生物分離工程萃取1

1、第六章第六章 萃取萃取（ExtractionExtraction）u萃?。狠腿。豪梦镔|(zhì)在互不相溶的兩相之間溶解度的不同，使利用物質(zhì)在互不相溶的兩相之間溶解度的不同，使所需提取的生化物質(zhì)有選擇性地發(fā)生轉(zhuǎn)移，集中到一相中，所需提取的生化物質(zhì)有選擇性地發(fā)生轉(zhuǎn)移，集中到一相中，而其它雜質(zhì)（如中間代謝產(chǎn)物、雜蛋白等）分配在另一相中，而其它雜質(zhì)（如中間代謝產(chǎn)物、雜蛋白等）分配在另一相中，從而達(dá)到某種程度的提純和濃縮。從而達(dá)到某種程度的提純和濃縮。 u反萃取：反萃?。和瓿奢腿〔僮骱螅瑸檫M(jìn)一步純化目標(biāo)產(chǎn)物完成萃取操作后，為進(jìn)一步純化目標(biāo)產(chǎn)物或便于下一步分離操作的實(shí)施，將目標(biāo)產(chǎn)物從或便于下一步分離操作的實(shí)施，

2、將目標(biāo)產(chǎn)物從有機(jī)有機(jī)相相轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)入水相水相的操作就稱為反萃?。ǖ牟僮骶头Q為反萃取（Back extraction)Back extraction)u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(dāng)廣泛，其它生物工程生產(chǎn)上的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，v萃取操作可以萃取操作可以提取和增濃產(chǎn)物，使產(chǎn)物獲得初步的純化提取和增濃產(chǎn)物，使產(chǎn)物獲得初步的純化，甚，甚至獲得至獲得純的天然產(chǎn)物純的天然產(chǎn)物。萃取方法分類萃取方法分類u物理萃?。何锢磔腿。焊鶕?jù)根據(jù)相似相溶相似相溶的原理，溶質(zhì)在兩相間達(dá)到分配平的原理，溶質(zhì)在兩相間達(dá)到分配平衡，

3、萃取劑與溶質(zhì)之間衡，萃取劑與溶質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的萃取過(guò)程。的萃取過(guò)程。u化學(xué)萃取化學(xué)萃取: 利用萃取劑與溶質(zhì)之間的利用萃取劑與溶質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)生成脂溶性復(fù)合分子實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)向有機(jī)相的分配。合分子實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)向有機(jī)相的分配。 物理萃取的理論基礎(chǔ)是物理萃取的理論基礎(chǔ)是分配定律分配定律，而化學(xué)萃，而化學(xué)萃取服從取服從相律相律及一般化學(xué)反應(yīng)的及一般化學(xué)反應(yīng)的平衡定律平衡定律。u液液-固萃取固萃取：用某種溶劑把有用物質(zhì)從：用某種溶劑把有用物質(zhì)從固體原料固體原料中提取到溶中提取到溶液中的過(guò)程，又稱為液中的過(guò)程，又稱為浸取或浸出浸取或浸出。u液液-液萃取液萃?。?溶劑萃取、雙

4、水相萃取、反膠團(tuán)萃取、液膜萃取等溶劑萃取、雙水相萃取、反膠團(tuán)萃取、液膜萃取等u超臨界萃取超臨界萃取溶劑萃取法廣泛應(yīng)用于抗生素、有機(jī)酸、維生素、激素等溶劑萃取法廣泛應(yīng)用于抗生素、有機(jī)酸、維生素、激素等發(fā)酵產(chǎn)物工業(yè)規(guī)模的提取上。發(fā)酵產(chǎn)物工業(yè)規(guī)模的提取上。利用一種溶質(zhì)組分（如產(chǎn)物）在兩個(gè)互不混溶的液相（如利用一種溶質(zhì)組分（如產(chǎn)物）在兩個(gè)互不混溶的液相（如水水相和有機(jī)溶劑相相和有機(jī)溶劑相）中競(jìng)爭(zhēng)性溶解和分配性質(zhì)上的差異來(lái)進(jìn)行）中競(jìng)爭(zhēng)性溶解和分配性質(zhì)上的差異來(lái)進(jìn)行分離操作的。分離操作的。溶劑溶劑a)a) 比化學(xué)沉淀法分離程度高；比化學(xué)沉淀法分離程度高；b)b) 比離子交換法選擇性好、傳質(zhì)快；比離子交換法

5、選擇性好、傳質(zhì)快；c)c) 比蒸餾法能耗低；比蒸餾法能耗低；d)d) 生產(chǎn)能力大、周期短、便于連續(xù)操作、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生產(chǎn)能力大、周期短、便于連續(xù)操作、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制?；刂?。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)溶劑萃取法和其他新型分離技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了一系列新型溶劑萃取法和其他新型分離技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了一系列新型分離技術(shù)：分離技術(shù)：q雙水相萃取技術(shù)（雙水相萃取技術(shù)（Partition of two aqueous phase system）等。）等。q反膠團(tuán)萃?。ǚ茨z團(tuán)萃?。≧eversed micelle extraction）q超臨界流體萃取（超臨界流體萃?。⊿upercritical fluid extractio

6、nSupercritical fluid extraction）用于高品質(zhì)的天然物質(zhì)、胞內(nèi)物質(zhì)（胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)、用于高品質(zhì)的天然物質(zhì)、胞內(nèi)物質(zhì)（胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)、多肽、核酸等）的分離提取上。多肽、核酸等）的分離提取上。表表1 1 幾種萃取方法的比較幾種萃取方法的比較萃取方法萃取方法原原 理理應(yīng)應(yīng) 用用液液-固萃取固萃取屬于用液體提取屬于用液體提取固體原料固體原料中有中有用成分的擴(kuò)散分離操作。用成分的擴(kuò)散分離操作。多用于提取存在于多用于提取存在于胞內(nèi)胞內(nèi)的有效的有效成分。成分。液液-液萃取液萃取溶劑萃取溶劑萃取利用溶質(zhì)在兩個(gè)互不混溶的液利用溶質(zhì)在兩個(gè)互不混溶的液相（通常為相（通常為水相和有機(jī)溶劑相

7、水相和有機(jī)溶劑相）中溶解度和分配性質(zhì)上的差異進(jìn)中溶解度和分配性質(zhì)上的差異進(jìn)行的分離操作。行的分離操作?？捎糜谟袡C(jī)酸、氨基酸、維生可用于有機(jī)酸、氨基酸、維生素等生物素等生物小分子小分子的分離純化。的分離純化。雙水相萃取雙水相萃取利用物質(zhì)在互不相溶的利用物質(zhì)在互不相溶的兩水相兩水相間間分配系數(shù)的差異進(jìn)行分配系數(shù)的差異進(jìn)行的分離操的分離操作。作。主要用于主要用于蛋白質(zhì)、酶蛋白質(zhì)、酶，特別是，特別是胞內(nèi)蛋白的提取純化。胞內(nèi)蛋白的提取純化。反膠團(tuán)萃取反膠團(tuán)萃取利用利用表面活性劑在有機(jī)相中形表面活性劑在有機(jī)相中形成的反膠團(tuán)成的反膠團(tuán)，從而在有機(jī)相中形，從而在有機(jī)相中形成分散的親水微環(huán)境，使生物分成分散的親

8、水微環(huán)境，使生物分子在有機(jī)相（萃取相）內(nèi)存在于子在有機(jī)相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團(tuán)的親水微環(huán)境中。反膠團(tuán)的親水微環(huán)境中。適用于氨基酸、肽和蛋白質(zhì)等適用于氨基酸、肽和蛋白質(zhì)等生物分子的分離純化，特別是蛋生物分子的分離純化，特別是蛋白質(zhì)類白質(zhì)類生物大分子生物大分子的分離。的分離。液膜萃取液膜萃取液膜液膜能將與之不互溶的液體分能將與之不互溶的液體分開(kāi)，使其中一側(cè)液體中的溶質(zhì)選開(kāi)，使其中一側(cè)液體中的溶質(zhì)選擇性地透過(guò)液膜進(jìn)入另一側(cè)，實(shí)擇性地透過(guò)液膜進(jìn)入另一側(cè)，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)之間的分離?，F(xiàn)溶質(zhì)之間的分離。適用于金屬離子、烴類、有機(jī)適用于金屬離子、烴類、有機(jī)酸、氨基酸和抗生素的分離及廢酸、氨基酸和抗生素的分離及廢水

