生物分離工程萃取

生物分離工程萃取第1頁(yè)/共71頁(yè)一、基本概念萃取的概念利用溶質(zhì)在互不相溶(穩(wěn)定后能夠分層)的兩相之間溶解度的不同而使溶質(zhì)得到分離的方法。萃取體系的構(gòu)成溶質(zhì)：被提取的目標(biāo)物質(zhì)。原溶劑：原先溶解目標(biāo)產(chǎn)物的溶劑。萃取劑：加入的第三組分，用于提取目標(biāo)產(chǎn)物，在萃取操作中應(yīng)用，故稱為萃取劑；萃取為流體。萃取液：含有大部分溶質(zhì)及少部分雜質(zhì)的萃取劑相。萃余液：失去大部分溶質(zhì)的料液相。第2頁(yè)/共71頁(yè)萃取的分類①分類依據(jù)：原料或萃取劑的物理狀態(tài)（相態(tài)）

有機(jī)溶劑萃取

a.液-液萃取雙水相萃取液膜萃取反膠團(tuán)萃取

b.液固萃?。ń。?/p>

c.超臨界流體萃?。狠腿槌R界流體，原料可以是液體，也可以是氣體。一、基本概念第3頁(yè)/共71頁(yè)②萃取依據(jù)：萃取原理

a.物理萃取

b.化學(xué)萃取物理萃取：溶質(zhì)根據(jù)相似相容原理在兩相間達(dá)到分配平衡，萃取劑與溶質(zhì)不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（物理因素）?；瘜W(xué)萃?。豪弥苄暂腿┡c溶質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)（如離子交換和絡(luò)合反應(yīng)）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。稀釋劑：化學(xué)萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和苯等有機(jī)溶劑溶解萃取劑，改善萃取劑的物理性質(zhì)，此時(shí)的有機(jī)溶劑稱為稀釋劑。一、基本概念第4頁(yè)/共71頁(yè)③分類依據(jù)：操作方式

a.分批式萃取

b.連續(xù)式萃?、芊诸愐罁?jù)：萃取流程

a.單極萃取

b.多級(jí)萃取多級(jí)錯(cuò)流萃取、多級(jí)逆流萃取、微分萃取一、基本概念第5頁(yè)/共71頁(yè)萃取技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)①比化學(xué)沉淀法分離度高。②比離子交換法選擇性好、傳質(zhì)快③比蒸餾法能耗低，生產(chǎn)能力大，周期短，連續(xù)操作，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。④和其他新型的技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生一系列新型分離方法，大大提高了應(yīng)用范圍。一、基本概念第6頁(yè)/共71頁(yè)雜質(zhì)溶質(zhì)原溶劑萃取劑Lightphase(密度小，為萃取相)Heavyphase（密度大，為料液相）液液萃取模型第7頁(yè)/共71頁(yè)

