萃取技术溶剂萃取概述萃取：当含有生化物质的溶液与互不相溶的第二相接触时，生化物质由于溶解度的不同倾向于在两相之间进行分配，当条件选择得恰当时，所需提取的生化物质就会有选择性地发生转移，集中到一相中，而原来溶液中所混有的其它杂质（如中间代谢产物、杂蛋白等）分配在另一相中，这样就能达到某种程度的提纯和浓缩。萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在发酵和其它生物工程生产上的应用也相当广泛，萃取操作不仅可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化，所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、激素等发酵产物的提取上。萃取法是利用液体混合物各组分在某有机溶剂中的溶解度的差异而实现分离的。料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液溶质：其中欲提取的物质萃取剂：用以进行萃取的溶剂萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中，得到的溶液余液：被萃取出溶质的料液萃取的基本概念萃取的基本概念萃取溶质从料液转移到萃取剂的过程。反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操作就称为反萃取（Backextraction)物理萃取和化学萃取：物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃取服从相律及一般化学反应的平衡定律。萃取过程溶质Ａ稀释剂Ｂ溶剂Ｓ萃取液Ｓ＋Ａ(B)杂质溶质原溶剂萃取剂LightphaseHeavyphase实验室液液萃取过程分液漏斗有机相萃取剂＋稀释剂（待分离物质＋杂质萃取液（待分离物质＋少量杂质（杂质）杂质+少量待萃物质产物（待萃物质）（待返回使用）萃取剂＋稀释剂一般工业液液萃取过程P67生物萃取与传统萃取相比的特殊性生物工程不同于化工生产，主要表现在生物分离往往需要从浓度很稀的水溶液中除去大部分的水，而且反应液中存在多种副产物和杂质，使生物萃取具有特殊性。产物的不稳定性萃取过程有选择性能与其它步聚相配合通过相转移减少产品水解适用于不同规模传质快周期短，便于连续操作毒性与安全环境问题溶剂萃取法的特点萃取过程的理论基础液液萃取是以分配定律为基础P65分配定律：一定T、P下，溶质在两个互不相溶的溶剂中分配，平衡时，溶质在两相中浓度之比为常数。K-分配系数在常温常压下Ｋ为常数；应用前提条件（1）稀溶液（2）溶质对溶剂互溶没有影响（3）必须是同一分子类型，不发生缔合或离解萃余相的浓度萃取相的浓度分离因素（β）如果原来料液中除溶质A以外，还含有溶质B，则由于A、B的分配系数不同，萃取相中A和B的相对含量就不同于萃余相中A和B的相对含量。如A的分配系数较B大，则萃取相中A的含量（浓度）较B多，这样A和B就得到一定程度的分离。萃取剂对溶质A和B分离能力的大小可用分离因素（β）来表征。分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。ＫＡKB分离效果不好；KB分离效果好；β越大，KA越大于KB，分离效果越好。有机溶剂萃取的影响因素P731．影响萃取操作的因素：pH、温度、盐析2．有机溶剂的选择3．带溶剂4．乳化与去乳化pH的影响P73pH对表观分配系数的影响（pH~K）pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分配在水相。温度TT，分子扩散速度，故萃取速度T影响分配系数例：penT影响两溶剂的互溶度影响一般生化物质的萃取在室温或较低温度下进行盐析：无机盐——氯化钠、硫酸铵，作用：生化物质在水中溶解度；两相比重差两相互溶度例：pen从水相丁酯中，加氯化钠洗涤，消除有机相水滴，提高质量和收率；spm的丁酯萃取液+饱和盐水洗涤，减少spm在水中溶解度；消除有机相水滴；分相容易。2．有机溶剂的选择P74根据相似相溶的原理，选择与目标产物极性相近的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大的分配系数（根据介电常数判断极性）有机溶剂与水不互溶，与水有较大的密度差，黏度小，表面张力适中，相分散和相分离容易；应当价廉易得，容易回收，毒性低，腐蚀性小，不与目标产物反应。常用于生化萃取的有机溶剂有丁醇、丁酯、乙酸乙酯、乙酸3．带溶剂P73对于水溶性强的溶质，可利用脂溶性萃取剂与溶质间的化学反应生成脂溶性复合分子，使溶质向有机相转移。抗生素萃取剂：月桂酸、脂肪碱或胺类等。氨基酸萃取剂：氯化三辛基甲铵。溶质与带溶剂之间的作用：离子对萃取、离子交换萃取、反应萃取。4．乳化P75乳化：水或有机溶剂以微小液滴分散在有机相或水相中的现象。这样形成的分散体系称乳浊液。乳化带来的问题：有机相和水相分相困难，出现夹带，收率低，纯度低。1）乳浊液形成原因表面活性物质聚集在两相界面上，使表面张力降低。表面活性剂分子亲水基团亲水基团伸向水中，亲油基团伸向油中。