9、處理，在酶的包埋固定化和生水處理，在酶的包埋固定化和生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用也前景廣闊。物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用也前景廣闊。 超臨界流體萃取超臨界流體萃取利用利用超臨界流體作為萃取劑超臨界流體作為萃取劑，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行溶解和分離。對(duì)物質(zhì)進(jìn)行溶解和分離。適用于脂肪酸、植物堿、醚類、適用于脂肪酸、植物堿、醚類、酮類、甘油酯、芳香成分等物質(zhì)酮類、甘油酯、芳香成分等物質(zhì)的萃取分離。的萃取分離。第一節(jié)第一節(jié) 液液-固萃取固萃取 液液-固萃取固萃取又叫又叫浸取或浸出浸取或浸出，是將，是將固相固相物質(zhì)萃物質(zhì)萃取到溶劑相中，在許多行業(yè)中得到應(yīng)用。取到溶劑相中，在許多行業(yè)中得到應(yīng)用。產(chǎn)物產(chǎn)物固體固體溶質(zhì)溶質(zhì)溶劑溶劑咖啡咖啡粗烤咖

10、啡粗烤咖啡咖啡溶質(zhì)咖啡溶質(zhì)水水果汁果汁水果水果果汁果汁水水藥酒藥酒中藥材中藥材藥用成分藥用成分酒酒大豆蛋白大豆蛋白豆粉豆粉蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)NaOH溶液溶液表表2 浸取的應(yīng)用舉例浸取的應(yīng)用舉例u 溶劑溶劑傳遞到固體顆粒表面；傳遞到固體顆粒表面；u 溶劑溶劑擴(kuò)散到固體內(nèi)部微孔隙中；擴(kuò)散到固體內(nèi)部微孔隙中；u 溶質(zhì)溶質(zhì)溶解到溶劑中；溶解到溶劑中；u 溶質(zhì)溶質(zhì)通過(guò)固體微孔隙通道擴(kuò)散到固體表面，并進(jìn)入溶劑通過(guò)固體微孔隙通道擴(kuò)散到固體表面，并進(jìn)入溶劑主體。主體。 一般而言，第一、二兩步都很迅速，不是浸取過(guò)程一般而言，第一、二兩步都很迅速，不是浸取過(guò)程總速率的控制性步驟?？偹俾实目刂菩圆襟E。 溶質(zhì)通過(guò)多孔固體的

11、擴(kuò)散可用溶質(zhì)通過(guò)多孔固體的擴(kuò)散可用有效擴(kuò)散系數(shù)有效擴(kuò)散系數(shù)來(lái)描述，來(lái)描述，而有效擴(kuò)散系數(shù)與而有效擴(kuò)散系數(shù)與Fick定律有關(guān)。定律有關(guān)。浸取的過(guò)程：浸取的過(guò)程：浸取的影響因素浸取的影響因素1相平衡相平衡 浸取過(guò)程中的相平衡用分配系數(shù)浸取過(guò)程中的相平衡用分配系數(shù)KD表示表示 KD y / x y達(dá)到平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度達(dá)到平衡時(shí)溶質(zhì)在液相中的濃度x平衡時(shí)溶質(zhì)在固相中的濃度平衡時(shí)溶質(zhì)在固相中的濃度 2溶劑的選擇溶劑的選擇 KD大且對(duì)目的物質(zhì)的選擇性高，溶劑的價(jià)格應(yīng)低廉，無(wú)腐蝕性，大且對(duì)目的物質(zhì)的選擇性高，溶劑的價(jià)格應(yīng)低廉，無(wú)腐蝕性，無(wú)毒，閃點(diǎn)高，無(wú)爆炸性，產(chǎn)品中易去除，容易回收。無(wú)毒，閃點(diǎn)高，無(wú)

12、爆炸性，產(chǎn)品中易去除，容易回收。 3增溶作用增溶作用 原先不溶或難溶性的生物大分子物質(zhì)向可溶性的、分子量較小的原先不溶或難溶性的生物大分子物質(zhì)向可溶性的、分子量較小的生物物質(zhì)轉(zhuǎn)變，但不能過(guò)度。也有向不溶性轉(zhuǎn)變的。生物物質(zhì)轉(zhuǎn)變，但不能過(guò)度。也有向不溶性轉(zhuǎn)變的。 4固體原料的預(yù)處理固體原料的預(yù)處理： 如如粉碎、干燥粉碎、干燥等。等。浸取過(guò)程的前加工：浸取過(guò)程的前加工：干燥干燥：有助于細(xì)胞膜的破裂，溶劑也容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部有助于細(xì)胞膜的破裂，溶劑也容易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，直，直接溶解溶質(zhì)。接溶解溶質(zhì)。滾壓滾壓：將原料滾壓成片，使其減小到：將原料滾壓成片，使其減小到0.1一一0.5mm，則大豆及，則大豆及許多

13、植物種子的細(xì)胞壁極大地破裂，植物油容易進(jìn)入溶劑。許多植物種子的細(xì)胞壁極大地破裂，植物油容易進(jìn)入溶劑。切片切片：減小水溶劑從水相主體擴(kuò)散到每個(gè)細(xì)胞的距離，細(xì)胞：減小水溶劑從水相主體擴(kuò)散到每個(gè)細(xì)胞的距離，細(xì)胞基本上保持完好，水溶性物質(zhì)可以通過(guò)半透性細(xì)胞膜擴(kuò)散基本上保持完好，水溶性物質(zhì)可以通過(guò)半透性細(xì)胞膜擴(kuò)散進(jìn)入水溶劑中，蛋白質(zhì)和膠體組分因透不過(guò)細(xì)胞膜而不能進(jìn)入水溶劑中，蛋白質(zhì)和膠體組分因透不過(guò)細(xì)胞膜而不能溶入水相。溶入水相。粉碎粉碎:液液-固萃取設(shè)備固萃取設(shè)備 美國(guó)美國(guó)Applied Separ-a t i o n s ( A S I ) 公 司 產(chǎn)公 司 產(chǎn)one/fast PSE型壓力型壓力/

14、快速快速溶劑提取儀溶劑提取儀。15分鐘內(nèi)可分鐘內(nèi)可同時(shí)處理同時(shí)處理6個(gè)樣品，全自動(dòng)個(gè)樣品，全自動(dòng)溶劑分配系統(tǒng)，可自由實(shí)溶劑分配系統(tǒng)，可自由實(shí)現(xiàn)現(xiàn)4種不同溶劑的切換。該種不同溶劑的切換。該法具有環(huán)保、高效、清潔、法具有環(huán)保、高效、清潔、快速等諸多特點(diǎn)，已被美快速等諸多特點(diǎn)，已被美國(guó)國(guó)EPA推薦為推薦為3545A標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)方法。方法。 美國(guó)戴安公司美國(guó)戴安公司產(chǎn)產(chǎn)ASE快速溶劑萃快速溶劑萃取儀取儀 ，可對(duì)固體、，可對(duì)固體、半固體樣品中的目半固體樣品中的目標(biāo)分析物進(jìn)行快速標(biāo)分析物進(jìn)行快速全自動(dòng)地萃取。系全自動(dòng)地萃取。系統(tǒng)帶有多項(xiàng)安全特統(tǒng)帶有多項(xiàng)安全特性以避免潛在的危性以避免潛在的危險(xiǎn)險(xiǎn)。 德國(guó)產(chǎn)德國(guó)產(chǎn)

15、IKA固液萃取固液萃取儀儀，所需化學(xué)溶劑更少，所需化學(xué)溶劑更少，可減少?gòu)U料處理費(fèi)用?？蓽p少?gòu)U料處理費(fèi)用。全電腦控制，可同時(shí)進(jìn)全電腦控制，可同時(shí)進(jìn)行行4個(gè)萃取過(guò)程。個(gè)萃取過(guò)程。labworldsoft軟件組合，軟件組合，可方便的建立自動(dòng)化的可方便的建立自動(dòng)化的處理程序，一套軟件可處理程序，一套軟件可同時(shí)控制八臺(tái)儀器。同時(shí)控制八臺(tái)儀器。 瑞士產(chǎn)瑞士產(chǎn)B-811索索氏抽提儀氏抽提儀（固液萃?。ü桃狠腿≡O(shè)備），抽提速度快，設(shè)備），抽提速度快，45-60分鐘即可完成分鐘即可完成抽提，無(wú)須烘干。提抽提，無(wú)須烘干。提供供4種抽提方法：索種抽提方法：索氏抽提，索氏雙加熱，氏抽提，索氏雙加熱，熱抽提，連續(xù)流法。

