固液萃取技術(shù)

固液萃取技術(shù)2023/4/271第1頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)基本概念和分配定律

一、基本概念萃取、反萃取、物理萃取、化學(xué)萃取二、分配平衡、分配定律

2023/4/272第2頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一一、基本概念

1.萃?。‥xtraction）

萃取是依據(jù)目標(biāo)物在互不相溶的兩相中分配不等的原理，利用液體或超臨界流體為溶劑，使混合物中目標(biāo)物完全或部分分離純化的操作。萃取是傳質(zhì)的過程。2023/4/273第3頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/274第4頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2.反萃?。˙ackextraction）

當(dāng)完成萃取操作后，向萃取相中加入另一種萃取劑（如不同pH的水相），將目標(biāo)產(chǎn)物從萃取相轉(zhuǎn)入到第二種萃取劑中的萃取操作稱為反萃取，第二種萃取劑稱為反萃取劑。反萃取操作是為了進一步純化目標(biāo)產(chǎn)物或便于下一步分離操作。2023/4/275第5頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一對于一個完整的萃取過程，常常在萃取和反萃操作之間交替進行，并增加洗滌操作，洗滌操作的目的是除去與目標(biāo)產(chǎn)物同時萃取到有機相的雜質(zhì)，提高反萃液中目標(biāo)產(chǎn)物的純度。從雪花蓮中提取加蘭他敏，其中還有石蒜堿、偽石蒜堿、多花水仙堿等生物堿2023/4/276第6頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/277第7頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/278第8頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一3．物理萃取(Physicalextraction)物理萃取即溶質(zhì)根據(jù)相似相溶的原理在兩相間達到分配平衡的萃取，萃取劑與溶質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。物理萃取廣泛應(yīng)用于抗生素及天然植物中有效成分的提取過程

2023/4/279第9頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一4．化學(xué)萃取(Chmicalextraction)化學(xué)萃取則利用萃取劑與溶質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)生成復(fù)合分子，向萃取相分配而實現(xiàn)溶質(zhì)轉(zhuǎn)移?；瘜W(xué)萃取主要用于氨基酸、抗生素和有機酸、生物堿等生物產(chǎn)物的分離.外消旋體的拆分，有時為化學(xué)萃取法。2023/4/2710第10頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一二、分配定律與分配平衡

1溶質(zhì)的分配定律（Nernst）：在恒溫恒壓條件下，溶質(zhì)在互不相溶的兩相中達到分配平衡時，如果其在兩相中的相對分子質(zhì)量相等（以同一中分子形式存在），則其在兩相中的平衡濃度之比為常數(shù)。2023/4/2711第11頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一

即

K稱為分配系數(shù)C1—平衡時萃取相中溶質(zhì)的濃度mol/cm3C2—平衡時料液相溶質(zhì)濃度mol/cm3122023/4/2712第12頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一由熱力學(xué)理論可知，應(yīng)用上式的條件是：1.必須是稀溶液2.溶質(zhì)對溶劑的互溶沒有影響；3.必須是同一種分子類型，即不發(fā)生締合或解離。分配定律是萃取操作、色譜學(xué)的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。2023/4/2713第13頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一分配定律熱力學(xué)理論解釋當(dāng)溶質(zhì)在互不相溶的兩相中達到平衡時，根據(jù)熱力學(xué)理論，在恒溫恒壓下，溶質(zhì)在兩相中的化學(xué)位（μ）相等，即μ1=μ2

