萃取過程及設(shè)備

關(guān)于萃取過程及設(shè)備溶劑萃取概述萃?。寒敽猩镔|(zhì)的溶液與互不相溶的第二相接觸時，生化物質(zhì)傾向于在兩相之間進行分配，當條件選擇得恰當時，所需提取的生化物質(zhì)就會有選擇性地發(fā)生轉(zhuǎn)移，集中到一相中，而原來溶液中所混有的其它雜質(zhì)（如中間代謝產(chǎn)物、雜蛋白等）分配在另一相中，這樣就能達到某種程度的提純和濃縮。萃取在化工上是分離液體混合物常用的單元操作，在發(fā)酵和其它生物工程生產(chǎn)上的應(yīng)用也相當廣泛，萃取操作不僅可以提取和增濃產(chǎn)物，使產(chǎn)物獲得初步的純化，所以廣泛應(yīng)用在抗生素、有機酸、維生素、激素等發(fā)酵產(chǎn)物的提取上。第2頁,共97頁，星期六，2024年，5月萃取過程溶劑萃取概述第3頁,共97頁，星期六，2024年，5月雜質(zhì)溶質(zhì)原溶劑萃取劑LightphaseHeavyphase溶劑萃取概述第4頁,共97頁，星期六，2024年，5月萃取的基本概念①萃取:溶質(zhì)從料液轉(zhuǎn)移到萃取劑的過程。②反萃?。喝苜|(zhì)從萃取劑轉(zhuǎn)移到反萃劑的過程。在完成萃取操作后，為進一步純化目標產(chǎn)物或便于下一步分離操作的實施，將目標產(chǎn)物從有機相轉(zhuǎn)入水相的操作就稱為反萃取（Backextraction)③物理萃取和化學萃?。何锢磔腿〉睦碚摶A(chǔ)是分配定律，而化學萃取服從相律及一般化學反應(yīng)的平衡定律。溶劑萃取概述第5頁,共97頁，星期六，2024年，5月萃取法是利用液體混合物各組分在某有機溶劑中的溶解度的差異而實現(xiàn)分離的。料液：在溶劑萃取中，被提取的溶液，溶質(zhì)：其中欲提取的物質(zhì)，萃取劑：用以進行萃取的溶劑，萃取液：經(jīng)接觸分離后，大部分溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃取劑中，得到的溶液，余液：被萃取出溶質(zhì)的料液稱為。溶劑萃取概述萃取的基本概念第6頁,共97頁，星期六，2024年，5月實驗室液液萃取過程溶劑萃取概述第7頁,共97頁，星期六，2024年，5月一般工業(yè)液液萃取過程第8頁,共97頁，星期六，2024年，5月

生物萃取與傳統(tǒng)萃取相比的特殊性生物工程不同于化工生產(chǎn)，主要表現(xiàn)在生物分離往往需要從濃度很稀的水溶液中除去大部分的水，而且反應(yīng)液中存在多種副產(chǎn)物和雜質(zhì)，使生物萃取具有特殊性。①成分復(fù)雜 ②傳質(zhì)速率不同③相分離性能不同④

產(chǎn)物的不穩(wěn)定性第9頁,共97頁，星期六，2024年，5月

萃取過程有選擇性能與其它步聚相配合通過相轉(zhuǎn)移減少產(chǎn)品水解適用于不同規(guī)模傳質(zhì)快周期短，便于連續(xù)操作毒性與安全環(huán)境問題溶劑萃取法的特點第10頁,共97頁，星期六，2024年，5月18.1萃取過程的理論基礎(chǔ)液液萃取是以分配定律為基礎(chǔ)分配定律：一定T、P下，溶質(zhì)在兩個互不相溶的溶劑中分配，平衡時，溶質(zhì)在兩相中濃度之比為常數(shù)。K-分配系數(shù)在常溫常壓下Ｋ為常數(shù)；應(yīng)用前提條件（1）稀溶液（2）溶質(zhì)對溶劑互溶沒有影響（3）必須是同一分子類型，不發(fā)生締合或離解第11頁,共97頁，星期六，2024年，5月分配定律推導(dǎo)當溫度一定時，標準化學位為常數(shù)如為稀溶液，用濃度代替活度根據(jù)相律（F=C-P+2），在一定溫度和壓力下萃取達到平衡時，溶質(zhì)在兩相中的化學位相等：μL=μH第12頁,共97頁，星期六，2024年，5月分離因素（β）如果原來料液中除溶質(zhì)A以外，還含有溶質(zhì)B，則由于A、B的分配系數(shù)不同，萃取相中A和B的相對含量就不同于萃余相中A和B的相對含量。如A的分配系數(shù)較B大，則萃取相中A的含量（濃度）較B多，這樣A和B就得到一定程度的分離。萃取劑對溶質(zhì)A和B分離能力的大小可用分離因素（β）來表征。第13頁,共97頁，星期六，2024年，5月分離因素表示有效成分A與雜質(zhì)B的分離程度。ＫＡ