16、熱抽提，連續(xù)流法。 美國(guó)產(chǎn)美國(guó)產(chǎn)AutoTrace, RapidTrace固相萃取自動(dòng)固相萃取自動(dòng)工作站工作站，計(jì)算機(jī)程序控制，可在，計(jì)算機(jī)程序控制，可在15分鐘內(nèi)完成六個(gè)分鐘內(nèi)完成六個(gè)樣品的萃取。可以配合自動(dòng)濃縮工作站使用，自動(dòng)樣品的萃取?？梢耘浜献詣?dòng)濃縮工作站使用，自動(dòng)濃縮萃取出來(lái)的樣品。濃縮萃取出來(lái)的樣品。 法國(guó)吉爾森公司生法國(guó)吉爾森公司生產(chǎn)的產(chǎn)的ASPEC Xli全自動(dòng)全自動(dòng)固相萃取儀固相萃取儀，可在線自，可在線自動(dòng)進(jìn)行樣品的固相萃取。動(dòng)進(jìn)行樣品的固相萃取。采用正相液壓技術(shù)控制采用正相液壓技術(shù)控制液體流速，保證液體傳液體流速，保證液體傳送的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，送的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，便于方法的

17、實(shí)驗(yàn)室間轉(zhuǎn)便于方法的實(shí)驗(yàn)室間轉(zhuǎn)移及建立行業(yè)乃至國(guó)家移及建立行業(yè)乃至國(guó)家的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)。的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)。 意大利意大利Milestone公公司司 Milestone微波萃取微波萃取系統(tǒng)系統(tǒng)，可溶劑萃取，可溶劑萃取12份份樣品，在樣品，在15分鐘內(nèi)完成。分鐘內(nèi)完成。專業(yè)的計(jì)算機(jī)控制終端，專業(yè)的計(jì)算機(jī)控制終端，自動(dòng)控制溫度、壓力、自動(dòng)控制溫度、壓力、時(shí)間、微波功率等參數(shù)。時(shí)間、微波功率等參數(shù)。 上海產(chǎn)上海產(chǎn)ME-3000微波萃取微波萃取/合成系統(tǒng)合成系統(tǒng) ZCT轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔 轉(zhuǎn)盤(pán)塔是一種靠外輸入能量強(qiáng)轉(zhuǎn)盤(pán)塔是一種靠外輸入能量強(qiáng)化液液萃取過(guò)程的設(shè)備。可用于化液液萃取過(guò)程的設(shè)備。可用于含固體粒子液體

18、的純化，已廣泛含固體粒子液體的純化，已廣泛用于食油純化、核燃料處理、原用于食油純化、核燃料處理、原油凈化、維生素純化、廢水處理油凈化、維生素純化、廢水處理等行業(yè)中，具有良好的工業(yè)背景。等行業(yè)中，具有良好的工業(yè)背景。 該裝置可全視萃取過(guò)程，具有優(yōu)該裝置可全視萃取過(guò)程，具有優(yōu)良的教學(xué)效果，也可廣泛用于科良的教學(xué)效果，也可廣泛用于科研和生產(chǎn)部門(mén)的實(shí)驗(yàn)室，作過(guò)程研和生產(chǎn)部門(mén)的實(shí)驗(yàn)室，作過(guò)程研究與參數(shù)測(cè)定之用。研究與參數(shù)測(cè)定之用。裝置特點(diǎn)：裝置特點(diǎn)： 該裝置由轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔、情、重相供料系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速無(wú)該裝置由轉(zhuǎn)盤(pán)萃取塔、情、重相供料系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)裝置和儀表控制柜組成一體。級(jí)調(diào)節(jié)裝置和儀表控制柜組成一體。1

19、.1.輕重相流體經(jīng)穩(wěn)壓裝置處理，流量穩(wěn)定。輕重相流體經(jīng)穩(wěn)壓裝置處理，流量穩(wěn)定。2.2.選用選用0 0起動(dòng)直流調(diào)速裝置，確保設(shè)備運(yùn)行安全。起動(dòng)直流調(diào)速裝置，確保設(shè)備運(yùn)行安全。3.3.塔節(jié)為優(yōu)質(zhì)無(wú)機(jī)玻璃制作，視覺(jué)效果好，塔徑塔節(jié)為優(yōu)質(zhì)無(wú)機(jī)玻璃制作，視覺(jué)效果好，塔徑 87871300mm1300mm。4.4.塔內(nèi)構(gòu)件及管道均由不銹鋼材質(zhì)制作。塔內(nèi)構(gòu)件及管道均由不銹鋼材質(zhì)制作。5.5.選用優(yōu)質(zhì)磁力泵為供料泵，無(wú)泄漏。選用優(yōu)質(zhì)磁力泵為供料泵，無(wú)泄漏。吊籃式萃取設(shè)備吊籃式萃取設(shè)備適用產(chǎn)業(yè)適用產(chǎn)業(yè): 1、中藥單方、復(fù)方之萃取濃縮。、中藥單方、復(fù)方之萃取濃縮。 2、茶、青草茶、咖啡及健康食品之萃、茶、青草茶、

20、咖啡及健康食品之萃取。取。 3、肉類、魚(yú)類之萃取、分離、濃縮。、肉類、魚(yú)類之萃取、分離、濃縮。 4、藥酒之泡制。、藥酒之泡制。 5、生物科技。、生物科技。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 1、適用于：量少，種類多生產(chǎn)工廠。、適用于：量少，種類多生產(chǎn)工廠。 2、藥材置于沖孔編制的藥籃內(nèi)，利用、藥材置于沖孔編制的藥籃內(nèi)，利用吊車升降作業(yè)。吊車升降作業(yè)。 3、構(gòu)造簡(jiǎn)單，所需空間較小。、構(gòu)造簡(jiǎn)單，所需空間較小。 4、萃取溫度自動(dòng)操作。、萃取溫度自動(dòng)操作。 5、蓋予啟閉采用氣動(dòng)操作。、蓋予啟閉采用氣動(dòng)操作。 6、附冷凝器，可在完全密閉的狀況下、附冷凝器，可在完全密閉的狀況下操作。（在大氮壓力下作業(yè)）操作。（在大氮壓力下作

21、業(yè)） 7、附過(guò)濾裝置，可減少沉淀物。、附過(guò)濾裝置，可減少沉淀物。 攪拌機(jī)萃取設(shè)備攪拌機(jī)萃取設(shè)備1、入料、加水、萃取、排液、過(guò)濾、藥渣積壓、排渣、自動(dòng)、入料、加水、萃取、排液、過(guò)濾、藥渣積壓、排渣、自動(dòng)清洗，可完全電腦化，在中央控制室操控。清洗，可完全電腦化，在中央控制室操控。 2、適用于量大，種類較少的生產(chǎn)工廠、適用于量大，種類較少的生產(chǎn)工廠 3、立體式設(shè)計(jì)，占地面積小。、立體式設(shè)計(jì)，占地面積小。 4、使用容積大，所需加的水比吊籃式少。、使用容積大，所需加的水比吊籃式少。 5、被萃取物經(jīng)攪拌作用，萃取效率高。、被萃取物經(jīng)攪拌作用，萃取效率高。 6、不需使用吊籃，作業(yè)輕松，并減少萃取液滴在地上。

22、、不需使用吊籃，作業(yè)輕松，并減少萃取液滴在地上。 7、入水可加自動(dòng)計(jì)量，精確又方便。、入水可加自動(dòng)計(jì)量，精確又方便。 8、萃取溫度，計(jì)時(shí)，自動(dòng)控制。、萃取溫度，計(jì)時(shí)，自動(dòng)控制。 9、送料：可使用真空輸送方式，密閉又快速。、送料：可使用真空輸送方式，密閉又快速。 10、所需工作員、所需工作員12位就可以。位就可以。 11、可加入機(jī)介面觸控書(shū)面，直接在中央控制室操控。、可加入機(jī)介面觸控書(shū)面，直接在中央控制室操控。 12、配合振動(dòng)過(guò)濾，液渣分離及過(guò)濾效果非常好。、配合振動(dòng)過(guò)濾，液渣分離及過(guò)濾效果非常好。 13、自動(dòng)排液（第一次萃取）排料（第二次萃?。?。、自動(dòng)排液（第一次萃?。┡帕希ǖ诙屋腿。?。 1