一、基本概念第8頁(yè)/共71頁(yè)料液相中溶質(zhì)濃度的變化用萃取速率表示：萃取速率不僅受兩相性質(zhì)的影響，更重要的受萃取操作形式的影響（接觸方式）。但是溶質(zhì)在兩相中的分配平衡是狀態(tài)的函數(shù)，與萃取操作形式無(wú)關(guān)（兩相接觸狀態(tài)）當(dāng)兩相的狀態(tài)一定時(shí)，達(dá)到分配平衡時(shí)，溶質(zhì)在兩相的濃度是一定的。一、基本概念第9頁(yè)/共71頁(yè)傳質(zhì)指化學(xué)過(guò)程中發(fā)生了物質(zhì)質(zhì)量的傳遞,包括精餾蒸發(fā)吸收萃取浸提膜過(guò)濾等等化學(xué)過(guò)程。傳質(zhì)系數(shù)是指單位面積上在單位推動(dòng)力的作用下的質(zhì)擴(kuò)散速率。反萃取：將目標(biāo)產(chǎn)物從有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相的萃取操作。完整的萃取操作除了萃取和反萃取外，還在兩者之間增加了洗滌作。洗滌：本質(zhì)是萃??；目的是除去與目標(biāo)產(chǎn)物同時(shí)萃取到有機(jī)相的雜質(zhì)。洗滌劑：用于洗滌的萃取劑。一、基本概念第10頁(yè)/共71頁(yè)一、基本概念第11頁(yè)/共71頁(yè)實(shí)現(xiàn)萃取的主要因素是不同溶質(zhì)在兩相中分配平衡的差異。分配定律：Nerst1891年提出的，在恒溫恒壓條件下，溶質(zhì)在互不相溶的兩相中達(dá)到分配平衡時(shí)，如果其在兩相中的相對(duì)分子質(zhì)量相（同一種分子形態(tài)）等，則其在兩相中的平衡濃度之比為一常數(shù)：即分配常數(shù)。分配定律的推到：利用熱力學(xué)理論推到出來(lái)的任何物質(zhì)存在于兩相時(shí)，必從化學(xué)位較大的一相向化學(xué)位較小的一相傳遞，當(dāng)在兩相中達(dá)到平衡時(shí)，該物質(zhì)在兩相中的化學(xué)位(μ)相等。（化學(xué)位是反應(yīng)物質(zhì)傳遞的推動(dòng)力的物理量）二、分配定律與分配平衡第12頁(yè)/共71頁(yè)化學(xué)勢(shì)是活度的函數(shù)：二、分配定律與分配平衡第13頁(yè)/共71頁(yè)

所以，分配定律只有在較低濃度范圍內(nèi)成立。A是一個(gè)重要的特征參數(shù)，與溶質(zhì)濃度和兩相性質(zhì)有關(guān)。分配系數(shù)：在多數(shù)情況下，溶質(zhì)在各相中并非以一種分子形態(tài)存在，特別是在化學(xué)萃取中，通常用溶質(zhì)在兩相中的總濃度之比表示溶質(zhì)的分配平衡，該比值稱為分配系數(shù)。

或二、分配定律與分配平衡第14頁(yè)/共71頁(yè)相比：指一個(gè)萃取體系中，一個(gè)液相和另一個(gè)液相的體積之比。用R表示：

R=分離系數(shù)β（分離因子）生物工程中料液一般含多種溶質(zhì)，我們?yōu)榱吮硎据腿?duì)兩種溶質(zhì)A和B的分離能力的大小，引入了分離系數(shù)：一定條件下進(jìn)行萃取分離時(shí)，被分離的兩種組分的分配系數(shù)的比值。是目標(biāo)產(chǎn)物分離純化程度的指標(biāo)。

β=

β越大，溶質(zhì)A和B越易分離，β=1時(shí)，A和B根本不能分離。二、分配定律與分配平衡V1V2mAmB第15頁(yè)/共71頁(yè)三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)溶質(zhì)在料液相和萃取相的分配平衡關(guān)系是液液萃取設(shè)備及過(guò)程的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。混合：料液與萃取劑充分混合形成乳濁液的過(guò)程。一般在攪拌罐中完成，也可利用管道和噴射泵完成。分離：將乳濁液分開(kāi)形成萃取相和萃余相的過(guò)程（分層）。通常利用離心機(jī)完成。溶劑回收：從萃取相或萃余相中回收溶劑的過(guò)程。用回收器完成，如液體蒸餾設(shè)備。㈠單級(jí)萃取（混合-澄清式萃取）一個(gè)混合器和一個(gè)分離器組成，一般用于分批式操作，也可用于連續(xù)操作。第16頁(yè)/共71頁(yè)三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)對(duì)萃取過(guò)程進(jìn)行物料衡算：H、L分別代表料液相和萃取相的體積（連續(xù)操作中為流量），xF、yF分別代表料液相和萃取相中溶質(zhì)的初始濃度；x、y分別帶表萃取達(dá)到平衡時(shí)料液相和萃取相中溶質(zhì)的濃度。第17頁(yè)/共71頁(yè)萃取因子或萃取因素E溶質(zhì)在萃取相和萃余相中數(shù)量（質(zhì)量或物質(zhì)的量）的比值

