较高温度对浸取成分的破坏，降低了无效成分的浸出率；其浸取率高于渗漉

25、法，但浸取液的澄明度不及渗漉法。,单级回流浸出又称索氏提取，其工艺过程见图，主要用于酒提或有机溶剂（如醋酸乙酯、氯仿等）浸提。由于溶剂的回流，使溶剂与药物细胞组织内的有效成分之间始终保持较大的浓度差，加快了浸取速度，提高了浸取率，而且最后放出的浸取液已是浓缩液。此法生产周期一般约为10h，浸取液受热时间较长，对于热敏性药物成分的浸取是不利的。,2单级回流浸出工艺及温渗法浸出工艺,单级循环浸出是将浸出液循环流动，使固液两相在浸取器中发生相对运动，从而提高浸取速度。在循环浸出工艺中，固体物成为自然滤层，浸取液经过多次的循环过滤，使浸取液澄明度好；由于整个浸取过程可以是密闭的，在用易挥发溶剂浸提时，

26、溶剂消耗量小；但此方法的浸取剂用量较大。,3单级循环浸出工艺,若固相中含有一定的浸取液，将会使有效成分的浸取收率降低；为了提高浸取收率，减少有效成分的损失，可采用多次浸渍法。它可以采用将一定量的溶剂分多次加入，而达到多次浸取目的；也可以采用将固体药材分成多份，溶剂依次进行浸取，而实现多级浸出工艺。固相中含有的浸取液浓度越高，有效成分的损失越大，多级浸取可使固相中的浸取液浓度降低，提高浸取收率，但浸渍次数过多也并无实用意义。,4多级错流浸出工艺,此工艺是在循环浸出法的基础上发展起来的，它主要保持了循环浸取法的优点，同时克服了溶剂用量大的缺点。如图所示为罐组式逆流提取法工艺流程示意。罐组式的提取罐

27、数越多，相应的浸取率越高；浸取液浓度越大，溶剂用量越少；但是相应的设备投资增大，生产周期延长，耗能增加。从操作的实际情况看，奇数罐组不及偶数罐组更有规律性，因此一般采用4罐或6 罐为佳。,5多级逆流浸出工艺,四、液-固萃取应用,最生活化的浸取技术1）茶2）药酒-人参，鹿茸、红花草、雷公藤3）张光101毛发再生精,冶金,食品工业上的应用,咖啡分离,食品工业上的应用,地高辛,中药现代化的重要工具,中药现代化的重要工具,脂类的分级分离（营养、诊断试剂、脂质体）,中药现代化的重要工具,第三节 新型萃取技术,双水相萃取,双水相系统：某些亲水性高分子聚合物或亲水性聚合物与无机盐之间，在水中超过一定浓度后可

28、形成不相容的两相，并且两相中水分占很大比例的系统。,双水相系统,PEG=聚已二醇(polyethylene glycol),Kpi=磷酸钾,DX=葡聚糖(dextran),一、双水相系统萃取原理,1.形成原因 聚合物的不相容性，即聚合物分子的空间阻碍作用，无法形成均一相，具有相分离倾向，一定条件下分成两相。另外组成和密度、溶解度也是形成原因。常用于分离的双水相系统p50：双聚合物：聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)。该系统上相富含PEG，下相富含Dx；聚合物与无机盐：聚乙二醇(PEG)/磷酸钾（KPi)。该系统上相富含PEG，下相富含KPi。,2双水相相图,当两种高聚物的水溶液以不同的比例混合

29、时，可形成均相或两相，将其标绘在直角坐标图上，即为双水相系统相图。反映：双水相形成条件 平衡时两相组成之间的定量关系,双水相萃取-相图,在临界点处 分配系数为1,TC(k)B：双节线图中曲线。双节线以下的区域为均相区,以上的区域为两相区,TMB：系线连接双节线上两点的直线。,系线反映的信息:1、系线长度：衡量两相间相对差别的尺度。越长则两相间性质差别越大，反之则越小；趋向于零时，（双节线上的点，临界点），两相差别消失，成为均一相。2、杠杆定则：同一系线上各点分成的两相，组成相同，体积不同。两相体积近似服从杠杆规则。,3、K(C)：临界点当系线长度趋于零时,两相差别消失,任何溶质在两相中的分配系