23、4、排出的藥渣可經(jīng)過(guò)擠壓機(jī)，將殘留的萃取液在擠出。、排出的藥渣可經(jīng)過(guò)擠壓機(jī)，將殘留的萃取液在擠出。 15、擠壓后的藥渣可經(jīng)輸送帶輸送至室外。、擠壓后的藥渣可經(jīng)輸送帶輸送至室外。 16、工作環(huán)境，溫度較低及干凈。、工作環(huán)境，溫度較低及干凈。 17、完全密閉合乎安全衛(wèi)生要求。、完全密閉合乎安全衛(wèi)生要求。 18、附冷凝器，可在大氣壓力下完全密閉操作，使香氣及酒、附冷凝器，可在大氣壓力下完全密閉操作，使香氣及酒精不流失。精不流失。 19、可加、可加CIP自動(dòng)清洗。自動(dòng)清洗。 20、若使用酒精，可加防爆裝置。、若使用酒精，可加防爆裝置。 21、可加裝精油回收裝置。、可加裝精油回收裝置。 CTL型離心萃取

24、機(jī)型離心萃取機(jī) CTL型型離心萃取機(jī)離心萃取機(jī)是新一代圓筒式離心萃取機(jī)，是新一代圓筒式離心萃取機(jī)，處理能力大、功耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、清洗維護(hù)方便；處理能力大、功耗低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、清洗維護(hù)方便；可單機(jī)使用，也可多機(jī)串聯(lián)使用，該機(jī)還可根據(jù)不可單機(jī)使用，也可多機(jī)串聯(lián)使用，該機(jī)還可根據(jù)不同萃取體系及使用條件通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速、攪拌漿及重同萃取體系及使用條件通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)速、攪拌漿及重相堰直徑等參數(shù)來(lái)改善萃取時(shí)兩相混合程度及分離相堰直徑等參數(shù)來(lái)改善萃取時(shí)兩相混合程度及分離效果和萃取效率?？赏耆娲腿∷葌鹘y(tǒng)萃取設(shè)效果和萃取效率?？赏耆娲腿∷葌鹘y(tǒng)萃取設(shè)備。備。該機(jī)工作該機(jī)工作包括兩個(gè)過(guò)程即混合傳質(zhì)過(guò)程與兩相分離包

25、括兩個(gè)過(guò)程即混合傳質(zhì)過(guò)程與兩相分離過(guò)程，而這兩個(gè)過(guò)程都是在同一機(jī)內(nèi)完成的。過(guò)程，而這兩個(gè)過(guò)程都是在同一機(jī)內(nèi)完成的。性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 處理能力大，萃取速度快，效率高處理能力大，萃取速度快，效率高。對(duì)物料的適應(yīng)性好，。對(duì)物料的適應(yīng)性好，能處理兩相密度差很小，難以利用重力分離的物系；能處理兩相密度差很小，難以利用重力分離的物系； 當(dāng)物料情況出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，可更換相堰板，以當(dāng)物料情況出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，可更換相堰板，以適應(yīng)物料的變適應(yīng)物料的變化化；適用于物料情況經(jīng)常變化的場(chǎng)合，如中藥萃取；適用于物料情況經(jīng)常變化的場(chǎng)合，如中藥萃?。?物料在機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間短，適用于處理易變質(zhì)的物料物料在機(jī)內(nèi)停留的時(shí)間短，適用于處

26、理易變質(zhì)的物料，如，如抗菌素等。利用輪式攪拌原理，能使兩相充分混合，傳質(zhì)效抗菌素等。利用輪式攪拌原理，能使兩相充分混合，傳質(zhì)效率高、效果好；率高、效果好； 結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，占用空間少，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，拆裝方結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，占用空間少，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，拆裝方便，維護(hù)費(fèi)用、操作費(fèi)用低廉，可實(shí)現(xiàn)密閉防爆要求便，維護(hù)費(fèi)用、操作費(fèi)用低廉，可實(shí)現(xiàn)密閉防爆要求； 自動(dòng)化操作，無(wú)需人工參與，勞動(dòng)強(qiáng)度小，能耗低，自動(dòng)化操作，無(wú)需人工參與，勞動(dòng)強(qiáng)度小，能耗低，節(jié)約運(yùn)行成本；節(jié)約運(yùn)行成本； 可單機(jī)使用，也可多機(jī)串聯(lián)使用可單機(jī)使用，也可多機(jī)串聯(lián)使用； 易實(shí)現(xiàn)多級(jí)串聯(lián)及反萃取工藝易實(shí)現(xiàn)多級(jí)串聯(lián)及反萃取工藝。 該機(jī)還可根

27、據(jù)不同萃取體系及使用條件通過(guò)該機(jī)還可根據(jù)不同萃取體系及使用條件通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)調(diào)整轉(zhuǎn)速、攪拌漿及重相堰直徑等參數(shù)速、攪拌漿及重相堰直徑等參數(shù)來(lái)改善萃取時(shí)兩相混來(lái)改善萃取時(shí)兩相混合程度及分離效果和萃取效率。擴(kuò)大了機(jī)器的使用范合程度及分離效果和萃取效率。擴(kuò)大了機(jī)器的使用范圍。圍。 溶劑萃取溶劑萃取(Solvent Extraction)是生物工業(yè)中重要是生物工業(yè)中重要的分離提純方法，它是利用一種溶質(zhì)組分在兩個(gè)互的分離提純方法，它是利用一種溶質(zhì)組分在兩個(gè)互不相溶的液相中（不相溶的液相中（通常為水相和有機(jī)相通常為水相和有機(jī)相）分配特性）分配特性不同來(lái)進(jìn)行分離的過(guò)程。不同來(lái)進(jìn)行分離的過(guò)程。第二節(jié)第二節(jié) 溶劑萃

28、取法溶劑萃取法v料液：料液：在溶劑萃取中，要被提取的原料溶液；在溶劑萃取中，要被提取的原料溶液；v溶質(zhì)：溶質(zhì)：欲提取出來(lái)的物質(zhì)；欲提取出來(lái)的物質(zhì)；v萃取劑：萃取劑：用以進(jìn)行萃取的溶劑；用以進(jìn)行萃取的溶劑；v萃取液：萃取液：經(jīng)接觸分離后，大部分溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃經(jīng)接觸分離后，大部分溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃取劑中所得到的溶液；取劑中所得到的溶液；v萃余液：萃余液：被萃取出溶質(zhì)后剩余的料液。被萃取出溶質(zhì)后剩余的料液。一、溶劑萃取的基本概念一、溶劑萃取的基本概念v溶劑萃取包含兩步：混合；分層。溶劑萃取包含兩步：混合；分層。雜質(zhì)雜質(zhì)溶質(zhì)溶質(zhì)原溶液原溶液萃取劑萃取劑Light phaseHeavy phase萃取相萃取相原

29、溶液原溶液tC在溶劑萃取分離過(guò)程中，當(dāng)完成萃取操作后，為在溶劑萃取分離過(guò)程中，當(dāng)完成萃取操作后，為進(jìn)一步純化目標(biāo)產(chǎn)物或便于下一步分離操作的實(shí)進(jìn)一步純化目標(biāo)產(chǎn)物或便于下一步分離操作的實(shí)施，往往需要將目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到水相。這種調(diào)節(jié)施，往往需要將目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到水相。這種調(diào)節(jié)水相條件，水相條件，將目標(biāo)產(chǎn)物從有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相將目標(biāo)產(chǎn)物從有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相的操作的操作就稱為就稱為反萃取（反萃?。˙ack extraction)。萃萃取取洗洗滌滌反反萃萃取取萃取劑萃取劑稀釋劑稀釋劑料液料液（待分離物（待分離物質(zhì)雜質(zhì)質(zhì)雜質(zhì)萃取液萃取液（待分離物待分離物質(zhì)少量雜質(zhì)）質(zhì)少量雜質(zhì)）洗洗滌滌劑劑萃殘液萃殘液（雜質(zhì)）（雜質(zhì)）雜