萃余分率（）：萃余相中溶質(zhì)的數(shù)量與料液相中溶質(zhì)的初始數(shù)量之比。收率或萃取分率：萃取相中溶質(zhì)的數(shù)量與料液相中溶質(zhì)的初始數(shù)量之比。

三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第18頁(yè)/共71頁(yè)㈡多級(jí)錯(cuò)流萃取將多個(gè)混合-澄清單元串聯(lián)起來(lái)，各個(gè)混合器中分別通入新鮮萃取劑，料液從第一級(jí)通入。水相向右走，有機(jī)相向下走。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第19頁(yè)/共71頁(yè)第i級(jí)的物料衡算式當(dāng)i

等于1、2時(shí)，依次類推，三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第20頁(yè)/共71頁(yè)因此，溶質(zhì)的萃余分率而萃取分率㈢多級(jí)逆流萃取將多個(gè)混合-澄清單元串聯(lián)起來(lái)，分別在左右兩端的混合器中連續(xù)通入料液和萃取液，使料液和萃取液逆流接觸，構(gòu)成多級(jí)逆流接觸萃取。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第21頁(yè)/共71頁(yè)有機(jī)相從左至右通入，水相從右向左通入。推動(dòng)力為濃度差，實(shí)質(zhì)為化學(xué)勢(shì)的差異。第i級(jí)的物料衡算式三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第22頁(yè)/共71頁(yè)對(duì)于第一級(jí)時(shí)，把公式和帶入到物料平衡式得：對(duì)于第二級(jí)，對(duì)于第n級(jí)最終萃余相中溶質(zhì)濃度x1與進(jìn)料中xF=xn+1之間的關(guān)系：萃余分率:三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第23頁(yè)/共71頁(yè)萃取分率㈣分餾萃取是對(duì)多級(jí)逆流萃取的改進(jìn)。選擇了一個(gè)最佳的進(jìn)料口，充分利用了溶質(zhì)在兩相中分配的不平衡。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第24頁(yè)/共71頁(yè)物料衡算式：萃取段的主要任務(wù)是保證目標(biāo)產(chǎn)物的收率，使目標(biāo)產(chǎn)物盡可能的進(jìn)入到有機(jī)相中。洗滌段的主要任務(wù)是保證目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量，使與目標(biāo)產(chǎn)物一起進(jìn)入到有機(jī)相的雜質(zhì)盡可能的洗滌下來(lái)。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第25頁(yè)/共71頁(yè)由于分餾萃取過(guò)程能夠分離兩種分配系數(shù)相差不大的物質(zhì)，所以在核化工、有色和稀有金屬水法冶金及有機(jī)化工領(lǐng)域性質(zhì)相近的組分分離中廣泛應(yīng)用。㈤微分萃?。ㄋ捷腿。?/p>