30、数均为1。如K点。,3.双水相中的分配平衡,溶质在双水相中的分配系数：,影响分配系数的主要因素：溶质与双水相系统间的静电作用和疏水作用。,其中：HF和HFS分别表示双水相系统和蛋白质的疏水性；F、R和T分别为法拉第常数、气体常数和绝对温度；Z为溶质的净电荷数；为相间电位。,C上上相中溶质的浓度；C下下相中溶质的浓度。,二、影响萃取效果的因素,成相聚合物分子量：对于给定的双水相萃取系统，如果其中一种高聚物被较低分子量同种高聚物所代替，则被萃取的生物大分子物质将有利于在低分子量高聚物的一相富集。总浓度：越大则两相性质的差别越大，系线越长，蛋白质越容易分配于其中的某一相。,盐的种类和浓度影响相间电位

31、：,其中：m+和m分别为电解质的阳离子和阴离子的分配系数；Z和Z分别为电解质的阳离子和阴离子的电荷数。,影响蛋白质的疏水性HFS：由于盐析作用，盐浓度增加则蛋白质表面疏水性增大。影响双水相系统：改变上、下相中成相物质的组成和相体积比。,pH值影响蛋白质的表面电荷数Z：影响蛋白质的解离度。影响：影响磷酸盐的解离。,温度主要影响双水相系统的相图，特别是在临界点附近。大规模双水相萃取操作一般在室温下进行，主要基于以下考虑：PEG对蛋白质有稳定作用；溶液粘度较低，容易相分离；节省冷却费用。,三、双水相萃取操作,（1）过程包括：双水相的形成、溶质在双水 相中的分配、两相的分离,（2）双水相系统的选择：根

32、据目标产物和杂质的性质差别，综合利用静电作用、疏水作用和添加适当种类和浓度的盐，可选择性萃取目标产物,双水相萃取的特点,操作条件温和安全性能高 易于放大 操作方便 适于生物活性物质的萃取分离,四、应用,1）蛋白酶的提取、纯化2）核酸的提取、纯化3）细胞调节生长因子的提取：干扰素、EPO等4）病毒的提取、纯化5）生物活性物质的分析检测,胞内蛋白质的萃取优势：可选择性地使细胞碎片分配于下相，目标产物分配于上相，同时实现目标产物的部分纯化和细胞碎片的除去。实际操作：细胞匀浆液浓度选择：为降低成本，应尽量高，但过高会扰乱系统，降低分配系数，系统粘度增高，相分离困难。一般上限为200400g湿细胞/Kg

33、萃取系统。相平衡与相分离：相平衡：将固状（或浓缩）聚合物和盐直接加入细胞匀浆液中，同时搅拌使之溶解，形成双水相，同时由于双水相系统表面张力很小，相分散容易，达到分配平衡时间很短，一般只需几秒；相分离：利用离心沉降可大大加快相分离速度，并易于连续化操作。对含细胞碎片的萃取系统，少于40秒。,超临界萃取技术,1超临界流体 一种流体（气体或液体），当其温度和压力均越过其相应的临界点数值时，即该流体处于超临界状态，我们称其为超临界流体。PC TC TP,CO2临界温度Tc=304.20K（31.06）是所有溶剂中最接近室温的，临界压力pc=73.858105Pa（7.39MPa）也较适中，特别是临界密

34、度c=0.448g/cm3是常用超临界溶剂中比较高，目前工业水平易于达到，且无毒，无味，性质稳定，不燃，不腐蚀，易于精制，易于回收。因此CO2具有最适合作为超临界溶剂的临界点数据。,超临界萃取定义：利用超临界流体（SCF），即温度、压力略超过或靠近临界温度和临界压力的流体为萃取剂，从固体或液体原料中提取目的产物。应用：SCF对脂肪酸、植物碱、醚类、酮类、甘油脂等具有特殊的溶解作用，可用于这类物质的萃取分离。,超临界萃取技术,2.超临界流体的优点表 超临界流体与气体、液体的性能比较,由表中的数据可看出以下几点:1）超临界流体的溶解性能强2）超临界流体的扩散性能好3）超临界流体性能易于调控,3.超