30、質(zhì)雜質(zhì)+ +少量少量待萃物質(zhì)待萃物質(zhì)產(chǎn)物（待萃物質(zhì)）產(chǎn)物（待萃物質(zhì)）（待返回使用）（待返回使用）萃取劑稀釋劑萃取劑稀釋劑反反萃萃劑劑待待萃萃物物質(zhì)質(zhì)溶劑萃取的操作流程溶劑萃取的操作流程 萃取過(guò)程具有萃取過(guò)程具有選擇性選擇性； 能與其他需要的純化步驟能與其他需要的純化步驟相配合相配合； 通過(guò)轉(zhuǎn)移到具有不同物理或化學(xué)特性的第二相中，來(lái)通過(guò)轉(zhuǎn)移到具有不同物理或化學(xué)特性的第二相中，來(lái)減減少由于降解（水解）引起的產(chǎn)品損失少由于降解（水解）引起的產(chǎn)品損失； 可從潛伏的降解過(guò)程中（如代謝或微生物過(guò)程）分離產(chǎn)可從潛伏的降解過(guò)程中（如代謝或微生物過(guò)程）分離產(chǎn)物；物； 適用于各種不同的規(guī)模適用于各種不同的規(guī)模；

31、傳質(zhì)速度快，生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作，容易實(shí)現(xiàn)計(jì)傳質(zhì)速度快，生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作，容易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。算機(jī)控制。溶劑萃取的優(yōu)點(diǎn)溶劑萃取的優(yōu)點(diǎn) 生物萃取與傳統(tǒng)萃取相比的特殊性生物萃取與傳統(tǒng)萃取相比的特殊性v生物工程不同于化工生產(chǎn)，主要表現(xiàn)在生物分離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往往需要從濃度很稀的水溶液中除去大部分的水大部分的水，而且反應(yīng)液中存在而且反應(yīng)液中存在多種副產(chǎn)物和雜質(zhì)多種副產(chǎn)物和雜質(zhì)，使生物萃，使生物萃取具有特殊性。取具有特殊性。v 成分復(fù)雜成分復(fù)雜v 傳質(zhì)速率不同傳質(zhì)速率不同v 相分離性能不同相分離性能不同v 產(chǎn)物的不穩(wěn)定性產(chǎn)物的不穩(wěn)定

32、性 生物產(chǎn)品溶劑萃取的典型應(yīng)用主要在兩個(gè)方面：生物產(chǎn)品溶劑萃取的典型應(yīng)用主要在兩個(gè)方面：v 從從發(fā)酵培養(yǎng)液發(fā)酵培養(yǎng)液中萃取產(chǎn)物；中萃取產(chǎn)物；v 從從生物反應(yīng)液生物反應(yīng)液或或生物轉(zhuǎn)化液生物轉(zhuǎn)化液中萃取產(chǎn)物。中萃取產(chǎn)物。 根據(jù)被萃取物的分子大小，一般可區(qū)分為根據(jù)被萃取物的分子大小，一般可區(qū)分為兩種主要類型：兩種主要類型：v 小分子類；小分子類；v 大分子類。大分子類。二、萃取過(guò)程的理論基礎(chǔ)二、萃取過(guò)程的理論基礎(chǔ)液液萃取是液液萃取是以分配定律為基礎(chǔ)以分配定律為基礎(chǔ)分配定律：分配定律：一定溫度、壓力下，溶質(zhì)在兩個(gè)互不相溶的一定溫度、壓力下，溶質(zhì)在兩個(gè)互不相溶的溶劑中分配，平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相中濃度之比為

33、常數(shù)。溶劑中分配，平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相中濃度之比為常數(shù)。K-分配系數(shù)分配系數(shù)v在常溫常壓下為常數(shù)；應(yīng)用前提條件在常溫常壓下為常數(shù)；應(yīng)用前提條件（1） 稀溶液稀溶液（2） 溶質(zhì)對(duì)溶劑互溶沒(méi)有影響溶質(zhì)對(duì)溶劑互溶沒(méi)有影響（3） 必須是同一分子類型，不發(fā)生締合或離解必須是同一分子類型，不發(fā)生締合或離解萃余相的濃度萃取相的濃度21CCK分配定律推導(dǎo)分配定律推導(dǎo)當(dāng)溫度一定時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位為常數(shù)當(dāng)溫度一定時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)位為常數(shù)如為稀溶液，用濃度代替活度如為稀溶液，用濃度代替活度萃余相的濃度萃取相的濃度21CCK根據(jù)相律（根據(jù)相律（F=C-P+2F=C-P+2），在一定溫度和壓力下萃取達(dá)到），在一定溫度和壓力下萃取

34、達(dá)到平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相中的化學(xué)位相等：平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相中的化學(xué)位相等：L L=H H分離因素（分離因素（）v如果原來(lái)料液中除溶質(zhì)如果原來(lái)料液中除溶質(zhì)A A以外，還含有溶質(zhì)以外，還含有溶質(zhì)B B，則由于則由于A A、B B的分配系數(shù)不同，萃取相中的分配系數(shù)不同，萃取相中A A和和B B的的相對(duì)含量就不同于萃余相中相對(duì)含量就不同于萃余相中A A和和B B的相對(duì)含量。的相對(duì)含量。v如如A A的分配系數(shù)較的分配系數(shù)較B B大，則萃取相中大，則萃取相中A A的含量（濃的含量（濃度）較度）較B B多，這樣多，這樣A A和和B B就得到一定程度的分離。就得到一定程度的分離。v萃取劑對(duì)溶質(zhì)萃取劑對(duì)溶質(zhì)A A

35、和和B B分離能力的大小可用分離能力的大小可用分離因分離因素（素（）來(lái)表征）來(lái)表征。分離因素表示有效成分分離因素表示有效成分A與雜質(zhì)與雜質(zhì)B的分離程度。的分離程度。 = =1 KA = KB 分離效果不好；分離效果不好；1 KA KB 分離效果好；分離效果好；越大，越大，KA 越大于越大于KB，分離效果越好。，分離效果越好。分離因素（分離因素（）弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑弱電解質(zhì)在有機(jī)溶劑- -水相的分配平衡水相的分配平衡分配系數(shù)中分配系數(shù)中CL和和CH 必須是同一種分子類型，即不發(fā)生締合必須是同一種分子類型，即不發(fā)生締合或離解?；螂x解。對(duì)于弱電解質(zhì)，在水中發(fā)生解離，則只有兩相中的對(duì)于弱電解質(zhì)，在水中

36、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。單分子化合物的濃度才符合分配定律。 例如例如青霉素在水中部分離解成負(fù)離子（青青霉素在水中部分離解成負(fù)離子（青COO），而在溶），而在溶劑相中則僅以游離酸（青劑相中則僅以游離酸（青COOH）的形式存在，則）的形式存在，則只有兩相只有兩相中的游離酸分子才符合分配定律。中的游離酸分子才符合分配定律。此時(shí)，此時(shí)，同時(shí)存在著兩種平衡，一種是青霉素游離酸分子在有同時(shí)存在著兩種平衡，一種是青霉素游離酸分子在有機(jī)溶劑相和水相間的分配平衡；另一種是青霉素游離酸在水機(jī)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中的電離平衡（圖（圖18-2

37、）。前者用分配系數(shù)）。前者用分配系數(shù)K0來(lái)表征，后來(lái)表征，后者用電離常數(shù)者用電離常數(shù)Kp來(lái)表征。對(duì)于弱堿性物質(zhì)也有類似的情況。來(lái)表征。對(duì)于弱堿性物質(zhì)也有類似的情況。 青霉素的分配平衡弱電解質(zhì)的分配系數(shù)：弱電解質(zhì)的分配系數(shù)：v熱力學(xué)分配系數(shù)熱力學(xué)分配系數(shù)K K0 0 ：萃取平衡時(shí)，單分子化：萃取平衡時(shí)，單分子化合物溶質(zhì)在兩相中濃度之比。合物溶質(zhì)在兩相中濃度之比。v弱酸性電解質(zhì)K0 AH/AH=v弱堿性電解質(zhì)K0 B/B=Kp=HC)HK(HAPPPKC)HK(B弱電解質(zhì)的表觀分配系數(shù)弱電解質(zhì)的表觀分配系數(shù)K K：v分配達(dá)平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相的總濃度之比分配達(dá)平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相的總濃度之比 v對(duì)于弱