当将有机溶剂（通称为油）和水混在一起搅拌时，可能产生两种形式的乳浊液。乳浊液类型：水包油型；油包水型亲油性基团强度（HLB数越大），O/W；亲油性基团强度亲水性基团强度（HLB数越小），发酵液的乳化现象主要由蛋白质引起。（亲憎平衡值）表面活性剂的亲水与亲油程度的相对强弱，在工业上常用HLB数来表示。即亲水与亲油平衡程度，HLB数越大，亲水性越强，形成O/W型乳浊液，HLB数越小，亲油性越强，形成W/O型乳浊液。HLB数应用润湿剂8—15O/W乳浊液13—15洗涤剂15—18助溶剂各种表面活性剂的用途乳浊液的稳定条件乳浊液稳定性和下列几个因素有关：界面上保护膜是否形成；液滴是否带电；介质的粘度。表面活性剂分子在分散相液滴周围形成保护膜。保护膜具有一定的机械强度，不易破裂，能防止液滴碰撞而引起聚沉。介质粘度较大时能增强保护膜的机械强度。使乳浊液粘度降低，易破坏乳浊液。乳化不严重时，可以用离心或过滤的方法。加入适当的电解质。亲油性表面活性剂（十二烷基磺酸钠）W/O：亲水型表面活性剂（溴代十五烷基吡啶）萃取方式与过程计算※萃取过程：1）混和2）分离3）溶剂回收※操作方式单级萃取多级萃取多级错流多级逆流※理论收率计算假定：两相中的分配很快达到平衡；两相完全不互溶，完全分离：萃取因素：萃余液溶质总量萃取液溶质总量单级萃取P67萃取剂萃取相L产物单级萃取流程示意图单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器未被萃取的分率φ和理论收得率1－φ萃余液溶质总量萃取液溶质总量萃取因素未被萃取的分率理论收率单级萃取2）多级错流萃取定义：料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触，再进行萃取。过程：第一级的萃余液进入第二级作为料液，并加入新鲜萃取剂进行萃取；第二级的萃余液再作为第三级的料液，以此类推。此法特点在于每级中都加溶剂，故溶剂消耗量大，而得到的萃取剂平均浓度较稀，但萃取较完全。多级错流萃取示意图第一级第二级第三级萃余液出口多级错流萃取未被萃取分率和理论收率经一级萃取后，未被萃取的分率3）多级逆流萃取定义：在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取剂， 并逐渐向前一级移动。 料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃 在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液平均浓度较 第一级第二级 第三级 多级逆液萃取计算公式理论收得率： 未被萃取的分率：近20年来研究溶剂萃取技术与其他技术相结合从而产生了一系列新的分离技术，如 超临界萃取（SupercriticalFluid Extraction） 反胶束萃取（Reversed Micelle Extraction） 液膜萃取（Liquid Membrane Extraction） 微波辅助萃助（microwave-assisted extraction) 两水相萃取（aqueous two-phase system) 溶剂萃取法新技术 液膜萃取：通常将含有被分离组分的料液作连续相，称 为外相；接受被分离组分的流体，称内相；处于两者 之间的成膜的流体称为膜相，三者组成液膜分离体系 。液膜把两个组成不同而又互溶的内、外相溶液隔开 ，并通过渗透现象起到分离作用。 液膜萃取P87 膜溶剂 生物膜中的疏水部分，高分子烷烃、异烷烃类物质 表面活性剂 生物膜中磷脂的亲水端，稳定水油界面的最重要组分 流动载体 生物膜中的蛋白质载体，通常是萃取剂 膜增强剂 增加膜的稳定性 液膜的种类 液膜根据其结构可分为多种，但具体有实际应用价值 的主要有三种： 乳状液膜 支撑液膜 流动液膜 乳状液膜 乳状液膜（emulsion liquid membrance,ELM）是N.N.Li发明专利 中使用的液膜。 乳状液膜根据成膜流体的不同，分为 在生物分离中主要应用(W/O)/W型乳状液膜。支撑液膜 支撑液膜是将固体膜浸在膜溶剂(如有机溶剂 中)使膜溶剂充满膜的孔隙形成液膜。 支撑液膜分隔料液相和反萃相,实现渗透溶质 的选择性萃取。 当液膜为油相时，常用的多孔膜为聚四氟乙 烯、聚乙烯和聚丙烯等高疏水性膜。 与乳状液膜相比，支撑液膜结构简单，放大 容易。 流动液膜流动液膜也是一种支撑液膜，是为了 弥补上述支撑液膜的膜相容易流失的 缺点而提出的 液膜相可循环流动，因此在操作过程 中即使有所损失也很容易补充，不必 停止萃取操作进行液膜再生。 液膜分离技术由于其良好的选择性和定向性，分离效率高，而 且能达到浓缩、净化和分离的目的，因此，广泛用于化工、 食品、制药、环保、湿法冶金、气体分离和生物制品等工业 近年来液膜分离技术在发酵液产物分离领域中也引起了人们的关注，进行了较为广泛的研究和开发工作。 液膜分离技术的应用 反胶束萃取技术（Reversed micellar extraction）是近年 来发展起来的一种新型萃取分离技术，主要适合于蛋白质 的提取和分离。 是利用表面活性剂在有机溶剂中自发形成一种纳米级的反胶 束相来萃取水溶液中的大分子蛋白质。 反胶束法P99