35、临界流体萃取过程原理及特点,1）过程包括：超临界流体的形成，溶质在超临界流体中扩散传质（萃取过程），溶质与流体的分离,相同点：都利用被分离物质在两相之间的分配差异 不同点：萃取剂的特性不同（一个是常态有机溶剂，一个是超临界流体）,2）超临界流体萃取与一般的溶剂萃取的比较,3）原料为固体的超临界流体萃取过程萃取槽、分离槽、压缩机和换热器组成 三种典型的工艺流程：等温法等压法吸附法,（1）萃取效率高（2）工艺简单，易于控制（3）适用范围广（4）超临界流体萃取属于高压技术范畴，对设备要求高，投资大，普及应用较困难。,4）超临界流体萃取特点,4.影响超临界流体萃取的因素,1）超临界流体的选择,*CO2

36、,2）操作条件的影响,压力：在临界点附近，P，溶解度显著温度：a.T，流体密度，溶解能力；b.T，溶质的溶解度,3）夹带剂的影响,在超临界流体中加入少量的第二溶剂，可以大大提高其溶解能力，这种第二组分溶剂称为夹带剂。,*挥发度介于超临界流体和 被萃取溶质之间的溶剂*1%5%,超临界流体萃取技术在生物、医药工业中已有相当广泛的应用，尤其在植物成分提取分离应用较多；在生物活性物质的提取分离方面，由于超临界流体萃取具有毒性低、温度低、溶氧性好等特点，其应用越来越多；应用范围不仅仅是分离提取，还涉及到粉碎、干燥、灭菌、细胞破碎、脱除溶剂、去除杂质、重结晶、催化反应、分析检测等多个应用领域。,5.超临界

37、流体萃取的应用与发展,咖啡豆浸泡增湿用7090，1622MPa的超临界CO2（这时PCO20.40.65g/cm3）萃取咖啡因从豆中向流体相扩散然后随CO2一起进入水洗塔，用7090水洗涤，约10小时后，所有的咖啡因都被水吸收；该水经脱气后进入蒸馏器回收咖啡因。CO2可循环使用。通过萃取，咖啡豆中的咖啡因可以从原来的0.7%3%下降到0.02%以下，具体工艺流程见图3-16。,用超临界CO2从咖啡中脱除咖啡因,图3-16 超临界CO2从咖啡中脱除咖啡因示意图,超临界CO2可以有选择性地直接从原料中萃取咖啡因而不失其芳香味。,大型超临界流体萃取装置,正胶团向水中加入表面活性剂，浓度达到一定值后，

38、将发生表面活性剂分子的缔合或自聚集，形成正胶团。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（CMC）。,水,非极性的“核”,极性“头”,非极性“尾”,反胶团萃取,反胶团向有机溶剂中加入表面活性剂（如AOT），浓度超过一定值时，形成反胶团,有机溶剂,极性“头”,极性的“核”,非极性“尾”,一、反胶团及其基本性质,表面活性剂在非极性有机溶剂中形成的一种聚集体,极性“水核”溶解能力强。减少生物大分子变性作用。稳定蛋白质的立体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能。,反胶团的优点,构成反胶团的表面活性剂种类,阴离子表面活性剂AOT阳离子表面活性剂季铵盐,反胶团,形状：多为球形或近球形。反胶团内溶解的水通常称为微水相或“水池”。大小：与溶剂和表面活性剂的种类与浓度、温度、离子强度等有关。一般为（10100）nm。常用于制备反胶团的表面活性剂是AOT。,水相pH值对萃取的影响 离子的种类和强度的影响表面活性剂的种类和浓度的影响 溶剂体系的影响 温度的影响,二、影响反胶团蛋白质萃取率的因素,三、反胶团萃取操作,多步间歇混合澄清萃取操作连续循环萃取反萃取操作,