38、酸性電解質(zhì)v對(duì)于弱堿性電解質(zhì)HKHKKp0HKKKKpp0=K0 /(1 10 pH pK )=K0 /(1 10 pK pH )uK0只與只與T、P有關(guān)；有關(guān)； K與與T、P和和pH有關(guān)有關(guān)uK可通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出，而可通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出，而K0不能，可由公式求出。不能，可由公式求出。思考題：思考題：將青霉素由水相萃取到丁酯相中，其將青霉素由水相萃取到丁酯相中，其pK=2.75，萃取條，萃取條件：件：pH=2.5，T=10，VF VS = 1 1，測(cè)得萃取前發(fā)酵，測(cè)得萃取前發(fā)酵液（水相）效價(jià)液（水相）效價(jià)20000 u/ml，平衡后廢液效價(jià)，平衡后廢液效價(jià)645.2 u/ml，求分配系數(shù)，求分配系數(shù)K和

39、和K0弱酸的表觀分配系數(shù)：弱酸的表觀分配系數(shù)：K=K0 /(1 10 pH pK )弱酸的表觀分配系數(shù)：弱酸的表觀分配系數(shù)： K=K0 /(1 10 pK pH )紅紅霉霉素素( pK9.4 ) ： 預(yù)預(yù)處處理理和和過(guò)過(guò)濾濾 發(fā)發(fā)酵酵液液 濾濾液液 萃萃取取液液 乳乳酸酸沉沉淀淀 分分解解轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)堿堿 紅紅霉霉素素乳乳酸酸鹽鹽 調(diào)調(diào)pH9.8, 溶溶于于丙丙酮酮 紅紅霉霉素素堿堿 加加水水 紅紅霉霉素素堿堿成成品品 結(jié)結(jié)晶晶 萃萃 取取 調(diào)調(diào) pH9.8 10.2, 1/4V/V 丁丁酯酯逆逆流流萃萃取取 思考題：思考題：為什么青霉素在酸性（為什么青霉素在酸性（pH2.5pH2.5）條件下，而紅霉

40、素卻要在）條件下，而紅霉素卻要在堿性（堿性（pH9.8pH9.8）條件下才能被萃取到丁酯中去呢？）條件下才能被萃取到丁酯中去呢？ 2 不同不同pH條件影響弱電解質(zhì)電離，從而影響分子的極性，條件影響弱電解質(zhì)電離，從而影響分子的極性，根據(jù)相似相溶原則根據(jù)相似相溶原則，在弱極性的丁酯中極性小的分子溶，在弱極性的丁酯中極性小的分子溶解度比水中大。解度比水中大。1 根據(jù)表觀分配系數(shù)公式可知，根據(jù)表觀分配系數(shù)公式可知，弱酸的表觀分配系數(shù)：弱酸的表觀分配系數(shù)：K=K0 /(1 10 pH pK )弱酸的表觀分配系數(shù)：弱酸的表觀分配系數(shù)： K=K0 /(1 10 pK pH )對(duì)于弱酸：對(duì)于弱酸：pH pK

41、時(shí)，分配系數(shù)大時(shí)，分配系數(shù)大青霉素青霉素 紅霉素紅霉素酸堿性酸堿性pHpK弱酸性弱酸性(2.75) 弱堿性弱堿性(9.4) 游離分子游離分子 “ + ” “ ” 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(jìn)入丁酯中，這樣就雜質(zhì)由于極性情況與抗生素不同，故很少進(jìn)入丁酯中，這樣就達(dá)到一定程度的純化達(dá)到一定程度的純化酸性物質(zhì)酸性物質(zhì)：pH pK時(shí)，時(shí)， 主要以負(fù)離子存在；主要

42、以負(fù)離子存在； pH pK時(shí)時(shí) ， 主要以游離分子存在；主要以游離分子存在； pH pK時(shí)時(shí) ， 兩種形式各占兩種形式各占50三、溶劑萃取的影響因素三、溶劑萃取的影響因素v1 1影響萃取操作的因素：影響萃取操作的因素：pHpH、溫度、鹽析、溫度、鹽析v2 2有機(jī)溶劑的選擇有機(jī)溶劑的選擇v3 3帶溶劑帶溶劑v4 4乳化與去乳化乳化與去乳化1 1. 影響萃取操作的因素影響萃取操作的因素 （1） pH對(duì)表觀分配系數(shù)的影響（對(duì)表觀分配系數(shù)的影響（pHK） pH低有利于酸性物質(zhì)分配在有機(jī)相，堿性物質(zhì)分配在水相低有利于酸性物質(zhì)分配在有機(jī)相，堿性物質(zhì)分配在水相。 對(duì)弱酸隨對(duì)弱酸隨pHK, 當(dāng)當(dāng)pH pK時(shí)，

43、時(shí)，KK0 例：已知例：已知pen pK=2.75 T=10 K0=47 求求: pH4.4 pH2.5 pH2.0時(shí)的時(shí)的K? pH4.4時(shí)時(shí): pH2.5時(shí)時(shí): K=30 pH2.0時(shí)時(shí): K=39.9 pHK11014775.24.4K解釋原理解釋原理: pH pen- 易溶于丁酯易溶于丁酯 由由萃萃取取機(jī)機(jī)理理和和KpH的的關(guān)關(guān)系系式式可可得得出出如如下下結(jié)結(jié)論論： 生生化化物物質(zhì)質(zhì)的的穩(wěn)穩(wěn)定定性性 乳乳化化程程度度 酸酸性性物物質(zhì)質(zhì) 堿堿性性物物質(zhì)質(zhì) 萃萃取取 pHpK 反反萃萃取取 pHpK pHpK 控制控制pH，去除雜質(zhì)，去除雜質(zhì) 例例: 青霉素（青霉素（pen） 當(dāng)當(dāng)pHpK

44、時(shí)時(shí), 萃取萃取丁酯中丁酯中 (1) 堿性雜質(zhì)堿性雜質(zhì) pKpen pK堿雜堿雜 當(dāng)當(dāng)pH pKpen(2.75) pH pK堿雜堿雜 堿性雜質(zhì)呈正離子狀態(tài)，易溶于水相中，堿性雜質(zhì)呈正離子狀態(tài)，易溶于水相中， 自然分離除去自然分離除去 (2) 酸性雜質(zhì)酸性雜質(zhì) pK酸雜酸雜 pKpen 例例: 青霉烯酸青霉烯酸 pK烯烯 pKpen 例例: 苯乙酸苯乙酸 pK乙乙(4.8) pKpen(2.75) 萃取時(shí)無(wú)法去除萃取時(shí)無(wú)法去除; 反萃時(shí)反萃時(shí) 4.8 pH 2.75 與雜質(zhì)的分離程度歸納與雜質(zhì)的分離程度歸納生化物質(zhì)生化物質(zhì)雜雜 質(zhì)質(zhì)萃取操作條件的控制萃取操作條件的控制酸性酸性 堿性堿性(pK堿

45、雜堿雜pK生生) 酸性酸性(pK酸雜酸雜pK生生) 堿性堿性 酸性酸性(pK酸雜酸雜pK生生) 堿性堿性(pK堿雜堿雜pK生生) 萃取時(shí)萃取時(shí) 雜質(zhì)自然除去雜質(zhì)自然除去pK酸雜酸雜 pH pH pK生生萃取時(shí)雜質(zhì)自然除去萃取時(shí)雜質(zhì)自然除去pK堿雜堿雜 pH pK生生萃取時(shí)無(wú)法去除萃取時(shí)無(wú)法去除反萃取反萃取pK堿雜堿雜 pH pK生生（2） 溫度溫度T TT，分子擴(kuò)散速度，分子擴(kuò)散速度，故萃取速度，故萃取速度 T T影響分配系數(shù)影響分配系數(shù) 例：例：pen Tpen T 水中的溶解度水中的溶解度 萃取時(shí)萃取時(shí) T T使使K K；反萃時(shí)反萃時(shí) TT使使K K反反 紅霉素、螺旋霉素紅霉素、螺旋霉素