除了混合-澄清式設(shè)備外，另一類廣泛應(yīng)用的液業(yè)萃取設(shè)備為塔式萃?。ㄓ幂腿≈瓿桑?。重相與輕相仍采取逆流接觸的形式，與多級(jí)逆流萃取不同的是塔內(nèi)溶質(zhì)在其流動(dòng)方向上發(fā)生連續(xù)的變化，需要用微分方程來(lái)計(jì)算，常用的設(shè)備有噴淋塔、轉(zhuǎn)盤塔、篩板塔、脈沖篩板塔。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第26頁(yè)/共71頁(yè)⑴噴淋柱是一種最簡(jiǎn)單的連續(xù)逆流萃取設(shè)備，由柱殼和兩相的導(dǎo)入及排出裝置構(gòu)成。重相為連續(xù)相，輕相從底部流入，通過(guò)一分布器分散成細(xì)小的液滴。該柱處理能力大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)備費(fèi)用和維修費(fèi)用低；但兩相接觸時(shí)間短，傳質(zhì)系數(shù)低，萃取效率低，效果相當(dāng)于1到2個(gè)理論級(jí)。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第27頁(yè)/共71頁(yè)⑵填料柱在萃取柱的柱體內(nèi)裝填了適當(dāng)?shù)奶盍?。陶瓷、塑料或金屬材料制成的環(huán)形、鞍形與金屬絲網(wǎng)。為了減小溝流現(xiàn)象，對(duì)于比較高的填料柱通常隔一定的距離安裝一個(gè)液體再分布器。改善了兩相的接觸、減少縱向混合以提高了傳質(zhì)效率。比噴淋柱處理能力小，但傳質(zhì)效率較大。主要應(yīng)用在界面張力較低、處理能力很大，所需理論級(jí)數(shù)不很多的場(chǎng)合。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第28頁(yè)/共71頁(yè)⑶篩板柱是一種逐級(jí)接觸萃取設(shè)備，柱體內(nèi)安裝一系列的篩板，并且在每塊篩板的一側(cè)安裝引流管，輕相自下向上，通過(guò)篩板上小孔分散成小液滴，重相從上一層篩板的溢流管留下沿水平方向流過(guò)篩板上方。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第29頁(yè)/共71頁(yè)⑷轉(zhuǎn)盤柱轉(zhuǎn)盤柱的柱體內(nèi)安裝了一系列的固定圓環(huán)，在柱中央的轉(zhuǎn)軸上安裝了一系列水平的圓形轉(zhuǎn)盤，其直徑略小于固定環(huán)的內(nèi)徑，位置介于兩個(gè)固定盤之間。是一種機(jī)械攪拌式的萃取柱，利用旋轉(zhuǎn)盤所施加的機(jī)械能，使兩相得到很好的分散與混合。該柱處理能力大、分離效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和操作穩(wěn)定。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第30頁(yè)/共71頁(yè)⑸脈沖萃取柱主要有脈沖篩板柱和脈沖填料柱。利用脈沖發(fā)生裝置，產(chǎn)生使流體作垂直方向脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的能量。脈沖發(fā)生其可以遠(yuǎn)離萃取柱柱體，工作可靠，而機(jī)械攪拌柱的轉(zhuǎn)軸軸承存在維修問(wèn)題。在處理腐蝕和放射性溶液時(shí)，比攪拌柱有明顯的優(yōu)點(diǎn)。在核化工及其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第31頁(yè)/共71頁(yè)⑹振動(dòng)篩板柱原理與脈沖篩板柱相似，但克服了后者是整個(gè)萃取柱內(nèi)流體產(chǎn)生脈動(dòng)因而能耗大的缺點(diǎn)，改為流體不振動(dòng)，而使篩板在柱內(nèi)作上、下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)的篩板使液滴得以很好的分散和均勻的攪拌。三、液液萃取設(shè)備及其設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)第32頁(yè)/共71頁(yè)我們這里的有機(jī)溶劑萃取指料液相為水相，萃取劑為有機(jī)溶劑的液-液萃取。有機(jī)溶劑萃取特點(diǎn)