β=ＫＢ

β=1KA=KB

分離效果不好；β>1KA>KB

分離效果好；β越大，KA

越大于KB，分離效果越好。分離因素（β）第14頁,共97頁，星期六，2024年，5月弱電解質(zhì)在有機溶劑-水相的分配平衡分配系數(shù)中CL和CH

必須是同一種分子類型，即不發(fā)生締合或離解。對于弱電解質(zhì)，在水中發(fā)生解離，則只有兩相中的單分子化合物的濃度才符合分配定律。

例如青霉素在水中部分離解成負離子（青COO－），而在溶劑相中則僅以游離酸（青COOH）的形式存在，則只有兩相中的游離酸分子才符合分配定律。此時，同時存在著兩種平衡，一種是青霉素游離酸分子在有機溶劑相和水相間的分配平衡；另一種是青霉素游離酸在水中的電離平衡（圖18-2）。前者用分配系數(shù)K0來表征，后者用電離常數(shù)Kp來表征。對于弱堿性物質(zhì)也有類似的情況。第15頁,共97頁，星期六，2024年，5月青霉素的分配平衡第16頁,共97頁，星期六，2024年，5月弱電解質(zhì)的分配系數(shù)：熱力學分配系數(shù)K0

：萃取平衡時，單分子化合物溶質(zhì)在兩相中濃度之比。弱酸性電解質(zhì)K0＝

[AH]/[AH]=弱堿性電解質(zhì)K0＝

[B]/[B]=Kp=第17頁,共97頁，星期六，2024年，5月弱電解質(zhì)的表觀分配系數(shù)K：分配達平衡時，溶質(zhì)在兩相的總濃度之比

對于弱酸性電解質(zhì)對于弱堿性電解質(zhì)=K0/(1＋10pH－pK

)=K0/(1＋10pK

－

pH)K0－只與T、P有關(guān)；K－與T、P和pH有關(guān)K可通過實驗求出，而K0不能，可由公式求出。第18頁,共97頁，星期六，2024年，5月思考題：將青霉素由水相萃取到丁酯相中，其pK=2.75，萃取條件：pH=2.5，T=10℃，VF∶VS=1∶1，測得萃取前發(fā)酵液（水相）效價20000u/ml，平衡后廢液效價645.2u/ml，求分配系數(shù)K和K0弱酸的表觀分配系數(shù)：K=K0/(1＋10pH－pK)弱酸的表觀分配系數(shù)：K=K0/(1＋10pK－pH)第19頁,共97頁，星期六，2024年，5月第20頁,共97頁，星期六，2024年，5月第21頁,共97頁，星期六，2024年，5月為什么青霉素在酸性（pH≤2.5）條件下，而紅霉素卻要在堿性（pH≥9.8）條件下才能被萃取到丁酯中去呢？

2不同pH條件影響弱電解質(zhì)電離，從而影響分子的極性，根據(jù)相似相溶原則，在弱極性的丁酯中極性小的分子溶解度比水中大1根據(jù)表觀分配系數(shù)公式可知，弱酸的表觀分配系數(shù)：K=K0/(1＋10pH－pK)弱酸的表觀分配系數(shù)：K=K0/(1＋10pK－pH)對于弱酸：pH<pK時，分配系數(shù)大對于弱堿：pH>pK時，分配系數(shù)大第22頁,共97頁，星期六，2024年，5月為什么青霉素在酸性（pH≤2.5）條件下，而紅霉素卻要在堿性（pH≥9.8）條件下才能被萃取到丁酯中去呢？

青霉素紅霉素酸堿性pH<pKpH>pK弱酸性(2.75)弱堿性(9.4)游離分子“+”“–”游離分子

根據(jù)相似相溶原則，在弱極性的丁酯中游離分子極性小，溶解度比水中大，故從水相轉(zhuǎn)入丁酯相中，而發(fā)酵液中存在的其它雜質(zhì)由于極性情況與抗生素不同，故很少進入丁酯中，這樣就達到一定程度的純化酸性物質(zhì)：pH>pK時，主要以負離子存在；

pH<pK時，主要以游離分子存在；

pH＝pK時，兩種形式各占50％第23頁,共97頁，星期六，2024年，5月18.2有機溶劑萃取的影響因素1．影響萃取操作的因素：pH、溫度、鹽析2．有機溶劑的選擇3．帶溶劑4．乳化與去乳化第24頁,共97頁，星期六，2024年，5月1.