2023/4/2714第14頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一在多數(shù)情況下，體系復(fù)雜，溶質(zhì)常常有解離、締合、絡(luò)合等反應(yīng)，濃度比較大，此時體系不完全服從分配定律。在兩相中各種形式的溶質(zhì)的比為分配比（D-表觀分配系數(shù)）。D隨濃度、溫度及其它溶質(zhì)的不同而變。2023/4/2715第15頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一三、萃取率萃取率：表示一種溶劑對某種溶質(zhì)的萃取能力2023/4/2716第16頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一萃余率：一種溶劑對某種溶質(zhì)的萃取能力的另一種表示方式。用萃余相中溶質(zhì)總量與原始料液中溶質(zhì)總量之比表示。2023/4/2717第17頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一四、分離因素也稱選擇性系數(shù)在同一萃取體系內(nèi)，兩種溶質(zhì)在同樣條件下分配系數(shù)之比，β≠1是實現(xiàn)萃取的必要條件。2023/4/2718第18頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一五、萃取的分類根據(jù)萃取操作的兩相相態(tài)不同分為：固液-萃取液液-萃取根據(jù)萃取劑的性質(zhì)分為：溶劑萃取超臨界流體萃取雙水相萃取2023/4/2719第19頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/2720第20頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)固液萃取液固萃取通稱為浸取或浸出（Leaching），是用某種溶劑把目標(biāo)物質(zhì)從固體原料中抽提到溶液中的過程。2023/4/2721第21頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一一、浸取原理一般認為浸取經(jīng)歷三階段：浸潤階段溶解階段擴散階段2023/4/2722第22頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/2723第23頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一浸取的三階段（1）浸潤階段:藥材與溶劑混合時，溶劑首先附著于藥材表面使之潤濕，然后通過毛細管和細胞間隙進細胞組織內(nèi)部。（2）溶解階段：溶劑進入細胞后，可溶性成分逐漸溶解，溶質(zhì)轉(zhuǎn)入到溶劑中。2023/4/2724第24頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一3）擴散階段：進入細胞組織內(nèi)的溶劑逐漸形成濃溶液，高于細胞外濃度，產(chǎn)生了濃度差，溶質(zhì)不斷地向外擴散，直到內(nèi)外濃度相等達平衡為止浸取的速率取決于該階段。如將藥材粉碎至一定粒度，將加速擴散速率。浸取得推動力是濃度差2023/4/2725第25頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一二、浸出方法傳統(tǒng)的五種形式：l．煎煮法2．浸漬法3．滲漉法4．回流法5．索氏法新型三種形式：1．超臨界流體萃取法2．超聲提取技術(shù)3．微波萃取技術(shù)2023/4/2726第26頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一浸取工藝單級浸取工藝：包括單級回流、單級循環(huán)多級浸出工藝：逆流浸出工藝2023/4/2727第27頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/2728第28頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/2729第29頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一浸取設(shè)備間歇式設(shè)備連續(xù)式設(shè)備—移動床2023/4/2730第30頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/2731第31頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/2732第32頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一2023/4/2733第33頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一（一）超聲提取技術(shù)（UWE、SWE）

（參考有關(guān)中藥提取分離的書）超聲波（supersonicwave或ultrasonicwave）：

頻率高于20kHz，人的聽覺閾以外的聲波。是中藥提取新技術(shù)近年用于中藥制劑質(zhì)量控制如:1995年版《中國藥典》：收載超聲提取的中藥品種117種2000年版《中國藥典》：收載超聲提取的中藥品種232種超聲波提?。╯upersonicwaveextractionSWE）：利用超聲波具有的機械效應(yīng)、空化效應(yīng)及熱效應(yīng)，通過增大溶劑（介質(zhì)）分子的運動速度，增大溶劑的穿透力，提取中藥中有效成分的方法。2023/4/2734第34頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一超聲提取的原理1機械效應(yīng)：SW在溶劑中的傳播使介質(zhì)質(zhì)點沿著一定方向振動，強化介質(zhì)的擴散、傳質(zhì)。SW產(chǎn)生的輻射壓強→使物料細胞變形、蛋白變性。SW給予溶劑、懸浮體的加速度，使得兩者產(chǎn)生摩擦力↑，使分子解聚，有效成分溶解。2

空化效應(yīng)：溶劑中溶解的氣泡→在SW振動→氣泡定向擴散變大↑→產(chǎn)生共振腔→突然閉合，即空化效應(yīng)。產(chǎn)生很高壓力↑→細胞壁瞬間破裂，利于成分溶出。2023/4/2735第35頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一超聲提取的原理3熱效應(yīng)：SW在溶劑中傳播是能量傳遞過程，聲能被介質(zhì)吸收轉(zhuǎn)化成熱能，導(dǎo)致介質(zhì)和藥材組織升溫，加快成分溶解速度。2023/4/2736第36頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一超聲提?。⊿WE）的特點1.不需加熱，節(jié)省能源，熱敏成分不破壞。2.提取效率提高，藥材資源不浪費。3.省溶劑。4.物理變化，成分活性不受影響。5.時間短，省時，雜質(zhì)少，成分含量高

