培訓(xùn)化工溶劑萃取和浸取

1、溶劑萃取和浸取 1有機(jī)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。利用一種溶質(zhì)組分（如產(chǎn)物）在兩個(gè)互不混溶的液相（如水相和有機(jī)溶劑相）中竟?fàn)幮匀芙夂头峙湫再|(zhì)上的差異來進(jìn)行分離操作的。有機(jī)溶劑萃取比化學(xué)沉淀法分離程度高；比離子交換法選擇性好、傳質(zhì)快；比蒸餾法能耗低；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。優(yōu)點(diǎn)2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)：超臨界流體萃?。⊿upercritical fluid extraction）反膠團(tuán)萃?。≧eversed micelle extraction）雙水相萃取技術(shù)（Partition o

2、f two aqueous phase system）等。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。3用某種溶劑把有用物質(zhì)從固體原料中提取到溶液中的過程稱為浸取或浸出。用溫水從甜菜中提取糖，用有機(jī)溶劑從大豆、花生等油料作物中提取食用油，用水或有機(jī)溶劑從植物中提取藥物、香料或色素等。4把目標(biāo)物質(zhì)從第一個(gè)液相中依靠更強(qiáng)大的溶解力抽提到第二個(gè)液相中。物質(zhì)的溶解和相似相溶原理。萃取是通過溶質(zhì)在兩個(gè)液相之間的竟?fàn)幮匀芙猓ǚ峙洌┒鴮?shí)現(xiàn)的。一、溶劑萃取第一節(jié) 萃取5有很大的萃取容量；良好的選擇性；與被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、界面張力小或適中，有利于相的

3、分散和兩相分離；溶劑的回收和再生容易；化學(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，對(duì)設(shè)備腐蝕性??；價(jià)廉易得；安全性好，閃點(diǎn)高，對(duì)人體無毒性或毒性低。一個(gè)良好的溶劑要滿足以下要求：生物工業(yè)上常用的溶劑有酯類、醇類和酮類等。 6影響萃取操作的因素：溫度pH值溶媒比鹽分乳化程度溫度互溶性增大；溫度產(chǎn)物穩(wěn)定性提高，粘度增加，擴(kuò)散性能減小。影響分配系數(shù)，影響物質(zhì)解離情況溶媒比溶媒體積/萃取體積溶媒比萃取效果溶媒回收費(fèi)用鹽分分配系數(shù)盡量破壞乳濁液，如輕度乳化，要加熱過濾離心（熱敏物質(zhì)不用加熱）；重度乳化，加SDS、溴化十五烷基吡啶等去乳化劑。7二、工業(yè)萃取方式工業(yè)萃取的流程混合分離溶劑回收混合器（如攪拌混合器）分離器（如碟片

4、式離心機(jī)）溶劑回收裝置（如蒸餾塔）8料液F與萃取溶劑S一起加入混合器內(nèi)攪拌混合萃取，達(dá)到平衡后的溶液送到分離器內(nèi)分離得到萃取相L和萃余相R，萃取相送到回收器，萃余相R為廢液。在回收器內(nèi)產(chǎn)物與溶劑分離（如蒸餾、反萃取等），溶劑則可循環(huán)使用。 1.單級(jí)萃取萃取器分離器回收器FSRP（產(chǎn)物）使用一個(gè)混合器和一個(gè)分離器的萃取操作：9為提高收率常采用多級(jí)萃取，多級(jí)萃取又有多級(jí)逆流萃取和多級(jí)錯(cuò)流萃取的區(qū)別。 2.多級(jí)萃取多級(jí)錯(cuò)流萃取流程的特點(diǎn)：每級(jí)均加新鮮溶劑，故溶劑消耗量大，得到的萃取液產(chǎn)物平均濃度較稀，但萃取較完全； 混合分離器1混合分離器2混合分離器n料液溶劑萃取液萃余液萃余液萃取液萃取液萃余液溶劑