pH的影響●pH對表觀分配系數(shù)的影響（pH~K）pH低有利于酸性物質(zhì)分配在有機相，堿性物質(zhì)分配在水相。對弱酸隨pH↓K↑,當pH<<pK時，K→K0

例：已知penpK=2.75T=10℃K0=47

求:pH4.4pH2.5pH2.0時的K?pH4.4時:pH2.5時:K=30pH2.0時:K=39.9∴pH↓K↑解釋原理:pH<pK時，[pen]>[pen-]易溶于丁酯第25頁,共97頁，星期六，2024年，5月第26頁,共97頁，星期六，2024年，5月●控制pH，去除雜質(zhì)

例:pen當pH<pK時,萃取→丁酯中

(1)堿性雜質(zhì)

pKpen<pK堿雜當pH<pKpen(2.75)pH<<pK堿雜

堿性雜質(zhì)呈正離子狀態(tài)，易溶于水相中，∴自然分離除去(2)酸性雜質(zhì)pK酸雜<

pKpen例:青霉烯酸pK烯<

pKpen

∴pH控制:pK酸雜負離子(3)酸性雜質(zhì)pK酸雜>pKpen

例:苯乙酸pK乙(4.8)>pKpen(2.75)

∴

萃取時無法去除;反萃時4.8>pH>2.75第27頁,共97頁，星期六，2024年，5月

與雜質(zhì)的分離程度歸納生化物質(zhì)雜質(zhì)萃取操作條件的控制酸性堿性(pK堿雜>pK生)酸性(pK酸雜<pK生)酸性(pK酸雜>pK生)堿性

酸性(pK酸雜<pK生)

堿性(pK堿雜>pK生)

堿性(pK堿雜<pK生)萃取時雜質(zhì)自然除去pK酸雜<pH<pK生萃取時無法去除反萃取pK酸雜>pH>pK生萃取時雜質(zhì)自然除去pK堿雜>pH>pK生萃取時無法去除反萃取pK堿雜

<pH<pK生第28頁,共97頁，星期六，2024年，5月2.溫度T

◆T↑，分子擴散速度↑，故萃取速度↑

◆

T影響分配系數(shù)例：pen―T↑水中的溶解度↑

∴萃取時T↓使K↑；反萃時T↑使K反↑

紅霉素、螺旋霉素―T↑水中的溶解度↓

∴萃取時T↓使K↑；反萃時T↑使K反↑◆

T影響兩溶劑的互溶度影響

一般生化物質(zhì)的萃取在室溫或較低溫度下進行第29頁,共97頁，星期六，2024年，5月3.鹽析：無機鹽——氯化鈉、硫酸銨，作用：生化物質(zhì)在水中溶解度↓；兩相比重差↑兩相互溶度↓例：pen從水相→丁酯中，加氯化鈉洗滌，消除有機相水滴，提高質(zhì)量和收率；

spm的丁酯萃取液+飽和鹽水洗滌，減少spm在水中溶解度；消除有機相水滴；分相容易。第30頁,共97頁，星期六，2024年，5月2．有機溶劑的選擇根據(jù)相似相溶的原理，選擇與目標產(chǎn)物極性相近的有機溶劑為萃取劑，可以得到較大的分配系數(shù)（根據(jù)介電常數(shù)判斷極性）；有機溶劑與水不互溶，與水有較大的密度差，黏度小，表面張力適中，相分散和相分離容易；應(yīng)當價廉易得，容易回收，毒性低，腐蝕性小，不與目標產(chǎn)物反應(yīng)。常用于生化萃取的有機溶劑有丁醇、丁酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等。第31頁,共97頁，星期六，2024年，5月3．帶溶劑

對于水溶性強的溶質(zhì)，可利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)間的化學反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子，使溶質(zhì)向有機相轉(zhuǎn)移。①抗生素萃取劑：月桂酸、脂肪堿或胺類等。②氨基酸萃取劑：氯化三辛基甲銨。溶質(zhì)與帶溶劑之間的作用：離子對萃取、離子交換萃取、反應(yīng)萃取。第32頁,共97頁，星期六，2024年，5月4．乳化乳化：水或有機溶劑以微小液滴分散在有機相或水相中的現(xiàn)象。這樣形成的分散體系稱乳濁液。乳化帶來的問題：有機相和水相分相困難，出現(xiàn)夾帶，收率低，純度低。第33頁,共97頁，星期六，2024年，5月乳化第34頁,共97頁，星期六，2024年，5月第35頁,共97頁，星期六，2024年，5月固體粉末乳化劑：除表面活性劑外，能同時為兩種液體所潤濕的固體粉末也能作為乳化劑，如粉末對水的潤濕性強于對油的潤濕性，則根據(jù)自由能最小的原則，形成水包油O/W型乳濁液。反之形成油包水型乳化發(fā)酵液乳化的原因：a蛋白質(zhì)的存在，起到表面活性劑b固體粉末對界面的穩(wěn)定作用第36頁,共97頁，星期六，2024年，5月2）乳濁液的穩(wěn)定條件乳濁液穩(wěn)定性和下列幾個因素有關(guān)：①界面上保護膜是否形成；②液滴是否帶電；③介質(zhì)的粘度。表面活性劑分子在分散相液滴周圍形成保護膜。保護膜具有一定的機械強度，不易破裂，能防止液滴碰撞而引起聚沉。介質(zhì)粘度較大時能增強保護膜的機械強度。第37頁,共97頁，星期六，2024年，5月