46、T 水中的溶解度水中的溶解度 萃取時(shí)萃取時(shí) T使使K；反萃時(shí)；反萃時(shí) T使使K反反 T T影響兩溶劑的互溶度影響兩溶劑的互溶度一般生化物質(zhì)的萃取在室溫或較低溫度下進(jìn)行一般生化物質(zhì)的萃取在室溫或較低溫度下進(jìn)行（3 3）鹽析：）鹽析：無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽如氯化鈉、硫酸銨等，作用如氯化鈉、硫酸銨等，作用：可以使生化物質(zhì)在水中溶解度可以使生化物質(zhì)在水中溶解度,提高有機(jī)相中含量，消提高有機(jī)相中含量，消除有機(jī)相中的水滴除有機(jī)相中的水滴；兩相比重差；兩相比重差 兩相互溶度兩相互溶度例：例：A:A: 青霉素（青霉素（penpen）從水相）從水相丁酯中，加氯化鈉洗滌，丁酯中，加氯化鈉洗滌， 消除有機(jī)相水滴，提高質(zhì)量和收

47、率消除有機(jī)相水滴，提高質(zhì)量和收率； B:B: 紅霉素（紅霉素（spmspm）的丁酯萃取液）的丁酯萃取液 + + 飽和鹽水洗滌，飽和鹽水洗滌， 減少減少spmspm在水中溶解度；消除有機(jī)相水滴；分相容易。在水中溶解度；消除有機(jī)相水滴；分相容易。 2. 萃取溶劑的選擇萃取溶劑的選擇 是溶劑萃取的關(guān)鍵是溶劑萃取的關(guān)鍵，而選擇的依據(jù)是，而選擇的依據(jù)是“相似相溶相似相溶”的原則的原則。 “相似相溶相似相溶”原理：原理：分子之間可以有兩方面的相似，一分子之間可以有兩方面的相似，一是是分子結(jié)構(gòu)相似分子結(jié)構(gòu)相似，如分子的組成、官能團(tuán)、形態(tài)結(jié)構(gòu)的相似；，如分子的組成、官能團(tuán)、形態(tài)結(jié)構(gòu)的相似；二是二是能量能量(相

48、互作用力相互作用力)相似相似，如相互作用力有極性的和非極性，如相互作用力有極性的和非極性的之分，兩種物質(zhì)如相互作用力相近，則能互相溶解。的之分，兩種物質(zhì)如相互作用力相近，則能互相溶解。 與水與水“相似相似”的物質(zhì)易溶于水，與油的物質(zhì)易溶于水，與油“相似相似”的物質(zhì)易的物質(zhì)易溶于油就是相似相溶原理的表現(xiàn)。溶于油就是相似相溶原理的表現(xiàn)。 在生物工業(yè)上，選擇溶劑時(shí)考察較多的是在生物工業(yè)上，選擇溶劑時(shí)考察較多的是分子極性。分子極性。 介電常數(shù)是一個(gè)化合物摩爾極化程度的量度介電常數(shù)是一個(gè)化合物摩爾極化程度的量度，如果已知如果已知介電常數(shù)，就能預(yù)測(cè)該化合物是極性的還是非極性的。介電常數(shù)，就能預(yù)測(cè)該化合物是

49、極性的還是非極性的。物質(zhì)物質(zhì)的介電常數(shù)可通過(guò)測(cè)定該物質(zhì)在電容器二極板間的靜電容量的介電常數(shù)可通過(guò)測(cè)定該物質(zhì)在電容器二極板間的靜電容量C來(lái)決定。來(lái)決定。 根據(jù)萃取目標(biāo)物質(zhì)的介電常數(shù)，尋找極性相接近的溶劑根據(jù)萃取目標(biāo)物質(zhì)的介電常數(shù)，尋找極性相接近的溶劑作為萃取溶劑，也是溶劑選擇的重要方法之一。作為萃取溶劑，也是溶劑選擇的重要方法之一。 溶劑的介電常數(shù)與極性成正比。溶劑的介電常數(shù)與極性成正比。一個(gè)良好溶劑要滿足的要求：一個(gè)良好溶劑要滿足的要求：(1)有很大的有很大的萃取容量萃取容量，即單位體積的萃取溶劑能，即單位體積的萃取溶劑能萃取大量的產(chǎn)萃取大量的產(chǎn)物物；(2)有良好的有良好的選擇性選擇性，理想情

50、況是，理想情況是只萃取產(chǎn)物只萃取產(chǎn)物而不萃取雜質(zhì)；而不萃取雜質(zhì)；(3)與水不互溶與水不互溶，與水的，與水的密度差較大密度差較大，粘度小或表面張力適中，粘度小或表面張力適中，這樣有利于相的分散和兩相分離；這樣有利于相的分散和兩相分離；(4)溶劑的溶劑的回收和再生容易回收和再生容易；(5)化學(xué)化學(xué)穩(wěn)定性穩(wěn)定性好，不易分解，對(duì)設(shè)備腐蝕性?。缓?，不易分解，對(duì)設(shè)備腐蝕性?。?6)經(jīng)濟(jì)性好經(jīng)濟(jì)性好，價(jià)廉易得；，價(jià)廉易得；(7)安全性好安全性好，對(duì)人體無(wú)毒性或毒性低。，對(duì)人體無(wú)毒性或毒性低。常用于生化萃取的有機(jī)溶劑有常用于生化萃取的有機(jī)溶劑有丁醇、丁酯、乙酸乙酯、丁醇、丁酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯乙酸

51、丁酯、乙酸戊酯等。等。物理化學(xué)方面物理化學(xué)方面有足夠的有足夠的容量容量與水溶液與水溶液不互溶不互溶，不發(fā)生乳化不發(fā)生乳化對(duì)產(chǎn)物有高的對(duì)產(chǎn)物有高的分配系數(shù)分配系數(shù)低黏度低黏度在在密度密度上同水有大的差別上同水有大的差別生物學(xué)方面生物學(xué)方面在消毒過(guò)程中在消毒過(guò)程中熱穩(wěn)定熱穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)方面經(jīng)濟(jì)方面對(duì)生物催化劑、酶或活細(xì)胞對(duì)生物催化劑、酶或活細(xì)胞無(wú)毒性無(wú)毒性低成本低成本能大批供應(yīng)能大批供應(yīng)對(duì)人員無(wú)毒對(duì)人員無(wú)毒不易燃不易燃表表1 萃取溶劑的選擇準(zhǔn)則萃取溶劑的選擇準(zhǔn)則3 3帶溶劑帶溶劑 對(duì)于水溶性強(qiáng)的溶質(zhì)，可利用脂溶性萃取劑與溶對(duì)于水溶性強(qiáng)的溶質(zhì)，可利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子，使溶質(zhì)

52、向有質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子，使溶質(zhì)向有機(jī)相轉(zhuǎn)移。機(jī)相轉(zhuǎn)移?？股剌腿涸鹿鹚?、脂肪堿或胺類等?？股剌腿涸鹿鹚帷⒅緣A或胺類等。氨基酸萃取劑：氯化三辛基甲銨。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：溶質(zhì)與帶溶劑之間的作用：離子對(duì)萃取、離子交換離子對(duì)萃取、離子交換萃取、反應(yīng)萃取。萃取、反應(yīng)萃取。v離子對(duì)離子對(duì)/ /反應(yīng)萃取就是使目標(biāo)溶質(zhì)與溶劑通過(guò)反應(yīng)萃取就是使目標(biāo)溶質(zhì)與溶劑通過(guò)絡(luò)合反應(yīng)、酸堿反應(yīng)或離子交換反應(yīng)生成可絡(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)合物，從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)溶劑相中。溶性的復(fù)合物，從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)溶劑相中。v主要有兩類萃取劑：v1.1.有機(jī)

53、磷類萃取劑有機(jī)磷類萃取劑v2.2.胺類萃取劑胺類萃取劑OH POOCH2CH CH2C2H5CH2CH2CH3OCH2CH CH2C2H5CH2CH2CH3POC4H9OC4H9OC4H9OPH17C8H17O8H17O8OPOH17C8H17C8H17C8磷酸三丁酯（磷酸三丁酯（TBP） 氧化三辛基膦（氧化三辛基膦（TOPO） 二二 2 乙基己基磷酸（乙基己基磷酸（DEHPA）有機(jī)磷類萃取劑與目標(biāo)溶質(zhì)發(fā)生有機(jī)磷類萃取劑與目標(biāo)溶質(zhì)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)絡(luò)合反應(yīng)，從而轉(zhuǎn)，從而轉(zhuǎn)移到萃取相，移到萃取相，在類似的條件下，在類似的條件下，用有機(jī)磷類化合物用有機(jī)磷類化合物萃取弱有機(jī)酸，比醋酸丁酯等碳氧類萃取劑分配