5、溶劑10多級(jí)逆流萃取流程的特點(diǎn)：料液走向和萃取劑走向相反，只在最后一級(jí)中加入萃取劑，萃取劑消耗少，萃取液產(chǎn)物平均濃度高，產(chǎn)物收率較高。工業(yè)上多采用多級(jí)逆流萃取流程。 混合分離器1混合分離器2混合分離器n料液產(chǎn)物溶劑萃余液萃余液廢液溶劑11三、乳化和去乳化 乳化產(chǎn)生后會(huì)使有機(jī)溶劑相和水相分層困難，出現(xiàn)兩種夾帶，即發(fā)酵液廢液中夾帶有機(jī)溶劑微滴和溶劑相中夾帶發(fā)酵液的微滴，前者意味著發(fā)酵單位的損失，后者會(huì)給以后的精制造成困難。離心機(jī)分離也不能將兩相分離完全，所以必須破壞乳化。乳化的結(jié)果可能形成兩種形式的乳濁液：一種是水包油型（O/W），另一種為油包水型（W / O）。1.乳化一種液體（分散相）分散在另

6、一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象。1213在發(fā)酵液中，蛋白質(zhì)是引起乳化的最重要的表面活性物質(zhì)。 由蛋白質(zhì)引起的乳化多為水包油型（O/W）。當(dāng)表面活性劑的親水基團(tuán)強(qiáng)度大于親油基團(tuán)，易生成水包油型（O/W）乳濁液；反之則易生成油包水型（W / O）乳濁液。生產(chǎn)過程出現(xiàn)的乳濁液是水包油型（O/W），還是油包水型（W / O），主要由表面活性劑的性質(zhì)決定。14破乳的方法有很多，過濾或離心分離破乳法、化學(xué)法、物理法（加熱、稀釋、吸附等）、轉(zhuǎn)型法（如在O/W中加入親油性乳化劑，使乳化液有生成W / O的傾向，但又不穩(wěn)定，從而達(dá)到破乳目的）。2. 破乳化最好的方法是防止乳化，應(yīng)設(shè)法去除蛋白質(zhì)。 15有機(jī)

7、溶劑萃取的不足：許多蛋白質(zhì)都有極強(qiáng)的親水性，不溶于有機(jī)溶劑 ；蛋白質(zhì)在有機(jī)溶劑相中易變性失活。第二節(jié) 雙水相萃取一、雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn)使固液分離和純化兩個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行，一步完成；適合熱敏物質(zhì)的提取，主要是胞內(nèi)酶；親水性聚合物加入水中，形成兩相，在這兩相中，水分都占大比例（8595），這樣生物活性蛋白質(zhì)在兩相中不會(huì)失活，且以一定比例分配于兩相中。16二、雙水相的形成如兩種聚合物間存在強(qiáng)的吸引力，則它們結(jié)合后存在于一相中；如兩種聚合物間有斥力，即某種分子希望在它周圍的分子是同種分子而不是異種分子，達(dá)到平衡后會(huì)形成兩相，兩種聚合物分處一相。加入鹽分，由于鹽析作用，聚合物與鹽類溶液也能形成兩相。常用聚合

8、物：聚乙二醇葡聚糖聚乙二醇無機(jī)鹽系統(tǒng)無毒原則17三、影響分配的系數(shù)聚合物的分子量聚合物的濃度鹽類pH值分子量越小，蛋白質(zhì)容易分配于富含該聚合物的相中。當(dāng)接近分配的臨界點(diǎn)蛋白質(zhì)均勻分配于兩相中，分配系數(shù)接近1；成相聚合物的總濃度或聚合物/鹽濃度的比例增加時(shí)，系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡點(diǎn)，此時(shí)兩相性質(zhì)的差別增加，蛋白質(zhì)容易趨向于某一極。鹽濃度增加促使蛋白質(zhì)兩極分化對(duì)物質(zhì)解離度影響18目前已知的胞內(nèi)酶約2500種，但投入生產(chǎn)的很少。原因之一是提取困難。胞內(nèi)酶提取的第一步系將細(xì)胞破碎得到勻漿液，但勻漿液黏度很大，有微小的細(xì)胞碎片存在，欲將細(xì)胞碎片除去，過去是依靠離心分離的方法，但非常困難。雙水相系統(tǒng)可用于細(xì)胞碎片以