處理量大、能耗低、速度快，易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作和自動(dòng)化控制。㈠弱電解質(zhì)萃取的原理有機(jī)溶劑常用于萃取有機(jī)酸、氨基酸、抗生素等弱電解質(zhì)。弱電解質(zhì)在水中不發(fā)生完全解離，僅僅是游離酸或游離堿在兩相產(chǎn)生分配平衡，酸根和堿基不能進(jìn)入有機(jī)相。弱電解質(zhì)萃取中存在兩個(gè)平衡：弱電解質(zhì)在水中的解離平衡，游離電解質(zhì)在兩相中的分配平衡。四、有機(jī)溶劑萃取第33頁(yè)/共71頁(yè)弱酸性和弱堿性電解質(zhì)的解離關(guān)系式：解離常數(shù)：分配常數(shù)為：四、有機(jī)溶劑萃取第34頁(yè)/共71頁(yè)一般測(cè)定的為水相中弱酸的總濃度上面三個(gè)式子綜合得弱酸性電解質(zhì)的分配常數(shù)分配系數(shù)：四、有機(jī)溶劑萃取第35頁(yè)/共71頁(yè)㈡化學(xué)萃取平衡氨基酸及一些極性很強(qiáng)的抗生素，水溶性很強(qiáng)，在有機(jī)溶劑中的分配系數(shù)很小，常需要用化學(xué)萃取法。兩個(gè)解離平衡關(guān)系式：四、有機(jī)溶劑萃取第36頁(yè)/共71頁(yè)得到兩個(gè)解離常數(shù)①陰離子型交換劑（氯化三辛基甲銨）萃取時(shí)離子交換平衡常數(shù)：水相中氨基酸的總濃度：四、有機(jī)溶劑萃取第37頁(yè)/共71頁(yè)氨基酸和Cl-分配系數(shù)為：可推到出：陰離子氨基酸的交換反應(yīng)需要在高于其等電點(diǎn)的pH范圍內(nèi)進(jìn)行，所以[A+]可忽略不計(jì)。四、有機(jī)溶劑萃取第38頁(yè)/共71頁(yè)②陽(yáng)離子型交換劑萃取時(shí)（二（2-乙基己基）磷酸）離子交換平衡常數(shù)：氨基酸的分配系數(shù)陽(yáng)離子氨基酸的離子交換反應(yīng)需要在pH小于等電點(diǎn)的范圍內(nèi)進(jìn)行，[A-]忽略不計(jì)。四、有機(jī)溶劑萃取第39頁(yè)/共71頁(yè)㈢影響有機(jī)溶劑萃取的因素①水相物理?xiàng)l件對(duì)萃取的影響a.pH

不僅影響分配系數(shù)的大小，還影響溶劑的選擇性。物理萃取時(shí)，弱酸性電解質(zhì)的分配系數(shù)隨pH的降低而增大，弱堿性電解質(zhì)則正相反。b.溫度溫度越高萃取速率越大，但生化產(chǎn)物高溫時(shí)不溫度，一般在室溫和低溫下進(jìn)行。c.無(wú)機(jī)鹽可降低溶質(zhì)在水相中的溶解度，有利于向有機(jī)相中分配。四、有機(jī)溶劑萃取第40頁(yè)/共71頁(yè)四、有機(jī)溶劑萃取d.帶溶劑易溶于溶劑中并能夠和溶質(zhì)形成復(fù)合物且此復(fù)合物在一定條件下又易分解的物質(zhì)，也稱化學(xué)萃取劑。如鏈霉素（水溶性較強(qiáng)的堿）可與月桂酸形成復(fù)合物能溶于丁醇、醋酸丁酯等，此復(fù)合物分解后可再轉(zhuǎn)入水相。②有機(jī)溶劑的選擇a.根據(jù)相似相溶原理溶劑對(duì)溶質(zhì)有較好的溶解度，還要有良好的選擇性。主要考慮兩方面：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)等；分子的極性，根據(jù)介電常數(shù)的大小選擇。b.單位體積的溶劑能萃取大量的溶質(zhì)。第41頁(yè)/共71頁(yè)c.與水互溶性低，粘度低、表面張力小或適中相分散與分離容易。d.不與目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，與水的密度差較大，便于分層e.易回收再生。f.化學(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，腐蝕性小。g.價(jià)廉。h.無(wú)毒、低毒。四、有機(jī)溶劑萃取第42頁(yè)/共71頁(yè)㈣乳化現(xiàn)象乳化：水或有機(jī)溶劑以微小液滴形式分散于有機(jī)相或水相的現(xiàn)象。乳化產(chǎn)生后有機(jī)相和水相分層困難，出現(xiàn)夾帶。使目標(biāo)產(chǎn)物受損，給后處理帶來(lái)麻煩。