2023/4/2737第37頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一超聲提取（SWE）的應(yīng)用實例成分/藥材超聲提取其他方法時間(min)含量(%)時間(小時)含量(%)蘆丁/槐米黃連素/黃連益母草堿蒽醌/大黃多糖/金針菇皂苷/西洋參皂苷/黃山藥胡蘿卜素/鹽藻

4022.5308.12

400.2510高于40高于40相當(dāng)40高于23%破碎率87%浸泡48h12.23浸泡48h5.43回流2h0.15煎煮3h熱水/堿溶法索氏法4h回流法有利于提取2023/4/2738第38頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一影響超聲提?。⊿WE）的因素1.時間的影響一般10~100分鐘,時間↑,提取效果↑。例外：益母草堿40mins含量最高。2.頻率對提取效果的影響頻率/kHz總蒽醌/大黃黃連素/黃連黃芩苷/黃芩

200.958.123.498000.677.393.0411000.646.392.502023/4/2739第39頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一影響超聲提?。⊿WE）的因素3.溫度對提取效果的影響杜仲葉的水溶性成分的提取參數(shù)比較溫度/℃頻率/kHz時間/mim固溶物含量%得率%

20~3026450.8117.040~5026451.1018.650~6026451.1119.180~9026451.0218.3

原因：T↑，水中小氣泡（空化核增多），對產(chǎn)生空化作用有利。T↑↑，水泡中蒸汽壓P↑↑，使氣泡閉合時緩沖了空化作用。對水而言，最佳溫度是60℃。2023/4/2740第40頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一超聲提取對有效成分性質(zhì)的影響

對中藥中的成分(小分子)的提取無影響，但對生物大分子如蛋白、多肽、酶的提取可破壞其結(jié)構(gòu)，盡而影響生物活性。2023/4/2741第41頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一（二）微波技術(shù)（MW）

微波：微波（microwave.mw）是波長1~0.001m，頻率在300MHz—300GHz的電磁波

微波的特性：①似光特性：直線傳播②穿透特性：微波輻射在不同的物體表面有三種不同的特性反射性:金屬.入射角=反射角，不發(fā)熱穿透性:某些非金屬（透明體）不發(fā)熱吸收性:水（發(fā)熱）③熱特性:MW→物體內(nèi)部吸收微波轉(zhuǎn)化→熱能，對物料加熱，使內(nèi)外溫度相等。2023/4/2742第42頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一

④非熱特性（生物效應(yīng)）：微生物內(nèi)H2O在MV作用下產(chǎn)生極性震蕩→細胞膜結(jié)構(gòu)破裂、細胞分子間氫鍵松弛→生存環(huán)境遭到嚴重破壞→細胞死亡，實現(xiàn)了低溫滅菌微波由微波發(fā)生器產(chǎn)生，國際公約規(guī)定下列頻率用于工業(yè)、民用和科學(xué)研究：915MHz、2450MHz、5800MHz、22125MHz、我國:2450MHz2023/4/2743第43頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一微波技術(shù)提取原理微波提取（Microwave-AsistedExtraction.MAE）原理：基于微波的熱特性：

①介電加熱：永久偶極分子在2450MHz電磁場產(chǎn)生高頻共振，分子超高速旋轉(zhuǎn)→動能↑→導(dǎo)致T↑；

②離子傳導(dǎo)：離子在MV作用下→高速運動，摩擦→熱量。

較大介電常數(shù)的溶劑：水、乙醇、乙腈→被加熱；

極性小的芳香、脂肪族化合物、CO2、CCl4等對MW吸收性能差，不被加熱。

2023/4/2744第44頁，共48頁，2023年，2月20日，星期一微波技術(shù)在中藥提取中的應(yīng)用

微波提取中藥的的實例：

提取成分魁蒿葉揮發(fā)油提取率（%）板藍根多糖提取率（%）麻黃生物堿提取率（%）方法含量微波法0