（親憎平衡值）表面活性劑的親水與親油程度的相對強弱，在工業(yè)上常用HLB數(shù)來表示。即親水與親油平衡程度，HLB數(shù)越大，親水性越強，形成O/W型乳濁液，HLB數(shù)越小，親油性越強，形成W/O型乳濁液。HLBHLB數(shù)

應(yīng)用 3—6W/O乳濁液7—9潤濕劑8—15O/W乳濁液13—15洗滌劑15—18助溶劑表18-3各種表面活性劑的用途第38頁,共97頁，星期六，2024年，5月物理法：離心、加熱，吸附，稀釋化學法：加電解質(zhì)、其他表面活性劑*轉(zhuǎn)型法加入一種乳化劑，條件：①形成的乳濁液類型與原來的相反，使原乳濁液轉(zhuǎn)型②在轉(zhuǎn)型的過程中，乳濁液破壞，控制條件不允許形成相反的乳濁液，*頂替法加入一種乳化劑，將原先的乳化劑從界面頂替出來：①形成的乳濁液類型與原來的一致②它本身的表面活性>原來的表面活性③不能形成堅固的保護膜。3）．乳濁液的破壞措施第39頁,共97頁，星期六，2024年，5月第40頁,共97頁，星期六，2024年，5月18.4萃取方式與過程計算※萃取過程：1）混和2）分離3）溶劑回收※操作方式單級萃取多級萃取多級錯流多級逆流※理論收率計算假定：兩相中的分配很快達到平衡；兩相完全不互溶，完全分離：★萃取因素：

第41頁,共97頁，星期六，2024年，5月1.單級萃取單級萃取流程示意圖單級萃?。褐话ㄒ粋€混合器和一個分離器第42頁,共97頁，星期六，2024年，5月未被萃取的分率φ和理論收得率1－φ萃取因素未被萃取的分率理論收率1.單級萃取18-9第43頁,共97頁，星期六，2024年，5月2）多級錯流萃取料液經(jīng)萃取后，萃余液再與新鮮萃取劑接觸，再進行萃取。第一級的萃余液進入第二級作為料液，并加入新鮮萃取劑進行萃?。坏诙壍妮陀嘁涸僮鳛榈谌壍牧弦?，以此類推。此法特點在于每級中都加溶劑，故溶劑消耗量大，而得到的萃取劑平均濃度較稀，但萃取較完全。第44頁,共97頁，星期六，2024年，5月多級錯流萃取示意圖料液入口第一級第二級第三級萃余液出口第45頁,共97頁，星期六，2024年，5月多級錯流萃取未被萃取分率和理論收率經(jīng)一級萃取后，未被萃取的分率φ1：經(jīng)二級萃取后，未被萃取的分率φ2：經(jīng)n級萃取后，未被萃取的分率：理論收率：第46頁,共97頁，星期六，2024年，5月多級錯流萃取未被萃取分率Φ、級數(shù)n、萃取因數(shù)E之間的關(guān)系未被萃取分率Φ級數(shù)n第47頁,共97頁，星期六，2024年，5月3）多級逆流萃取在多級逆流萃取中，在第一級中連續(xù)加入料液，并逐漸向下一級移動，而在最后一級中連續(xù)加入萃取劑，并逐漸向前一級移動。料液移動的方向和萃取劑移動的方向相反，故稱為逆流萃取。在逆流萃取中，只在最后一級中加入萃取劑，故和錯流萃取相比，萃取劑之消耗量較少，因而萃取液平均濃度較高。第48頁,共97頁，星期六，2024年，5月多級逆流萃取圖第49頁,共97頁，星期六，2024年，5月青霉素的多級逆流萃取青霉素發(fā)酵過濾液進入第一級萃取罐，在此與從第二級分離器來的萃取相（含產(chǎn)品青霉素）混合萃取，然后流入第一級分離器分成上下層，上層為萃取相，富含目的產(chǎn)物，送去蒸餾回收溶劑和產(chǎn)物進一步精制；下一層為萃余相，含目的產(chǎn)物濃度比新鮮料液低得多，送第二級萃??；如此經(jīng)三級萃取后，最后一級的萃余相作為廢液排走。第50頁,共97頁，星期六，2024年，5月多級逆液萃取計算公式推導(dǎo)12K-1kK+1n-1nLFSR令Ｑk代表第k級中溶質(zhì)總量（萃取相和萃余相），因為是連續(xù)操作，則表示單位時間內(nèi)通過第k級溶質(zhì)總量。先求出相鄰三級所含溶質(zhì)總量Ｑk-1，Qk