原因：料液中存在蛋白質(zhì)和固體顆粒，它們具有表面活性劑的作用。處理：提前對(duì)料液進(jìn)行過(guò)濾或絮凝；加入適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣┢迫?。四、有機(jī)溶劑萃取第43頁(yè)/共71頁(yè)1.基本概念主要針對(duì)生物活性大分子的提取而開(kāi)發(fā)的一種新型液-液萃取技術(shù)。雙水相系統(tǒng)某些親水性高分子聚合物的水溶液超過(guò)一定濃度后可形成兩相，并且在兩相中水分均占很大的比例，形成雙水相系統(tǒng)。聚合物的不相溶性當(dāng)高分子聚合物混合時(shí)，因它們的相對(duì)分子質(zhì)量較大，不同的高分子聚合物之間的具有排斥作用，且該作用比混合過(guò)程的熵增加占主導(dǎo)地位，一種分子的周圍將聚集同種分子而排斥異種分子，達(dá)到平衡時(shí)，即形成分別富含不同聚合物的兩相，這種含有聚合物分子的溶液發(fā)生分層的現(xiàn)象稱聚合物的不相溶性。

五、雙水相萃取第44頁(yè)/共71頁(yè)五、雙水相萃取幾種雙水相系統(tǒng)非離子型高聚物-非離子型高聚物聚電解質(zhì)-非離子型高聚物聚電解質(zhì)-聚電解質(zhì)高聚物-無(wú)機(jī)鹽聚丙二醇-聚乙二醇硫酸葡聚糖鈉鹽-聚丙二醇硫酸葡聚糖鈉鹽-羧甲基葡聚糖鈉聚乙二醇-硫酸銨聚丙二醇-聚乙烯醇羧甲基葡聚糖鈉鹽-甲基纖維素羧甲基葡聚糖鈉-葡聚糖鹽酸聚乙二醇-硫酸鈉聚丙二醇-葡聚糖甲基纖維素鈉-聚乙二醇

聚丙二醇-硫酸鈉聚乙二醇-聚乙烯醇葡聚糖鹽酸-聚乙二醇

聚乙二醇-葡聚糖

聚乙二醇-聚乙烯吡咯烷醇

第45頁(yè)/共71頁(yè)2.雙水相的形成條件及定量關(guān)系雙節(jié)線以下的區(qū)域稱為均相區(qū)，雙節(jié)線以上的區(qū)域是兩相區(qū)。M代表體系的總組成，T和B分別代表上相和下相的組成，同一系線上的不同點(diǎn)總組成不同，但上下相的組成相同，只是體積不同。服從杠桿原理。五、雙水相萃取第46頁(yè)/共71頁(yè)3.影響溶質(zhì)在雙水相系統(tǒng)中分配平衡的因素仍服從分配定律。生物分子的分配系數(shù)取決于溶質(zhì)與雙水相系統(tǒng)間的各種相互作用，主要有靜電作用、疏水作用和生物親和作用等。①靜電作用

非電解質(zhì)型溶質(zhì)的分配系數(shù)不受靜電作用的影響，隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而減小。雙水相系統(tǒng)中常含緩沖液和無(wú)機(jī)鹽，，當(dāng)這些離子在兩相間分配時(shí)會(huì)產(chǎn)生電位差，荷電溶質(zhì)的分配系數(shù)的對(duì)數(shù)與溶質(zhì)的靜電荷數(shù)成正比。②疏水作用

蛋白質(zhì)本身及雙水相系統(tǒng)的疏水作用都會(huì)影響溶質(zhì)在兩相間的分配系數(shù)。五、雙水相萃取第47頁(yè)/共71頁(yè)

蛋白質(zhì)表面具有疏水區(qū)，不同的蛋白質(zhì)疏水性不同，在pH等于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)主要根據(jù)表面疏水性的差異產(chǎn)生各自的分配平衡。疏水性一定的蛋白分配系數(shù)受雙水相系統(tǒng)疏水性的影響。等電點(diǎn)時(shí)氨基酸在雙水相系統(tǒng)中的分配系數(shù)與雙水相間的疏水作用差成線性關(guān)系。雙水相系統(tǒng)的疏水作用差隨聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量、濃度及鹽濃度的增大而增大。影響分配系數(shù)的因素：