9、及酶的進(jìn)一步精制。1. 雙水相萃取法常用于胞內(nèi)酶提取。四、雙水相萃取的應(yīng)用192021要成功地運(yùn)用兩水相萃取的方法，應(yīng)滿足下列條件：欲提取的酶和細(xì)胞應(yīng)分配在不同的相中；酶的分配系數(shù)應(yīng)足夠大，使在一定的相體積比時(shí)，經(jīng)過一次萃取，就能得到高的收率；兩相用離心機(jī)很容易分離。22在兩水相系統(tǒng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)化翻譯功能，如酶促反應(yīng)，可以把產(chǎn)物移入另一相中，消除產(chǎn)物抑制，因而提高了產(chǎn)率。這實(shí)際上是一種反應(yīng)和分離耦合的過程，有時(shí)也稱為萃取生物轉(zhuǎn)化；如果發(fā)生的是一種發(fā)酵過程，則也稱為萃取發(fā)酵，因而此時(shí)也可以把兩水相系統(tǒng)稱為兩水相反應(yīng)器。2. 兩水相反應(yīng)器23要進(jìn)行兩水相生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)應(yīng)滿足下列條件：催化劑應(yīng)單側(cè)分配；底

10、物應(yīng)分配于催化劑所處的相中；產(chǎn)物應(yīng)分配在另一相中；要有合適的相比。如產(chǎn)物分配在上相中，則相比要大，反之則相比要小。這些條件不可能同時(shí)滿足，分配理論也不完善，因此常需要根據(jù)試驗(yàn)選擇最優(yōu)系統(tǒng)和操作條件。24采用兩水相系統(tǒng)進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)有下列優(yōu)點(diǎn)：與固定床反應(yīng)器相比，不需載體，不存在多孔載體中的擴(kuò)散阻力，故反應(yīng)速度較快，生產(chǎn)能力較高；生物催化劑在兩水相系統(tǒng)中較穩(wěn)定；兩相間表面張力低，輕微攪拌即能形成高度分散系統(tǒng)，分散相液滴在10m以下，有很大的表面積，有利于底物和產(chǎn)物的傳遞。25第三節(jié) 親和萃取蛋白質(zhì)在兩水相系統(tǒng)中的分配系數(shù)一般不是很大，為了提高分配系數(shù)和萃取效率，可以將親和層析和兩水相萃取結(jié)合起

11、來，成為親和萃取或親和分配，即把一種配基與一種成相聚合物一共價(jià)相結(jié)合，使該配基隨成相聚合物分配在某一相中。在成相聚合物上連接配基的方法和親和層析中一樣。26配基可以是酶的底物、抑制劑、抗體、受體或燃料等，對(duì)目標(biāo)蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的生物親和力，因而使后者傾向于分配在配基-聚合物的相中。通常選擇在PEG上接上配基，當(dāng)配基-PEG的濃度增加時(shí)，蛋白質(zhì)的分配系數(shù)也逐漸增加。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的全部結(jié)合位點(diǎn)都在配基所占據(jù)時(shí)，即達(dá)到飽和，蛋白質(zhì)的分配系數(shù)達(dá)到極大值。27第四節(jié) 浸取1. 浸取過程的應(yīng)用28產(chǎn)物固體溶質(zhì)溶劑咖啡粗烤咖啡咖啡溶質(zhì)水豆油大豆豆油己烷大豆蛋白豆粉蛋白質(zhì)NaOH溶液，pH 9香料丁香、胡椒、麝香草香

12、料成分80%乙醇蔗糖甘蔗、甜菜蔗糖水維生素B碎米維生素B乙醇-水玉米蛋白質(zhì)玉米玉米蛋白質(zhì)90%乙醇膠質(zhì)膠原膠質(zhì)稀酸果汁水果塊果汁水魚油碎魚塊魚油己烷，丁醇，CH2Cl2鴉片提取物罌粟鴉片提取物CH2Cl2或超臨界CO2胰島素牛、豬胰腺胰島素酸性醇肝提取物哺乳動(dòng)物的肝肽、縮氨酸水低水分水果高水分水果水50%的糖液脫鹽海藻海藻海鹽稀鹽酸去咖啡因的咖啡綠咖啡豆咖啡因氯代甲烷，超臨界CO2中草藥汁中草藥材藥用成分水藥酒中草藥材藥用成分酒292.浸出的問題（1）溶劑的選擇“相似相容”原理。在工業(yè)規(guī)模上，希望溶劑對(duì)目的物質(zhì)的分配系數(shù)大且對(duì)目的物質(zhì)的選擇性高，價(jià)格低廉，無毒，無腐蝕性，閃點(diǎn)高，無爆炸性，易去除和回收。不能影響食品風(fēng)味。食品工業(yè)中常用的浸取劑有：水、酸、無毒的含鹽水溶液、乙醇或其他小分子醇、己烷、二氯甲烷、甲基乙基酮和丙酮