和Qk+1

之間關(guān)系自第(k+1)級進入第k級的溶質(zhì)的量＝而自(k-1)級進入第k級的量＝則第K級的溶劑總量為第51頁,共97頁，星期六，2024年，5月多級逆液萃取計算公式推導(dǎo)理論收得率：未被萃取的分率：第52頁,共97頁，星期六，2024年，5月

條件：萃取相和萃余相很快達到平衡兩相完全不互溶，完全分離每級的萃取因素E相同第53頁,共97頁，星期六，2024年，5月例子：不同萃取方式理論收率1利用乙酸乙酯萃取發(fā)酵液中的放線菌素D，pH=3.5時，k=57，料液流速450L/h，萃取劑流量39L/h，計算采用三級錯流萃取和三級逆流萃取的萃取因素E和理論收率各為多少？2教材84頁復(fù)習題5第54頁,共97頁，星期六，2024年，5月萃取計算諾模圖為了便于計算，選擇合理的萃取條件和相應(yīng)的設(shè)備,必須適當?shù)胤治鲋饕蛩氐挠绊??？衫梦幢惠腿》致师眨瑵饪s倍數(shù)m，水相pH和使用設(shè)備的理論級數(shù)n等定量連系的諾模圖來完成。

主要是求取在一定溫度下分配系數(shù)K和溶液pH的關(guān)系（m和n可任選)，然后通過計算機運算得到諾模圖。諾模圖：把一個數(shù)學方程式的幾個變量之間的函數(shù)關(guān)系，畫成相應(yīng)的具有刻度的直線或曲線表示的計算圖標第55頁,共97頁，星期六，2024年，5月在00C，pH2.5醋酸丁酯-芐青霉素-水系統(tǒng)第56頁,共97頁，星期六，2024年，5月上面討論的萃取屬于物理萃取，是指用一個有機溶劑擇優(yōu)溶解目標溶質(zhì)，符合分配定律。在物理萃取的應(yīng)用中一個主要的限制是需要發(fā)現(xiàn)一個在有機相和水相之間對目標溶質(zhì)分配系數(shù)足夠高的溶劑除此以外，用有機溶劑萃取弱電解質(zhì)（有機酸或有機堿）時都要調(diào)節(jié)溶液的pH使其小于pKa（對有機酸）或大于pKa（對有機堿），這樣會影響目標溶質(zhì)的穩(wěn)定性，因此啟發(fā)人們尋找新的萃取體系。18.6離子對/反應(yīng)萃取第57頁,共97頁，星期六，2024年，5月離子對/反應(yīng)萃取就是使目標溶質(zhì)與溶劑通過絡(luò)合反應(yīng)，酸堿反應(yīng)或離子交換反應(yīng)生成可溶性的復(fù)合絡(luò)合物，易從水相轉(zhuǎn)移到有機溶劑/萃取系統(tǒng)中。主要有兩類萃取劑：1.有機磷類萃取劑2.胺類萃取劑離子對/反應(yīng)萃取介紹第58頁,共97頁，星期六，2024年，5月①有機磷類萃取劑磷酸三丁酯（TBP）氧化三辛基膦（TOPO）二

2

乙基己基磷酸（DEHPA）有機磷類萃取劑與目標溶質(zhì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，而易于轉(zhuǎn)移到萃取相，在類似的條件下，用有機磷類化合物萃取弱有機酸比醋酸丁酯等碳氧類萃取劑分配比要高很多。第59頁,共97頁，星期六，2024年，5月②胺類萃取劑胺類萃取劑(三辛胺)可與目標溶質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，用胺類長鏈脂肪酸從水溶液中萃取帶質(zhì)子的有機化合物是一個可行的過程，并用于從發(fā)酵液中大規(guī)?；厥諜幟仕帷５?0頁,共97頁，星期六，2024年，5月離子對/反應(yīng)萃取-稀釋劑此類萃取劑都要溶解在稀釋劑中，稀釋劑：溶解萃取劑，改善萃取相的物理性質(zhì)的有機溶劑，如煤油、己烷、辛烷、苯。稀釋劑的選擇：①分配系數(shù)：稀釋劑能夠影響分配系數(shù)，特別是通過萃取劑/溶劑復(fù)合物的溶劑化作用。②選擇性：為萃取盡可能少的雜質(zhì)，使用非極性稀釋劑更好。③水溶性：低的水溶性，使溶劑的損失最少。④毒性：對食品和藥品應(yīng)低毒或無毒的溶劑，長鏈烷烴由于它們具有低毒和低水溶性，因此理應(yīng)優(yōu)先使用。⑤粘度和密度：低粘度和低密度的稀釋劑會使分相更容易。⑥穩(wěn)定性：烷烴比醇、酯和鹵代烴更難降解⑦第三相的形成：第61頁,共97頁，星期六，2024年，5月離子對/反應(yīng)萃取的應(yīng)用1.青霉素-TBP(磷酸三丁酯)萃取：體系中存在電離平衡Kp和萃取反應(yīng)平衡KsHP(W)+nS(0)