a.聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量和濃度：若降低聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量，則蛋白質(zhì)更易分配于該聚合物的相中。

b.鹽的種類和濃度：影響相間電位差、蛋白質(zhì)的疏水性及雙水相系統(tǒng)本身。

c.pH：影響蛋白質(zhì)的解離度從而影響其表面凈電荷；還影響磷酸鹽的解離。五、雙水相萃取第48頁(yè)/共71頁(yè)五、雙水相萃取d.溫度：溫度可影響雙水相系統(tǒng)的相圖。大規(guī)模的雙水相萃取一般在常溫下進(jìn)行，PEG對(duì)蛋白有穩(wěn)定作用，常溫下粘度低易分離，節(jié)省冷卻費(fèi)用。雙水相萃取的設(shè)計(jì)根據(jù)目標(biāo)蛋白和共存雜質(zhì)的表面疏水性、相對(duì)分子質(zhì)量、等電點(diǎn)和表面電荷等性質(zhì)的差別，綜合利用靜電作用、疏水作用、和添加適當(dāng)種類和濃度的鹽，可選擇性的萃取目標(biāo)產(chǎn)物。雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn)①含水量高，雙水相萃取在接近生理環(huán)境的溫度和體系中進(jìn)行，不至使蛋白變性失活。②分相時(shí)間短，5～15分鐘。③界面張力小，有利于相際間的質(zhì)量傳遞。④不存在有機(jī)溶劑的殘留問(wèn)題⑤大量雜質(zhì)能與固體物質(zhì)一同除去，分離工程經(jīng)濟(jì)。⑥設(shè)備投資費(fèi)用少，操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)放大和連續(xù)操作。⑦回收率高。第49頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取

1.基本概念超臨界流體萃取作為一種分離過(guò)程的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，是基于在超臨界狀態(tài)下溶劑對(duì)固體和液體的萃取能力及選擇性，比在常溫常壓條件下高很多。它是利用超臨界流體(SupercriticalFluid，SCF)，即溫度和壓力略超過(guò)或靠近超臨界溫度(Tc)和臨界壓力(pc)、介于氣體和液體之間的流體，作為萃取劑，從固體或液體中萃取出某種高沸點(diǎn)或熱敏性成分，以達(dá)到分離和純化的目的。作為一個(gè)分離過(guò)程，超臨界流體萃取介于蒸餾和液－液萃取過(guò)程之間。

第50頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取蒸餾是物質(zhì)在流動(dòng)的氣體中，利用不同的蒸氣壓進(jìn)行蒸發(fā)分離。液－液萃取是利用溶質(zhì)在不同的溶液中溶解能力的差異進(jìn)行分離；超臨界流體萃取是利用臨界或超臨界狀態(tài)的流體，依靠溶質(zhì)在不同的蒸氣壓力下所具有的不同化學(xué)親和力和溶解能力進(jìn)行分離、純化的單元操作，即此過(guò)程同時(shí)利用了蒸餾和萃取現(xiàn)象－蒸氣壓和相分離均在起作用。2.超臨界流體的性質(zhì)第51頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取超臨界流體處于臨界溫度和臨界壓力之上的物質(zhì)狀態(tài)。臨界溫度Tc:是通過(guò)增加壓力使氣體變?yōu)橐后w時(shí)的最高溫度；臨界壓力Pc:是通過(guò)增加溫度使液體變?yōu)闅怏w時(shí)的最高壓力。CO2臨界點(diǎn)低，臨界溫度接近常溫，無(wú)毒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)格低廉，時(shí)常用的超臨界萃取即。第52頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取