54、比萃取弱有機(jī)酸，比醋酸丁酯等碳氧類萃取劑分配比要高很多。要高很多。 胺類萃取劑胺類萃取劑(三辛胺三辛胺) 可與目標(biāo)溶質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，用可與目標(biāo)溶質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，用胺類長(zhǎng)鏈脂肪酸從水溶液中萃取帶質(zhì)子的有機(jī)化胺類長(zhǎng)鏈脂肪酸從水溶液中萃取帶質(zhì)子的有機(jī)化合物是一個(gè)可行的過(guò)程，并用于從發(fā)酵液中大規(guī)合物是一個(gè)可行的過(guò)程，并用于從發(fā)酵液中大規(guī)?；厥諜幟仕?。模回收檸檬酸。 此類萃取劑都要溶解在此類萃取劑都要溶解在稀釋劑稀釋劑中，用于改善萃中，用于改善萃取相的物理性質(zhì)取相的物理性質(zhì)。稀釋劑：稀釋劑：煤油、己烷、辛烷、苯等煤油、己烷、辛烷、苯等。稀釋劑的選擇：稀釋劑的選擇：分配系數(shù)：分配系數(shù)：稀釋劑能夠影響分配系數(shù)，特別

55、是通過(guò)萃取劑稀釋劑能夠影響分配系數(shù)，特別是通過(guò)萃取劑/ /溶劑復(fù)合物的溶劑化作用。溶劑復(fù)合物的溶劑化作用。選擇性：選擇性：為萃取盡可能少的雜質(zhì)，使用非極性稀釋劑更好。為萃取盡可能少的雜質(zhì)，使用非極性稀釋劑更好。水溶性：水溶性：低的水溶性，使溶劑的損失最少。低的水溶性，使溶劑的損失最少。毒性毒性：對(duì)食品和藥品應(yīng)低毒或無(wú)毒的溶劑，長(zhǎng)鏈烷烴由于：對(duì)食品和藥品應(yīng)低毒或無(wú)毒的溶劑，長(zhǎng)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。它們具有低毒和低水溶性，因此理應(yīng)優(yōu)先使用。粘度和密度粘度和密度：低粘度和低密度的稀釋劑會(huì)使分相更容易。：低粘度和低密度的稀釋劑會(huì)使分相更容易。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性：烷烴比醇、酯和

56、鹵代烴更難降解烷烴比醇、酯和鹵代烴更難降解第三相的形成：第三相的形成：v雖然離子對(duì)雖然離子對(duì)/ /反應(yīng)萃取體系對(duì)生物產(chǎn)物的萃取具有反應(yīng)萃取體系對(duì)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(diǎn)選擇性高、溶劑損耗小、產(chǎn)物穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但是由，但是由于于溶劑的毒性溶劑的毒性會(huì)引起產(chǎn)品殘留毒性影響健康，只有會(huì)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(jià)值，故有那些可用于工業(yè)原料的產(chǎn)物，才有使用價(jià)值，故有待進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。待進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)。離子對(duì)離子對(duì)/ /反應(yīng)萃取的應(yīng)用反應(yīng)萃取的應(yīng)用v1.1.青霉素青霉素-TBP(-TBP(磷酸三丁酯磷酸三丁酯) )萃取萃?。簐體系中存在電

57、離平衡體系中存在電離平衡KpKp和萃取反應(yīng)平衡和萃取反應(yīng)平衡KsKsvHPHP(W)(W) +nS +nS (0)(0) HP HPSnSn (0)(0) v化學(xué)萃取表觀分配系數(shù)：化學(xué)萃取表觀分配系數(shù)： 對(duì)比物理分配對(duì)比物理分配K K：pKpHnOSSK101K)(pKpHK101K0 其他應(yīng)用：其他應(yīng)用： 1. 青霉素：加入四丁胺，形成復(fù)合物易溶于青霉素：加入四丁胺，形成復(fù)合物易溶于氯仿。氯仿。 2. 氯化正丁胺：加入氯仿，氯化正丁胺：加入氯仿，K=1.3；加入；加入NaAc，K=132 4乳乳 化化v乳化：乳化：水或有機(jī)溶劑以微小液滴分散在有機(jī)相或水相中的現(xiàn)水或有機(jī)溶劑以微小液滴分散在有機(jī)

58、相或水相中的現(xiàn)象。象。這樣形成的分散體系稱這樣形成的分散體系稱乳濁液乳濁液。v乳化帶來(lái)的問(wèn)題：乳化帶來(lái)的問(wèn)題：有機(jī)相和水相分相困難，出現(xiàn)夾帶，收率有機(jī)相和水相分相困難，出現(xiàn)夾帶，收率低，純度低。低，純度低。v出現(xiàn)兩種夾帶出現(xiàn)兩種夾帶：發(fā)酵液中夾帶有機(jī)溶劑微滴，使目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)酵液中夾帶有機(jī)溶劑微滴，使目標(biāo)產(chǎn)物受到損失；受到損失；有機(jī)溶劑中夾帶發(fā)酵液給后處理操作帶來(lái)困難。有機(jī)溶劑中夾帶發(fā)酵液給后處理操作帶來(lái)困難。v原因：原因：是發(fā)酵液中存在的蛋白質(zhì)和固體顆粒等物質(zhì)，這些物是發(fā)酵液中存在的蛋白質(zhì)和固體顆粒等物質(zhì)，這些物質(zhì)具有表面活劑性的作用，使有機(jī)溶劑和水的表面張力降低。質(zhì)具有表面活劑性的作用，使有機(jī)

59、溶劑和水的表面張力降低。由蛋白質(zhì)引起的乳化多為由蛋白質(zhì)引起的乳化多為水包油（水包油（O/W)型。型。 （親憎平衡值）v表面活性劑的親水與表面活性劑的親水與親油程度的相對(duì)強(qiáng)弱，親油程度的相對(duì)強(qiáng)弱，在工業(yè)上常用在工業(yè)上常用HLBHLB數(shù)數(shù)來(lái)表示來(lái)表示。v即親水與親油平衡程即親水與親油平衡程度，度，HLBHLB數(shù)越大，親數(shù)越大，親水性越強(qiáng)，形成水性越強(qiáng)，形成O/WO/W型乳濁液型乳濁液，HLBHLB數(shù)越數(shù)越小，親油性越強(qiáng)，形小，親油性越強(qiáng)，形成成W/OW/O型乳濁液型乳濁液。HLB數(shù)數(shù)應(yīng)用應(yīng)用36W/OW/O乳濁液乳濁液79潤(rùn)濕劑潤(rùn)濕劑815O/WO/W乳濁液乳濁液1315洗滌劑洗滌劑1518助溶劑

60、助溶劑表表18-3 18-3 各種表面活性劑的用途各種表面活性劑的用途固體粉末乳化劑：固體粉末乳化劑：除表面活性劑外，能同時(shí)為兩種液體除表面活性劑外，能同時(shí)為兩種液體所潤(rùn)濕的固體粉末也能作為乳化劑，如粉末對(duì)水的潤(rùn)濕所潤(rùn)濕的固體粉末也能作為乳化劑，如粉末對(duì)水的潤(rùn)濕性強(qiáng)于對(duì)油的潤(rùn)濕性，則根據(jù)自由能最小的原則，形成性強(qiáng)于對(duì)油的潤(rùn)濕性，則根據(jù)自由能最小的原則，形成水包油水包油O/WO/W型乳濁液。反之形成油包水型。型乳濁液。反之形成油包水型。發(fā)酵液乳化的原因：發(fā)酵液乳化的原因：a a 蛋白質(zhì)的存在，起到表面活性劑的作用蛋白質(zhì)的存在，起到表面活性劑的作用 b b 固體粉末對(duì)界面的穩(wěn)定作用固體粉末對(duì)界面的