HP·Sn(0)

化學萃取表觀分配系數(shù)：對比物理分配K：雖然離子對/反應(yīng)萃取體系對生物產(chǎn)物的萃取具有選擇性高、溶劑損耗小、產(chǎn)物穩(wěn)定等優(yōu)點，但是由于溶劑的毒性會引起產(chǎn)品殘留毒性影響健康，只有那些可用于工業(yè)原料的產(chǎn)物，才有使用價值，故有待進一步研究開發(fā)。第62頁,共97頁，星期六，2024年，5月思考題：1理解概念：分配系數(shù)，表觀分配系數(shù)，分離因素，介電常數(shù)，HLB值，萃取因素，帶溶劑，未被萃取分率，理論收率，離子對/反應(yīng)萃取，化學萃取2pH對弱電解質(zhì)的萃取效率有何影響？3發(fā)酵液乳化現(xiàn)象產(chǎn)生原因與影響？如何消除乳化現(xiàn)象？4萃取方式包括哪些，其理論收率如何計算？

第63頁,共97頁，星期六，2024年，5月

第十八章溶劑萃取法

(solventextraction)第二講第64頁,共97頁，星期六，2024年，5月近20年來研究溶劑萃取技術(shù)與其他技術(shù)相結(jié)合從而產(chǎn)生了一系列新的分離技術(shù)，如：超臨界萃?。⊿upercriticalFluidExtraction）逆膠束萃?。≧eversedMicelleExtraction）液膜萃取（LiquidMembraneExtraction）微波輔助萃助（microwave-assistedextraction)兩水相萃?。╝queoustwo-phasesystem)

溶劑萃取法新技術(shù)第65頁,共97頁，星期六，2024年，5月一超臨界流體萃取概念：利用超臨界流體的特殊性質(zhì)，使其在超臨界狀態(tài)下，與待分離的物料(液體或固體)接觸，萃取出目的產(chǎn)物，然后通過降壓或升溫的方法，使萃取物得到分離。所謂超臨界流體(SCF)即處于臨界溫度、臨界壓力以上的流體。在臨界溫度、壓力以上，無論壓力多高，流體都不能液化但流體的密度隨壓力增高而增加。特點：密度接近液體萃取能力強 粘度接近氣體傳質(zhì)性能好第66頁,共97頁，星期六，2024年，5月超臨界流體萃取第67頁,共97頁，星期六，2024年，5月超臨界二氧化碳萃取常用萃取劑極性萃取劑：乙醇、甲醇、水（難）非極性萃取劑：二氧化碳（易）超臨界二氧化碳臨界點：Tc=31.26℃、Pc=7.2MPa