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超臨界流體的物性與氣體、液體的比較超臨界流體的密度接近液體，因此具有與液體相近的溶解能力。另外，它的粘度小、自擴(kuò)散系數(shù)大，可迅速滲透到物體的內(nèi)部溶解目標(biāo)物質(zhì)，快速達(dá)到萃取平衡。第54頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取3.超臨界流體的溶解性溶質(zhì)在一種溶劑中的溶解度取決于兩種分子之間的作用力，這種溶劑-溶質(zhì)之間的相互作用隨著分子的靠近而強(qiáng)烈地增加，也就是隨著流體相密度的增加而強(qiáng)烈的增加。物質(zhì)在超臨界流體中的溶解度C與超臨界流體的密度ρ之間的關(guān)系可以用下式表示：lnC=mlnρ+bm和b值與萃取劑及溶質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。超臨界流體與被萃取物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)越相似，溶解能力就越大。在SFE中，壓力和溫度影響SFs的密度，進(jìn)而影響SFs溶劑化能力，所以影響SFs效率。第55頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取

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第57頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取4.超臨界流體的傳遞性粘度、熱傳導(dǎo)性和質(zhì)量擴(kuò)散度等都對(duì)超臨界流體特性有很大的影響。超臨界流體傳遞性質(zhì)值的范圍在氣體和液體之間，例如在超臨界流體中的擴(kuò)散系數(shù)比在液相中要高出l0～100倍，但是黏度就比其小10～l00倍，這就是說(shuō)超臨界流體是一種低黏度、高擴(kuò)散系數(shù)易流動(dòng)的相，所以能又快又深地滲透到包含有被萃取物質(zhì)的固相中去，使擴(kuò)散傳遞更加容易并能減少泵送所需的能量。同時(shí)，超臨界流體能溶于液相，從而降低了與之相平衡的液相粘度和表面張力，并且提高了平衡液相的擴(kuò)散系數(shù)，有利于傳質(zhì)。第58頁(yè)/共71頁(yè)超臨界流體的熱傳導(dǎo)性與液體基本上在同一數(shù)量級(jí)，大大超過(guò)了濃縮氣體的熱傳導(dǎo)性，這種性能在對(duì)流熱傳遞過(guò)程中和熱與質(zhì)量傳遞過(guò)程同時(shí)發(fā)生的情況下有一個(gè)比較強(qiáng)的效應(yīng)。六、超臨界流體萃取第59頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取5.二氧化碳是超臨界流體技術(shù)中最常用的溶劑，有許多優(yōu)點(diǎn)：CO2臨界溫度為31.1℃，臨界壓力為7.2MPa，臨界條件容易達(dá)到。適合于萃取熱不穩(wěn)定的化合物。CO2化學(xué)性質(zhì)不活波，無(wú)色無(wú)味無(wú)毒，安全性好。價(jià)格便宜，純度高，容易獲得。

CO2是非極性的流體，只適合于萃取低極性和非極性的化合物。對(duì)于極性較大的化合物，常須用極性較大的流體(如NH3、N20等)，因?yàn)樗鼈兙哂幸欢O性，對(duì)極性組分溶解性能好。但是SF-NH3化學(xué)活性較高，易腐蝕泵封口，而N20有毒且易爆，另外底烴類物質(zhì)因可燃易爆，也不如C02那樣使用廣泛。第60頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取6.超臨界流體萃取原理超臨界萃取的實(shí)際操作范圍以及操作條件通過(guò)調(diào)節(jié)壓力或溫度改變?nèi)軇┟芏葟亩淖內(nèi)軇┹腿∧芰?。要充分利用超臨界流體的獨(dú)特性質(zhì)，必須了解純?nèi)軇┘捌浜腿苜|(zhì)的混合物在超臨界條件下的相平衡行為?，F(xiàn)用超臨界純?nèi)軇┑南鄨D來(lái)表明臨界點(diǎn)及其相平衡行為。下圖為以純二氧化碳的密度為第三參數(shù)的壓力－溫度圖。第61頁(yè)/共71頁(yè)六、超臨界流體萃取在壓力一定的情況下，提高溫度可以大大降低溶劑的密度。第62頁(yè)/共71頁(yè)從該圖可知，在臨界溫度附近的超臨界狀態(tài)下，等溫線比較平緩，壓力和溫度的微小變化，會(huì)引起流體的密度大幅度變化，而溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度大致上和流體的密度成正比。六、超臨界流體萃取第63頁(yè)/