優(yōu)點：缺點：臨界條件溫和設(shè)備投資大產(chǎn)品分離簡單無毒、無害不燃無腐蝕性價格便宜第68頁,共97頁，星期六，2024年，5月超臨界流體的應(yīng)用超臨界流體(supercriticalfluid,SCF)對脂肪酸、植物堿、醚類、酮類、甘油脂等具有特殊的溶解作用，因此可用于這類物質(zhì)的萃取分離。咖啡因萃取植物油：胚芽油、玉米油、γ-亞麻酸天然香料：杏仁油、檸檬油尼古丁第69頁,共97頁，星期六，2024年，5月咖啡因超臨界萃取流程第70頁,共97頁，星期六，2024年，5月大型超臨界流體萃取裝置第71頁,共97頁，星期六，2024年，5月反膠束萃取技術(shù)（Reversedmicellarextraction）是近年來發(fā)展起來的一種新型萃取分離技術(shù)，主要適合于蛋白質(zhì)的提取和分離。是利用表面活性劑在有機溶劑中自發(fā)形成一種納米級的反膠束相來萃取水溶液中的大分子蛋白質(zhì)。二.反膠束法料液有機相第72頁,共97頁，星期六，2024年，5月疏靜電引力：主要是蛋白質(zhì)的表面電荷與反膠束內(nèi)表面電荷（離子型表面活性劑）之間的靜電引力作用?？臻g位阻作用：增大反膠束極性核的尺寸，以減小大分子蛋白進入膠核的傳質(zhì)阻力。凡是能夠引起靜電引力，能夠促使反膠束尺寸增大的因素均有利于提高分配系數(shù)。這些因素主要是pH、離子強度、表面活性劑種類和濃度等，通過因素優(yōu)化，實現(xiàn)選擇性地萃取和反萃取。反膠束萃取的原理：第73頁,共97頁，星期六，2024年，5月在反膠束內(nèi)部包含了水溶液，蛋白質(zhì)等生物分子萃取后進入反膠團內(nèi)部的“水池”中，避免了與有機溶劑直接接觸，反膠束內(nèi)的微環(huán)境與生物膜內(nèi)相似，故能很好保持其生物活性，解決了蛋白質(zhì)在有機溶劑中容易變性失活和難溶于有機溶劑的問題，為蛋白質(zhì)的提取和分離開辟了一條新的途徑。成本低，有機溶劑可反復(fù)使用；容易放大和實現(xiàn)連續(xù)操作反膠束萃取是一條具有工業(yè)發(fā)展前景的蛋白質(zhì)分離技術(shù)。反膠束法的優(yōu)點第74頁,共97頁，星期六，2024年，5月液膜：通常是由溶劑、表面活性劑和添加劑制成的。溶劑構(gòu)成膜基體；表面活性劑起乳化作用，可以促進液膜傳質(zhì)速度并提高其選擇性；添加劑用于控制膜的穩(wěn)定性和滲透性。液膜萃取：通常將含有被分離組分的料液作連續(xù)相，稱為外相；接受被分離組分的流體，稱內(nèi)相；處于兩者之間的成膜的流體稱為膜相，三者組成液膜分離體系。液膜把兩個組成不同而又互溶的內(nèi)、外相溶液隔開，并通過滲透現(xiàn)象起到分離作用。三液膜萃取第75頁,共97頁，星期六，2024年，5月液膜的種類液膜根據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為多種，但具體有實際應(yīng)用價值的主要有三種：①乳狀液膜②支撐液膜③流動液膜第76頁,共97頁，星期六，2024年，5月①乳狀液膜乳狀液膜（emulsionliquidmembrance,ELM）是N.N.Li發(fā)明專利中使用的液膜。乳狀液膜根據(jù)成膜流體的不同，分為(W/O)/W和(O/W)/O兩種。在生物分離中主要應(yīng)用(W/O)/W型乳狀液膜。(W/O)/W型乳液液膜內(nèi)水相液膜目標溶質(zhì)料液第77頁,共97頁，星期六，2024年，5月②支撐液膜支撐液膜是將固體膜浸在膜溶劑(如有機溶劑中)使膜溶劑充滿膜的孔隙形成液膜。支撐液膜分隔料液相和反萃相,實現(xiàn)滲透溶質(zhì)的選擇性萃取。當液膜為油相時，常用的多孔膜為聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯等高疏水性膜。與乳狀液膜相比，支撐液膜結(jié)構(gòu)簡單，放大容易。第78頁,共97頁，星期六，2024年，5月③流動液膜流動液膜也是一種支撐液膜，是為了彌補上述支撐液膜的膜相容易流失的缺點而提出的，液膜相可循環(huán)流動，因此在操作過程中即使有所損失也很容易補充，不必停止萃取操作進行液膜再生。第79頁,共97頁，星期六，2024年，5月液膜分離技術(shù)的應(yīng)用液膜分離技術(shù)由于其良好的選擇性和定向性，分離效率高，而且能達到濃縮、凈化和分離的目的，因此，廣泛用于化工、食品、制藥、環(huán)保、濕法冶金、氣體分離和生物制品等工業(yè)中。近年來液膜分離技術(shù)在發(fā)酵液產(chǎn)物分離領(lǐng)域中也引起了人們的關(guān)注，進行了較為廣泛的研究和開發(fā)工作。第80頁,共97頁，星期六，2024年，5月液膜分離萃取檸檬酸膜相檸檬酸萃取物內(nèi)相空氣料液廢液循環(huán)１－乳液裝置１2３42－發(fā)酵罐３－混合-分離裝置4－破乳裝置第81頁,共97頁，星期六，2024年，5月四微波輔助萃取微波和傳統(tǒng)的溶劑提取法相結(jié)合的一種萃取方法，利用不同結(jié)構(gòu)的化合物吸收微波能力的差異，使得細胞內(nèi)的某些成分被微波選擇性加熱，導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而提高有效成分的溶出程度和速度。20世紀70年代，普通家用微波爐首次走進實驗室；80年代，首次發(fā)表了微波用于植物提取的文獻；90年代商業(yè)化開始應(yīng)用于中藥有效成分的提??；第82頁,共97頁，星期六，2024年，5月微波萃取機理微波作用包括：一方面微波使細胞內(nèi)的一些極性分子成為激發(fā)態(tài)，或者使極性分子變性，細胞結(jié)構(gòu)不再“正?！?，或者極性分子釋放能量回到基態(tài)，所釋放的能量傳遞給其他物質(zhì)分子，加速其熱運動，縮短萃取組分的分子由物料內(nèi)部擴散到溶劑界面的時間，從而提高萃取速率；另一方面微波不僅加熱溶劑，而且提高溶劑的活性，使其更多地溶解有效成分，并高效率傳遞入溶劑。第83頁,共97頁，星期六，2024年，5月微波提取在應(yīng)用中應(yīng)注意的幾個問題微波對不同的植物細胞或組織有不同的作用，對細胞內(nèi)產(chǎn)物的釋放也有一定的選擇性。微波提取僅適用于對熱穩(wěn)定的產(chǎn)物，如生物堿、黃酮、苷類等，而對于熱敏感的物質(zhì)如蛋白質(zhì)、多肽等，微波加熱能導(dǎo)致這些成分的變性、甚至失活。由微波加熱原理可知，微波提取要求被處理的物料具有良好的吸水性，否則細胞難以吸收足夠的微波能將自身擊破，使其內(nèi)容物難以釋放出來。微波萃取技術(shù)在中藥中的應(yīng)用，大多在實驗室中進行，工業(yè)化生產(chǎn)還不太普及，但微波萃取技術(shù)的工程放大問題已受到重視，這將推動微波萃取技術(shù)在工業(yè)化的應(yīng)用。第84頁,共97頁，星期六，2024年，5月第85頁,共97頁，星期六，2024年，5月課堂討論題1：螺旋霉素（SPM）為一弱堿性抗生素，分子結(jié)構(gòu)中有兩個二甲胺基，pK1=7.1、pK2=8.4，文獻報導(dǎo)，螺旋霉素游離堿易溶于氯仿、醇類、酮類、酯類、己烷和苯等。螺旋霉素的鹽類極性較大，能溶于水和低級醇。在pH<2.0和pH>9.5溶液中不穩(wěn)定，特別在酸性條件下穩(wěn)定性更差。1.

為什么萃取時適宜的pH=9.0左右?不能過大的理由。2.萃取時溫度為什么應(yīng)升至35℃左右？3.反萃取主要為了除去哪類雜質(zhì)?4.適宜的反萃取pH應(yīng)滿足哪些條件?過高或過低有何不利?5.若萃取液中混有一堿性雜質(zhì)，極性較弱（pK雜<pKSPM），如何除去？6.若萃取液中混有一堿性雜質(zhì)，極性較強（pK雜>pKSPM），如何除去？第86頁,共97頁，星期六，2024年，5月解答：1.

為什么萃取時適宜的pH=9.0左右?堿性物質(zhì)：隨著pH↑，K↑，應(yīng)滿足pH>8.4，SPM游離分子含量增加在弱極性的有機溶劑中溶解度增大。不能過大的理由？①pH超過9.0以后，K增加不明顯；②SPM穩(wěn)定性下降；③極性比SPM更強的雜質(zhì)（如pK雜≥

9），容易被萃取到有機相中，造成純度降低。第87頁,共97頁，星期六，2024年，5月2.萃取時溫度為什么應(yīng)升至35℃左右？螺旋霉素在水中的溶解度隨溫度升高而減小，低溫時溶解度較大。因此，萃取時應(yīng)適當提高溫度，有利于螺旋霉素進入有機相。

溫度對萃取分配系數(shù)的影響溫度過高，容易破壞，因此適宜的萃取溫度為35℃左右。

第88頁,共97頁，星期六，2024年，5月3.反萃取主要為了除去哪類雜質(zhì)?極性比螺旋霉素弱的堿性雜質(zhì)（pK雜<pKSPM），使留在有機相，達到進一步提純目的。4.適宜的反萃取pH應(yīng)滿足哪些條件?過高或過低有何不利?①滿足pH<7.1（SPM+1和SPM+2含量增大

）→水相溶解度↑∴應(yīng)使溶液pH↓（pH↓，K反↑）；②在SPM穩(wěn)定范圍，酸性水溶液易降解，∴

pH過低，K反值反而減?。?/p>

③使弱堿性雜質(zhì)除去，提高產(chǎn)品純度∴pH不能過低（pK雜<pH<pKSP