第三章 溶劑萃取

2023/10/161第三章溶劑萃取法2023/10/162萃取具有可連續(xù)操作、分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，例如抗生素、維生素等發(fā)酵產(chǎn)物通常采用有機(jī)溶劑萃取法來(lái)提取，近年來(lái)又相繼開(kāi)發(fā)成功超臨界萃取、反膠束萃取和雙水相萃取等一些新的萃取技術(shù)，尤其適用于氨基酸、酶和蛋白質(zhì)類藥物的提取。此外，隨著天然藥物需求量的增加，固-液萃取逐漸得到重視。本章將重點(diǎn)討論有機(jī)溶劑萃取，雙水相萃取，反膠束萃取，超臨界流體萃取，并對(duì)微波協(xié)助萃取，固-液萃取和化學(xué)萃取作簡(jiǎn)要的介紹。2023/10/163萃取分離的種類溶劑萃取雙水相萃取反膠束萃取液-固萃取超臨界萃取微波協(xié)助萃取其他萃取技術(shù)2023/10/164萃取方法原

理應(yīng)用液-固萃取屬于用液體提取固體原料中有用成分的擴(kuò)散分離操作。多用于提取存在于胞內(nèi)的有效成分。液-液萃取溶劑萃取利用溶質(zhì)在兩個(gè)互不混溶的液相（通常為水相和有機(jī)溶劑相）中溶解度和分配性質(zhì)上的差異進(jìn)行的分離操作?？捎糜谟袡C(jī)酸、氨基酸、維生素等生物小分子的分離純化。雙水相萃取利用物質(zhì)在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異進(jìn)行的分離操作。主要用于蛋白質(zhì)、酶，特別是胞內(nèi)蛋白的提取純化。反膠團(tuán)萃取利用表面活性劑在有機(jī)相中形成的反膠團(tuán)，從而在有機(jī)相中形成分散的親水微環(huán)境，使生物分子在有機(jī)相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團(tuán)的親水微環(huán)境中。適用于氨基酸、肽和蛋白質(zhì)等生物分子的分離純化，特別是蛋白質(zhì)類生物大分子的分離。液膜萃取液膜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。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。超臨界流體萃取利用超臨界流體作為萃取劑，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行溶解和分離。適用于脂肪酸、植物堿、醚類、酮類、甘油酯、芳香成分等物質(zhì)的萃取分離。幾種萃取方法的比較2023/10/165第一節(jié)溶劑萃取法

廣義的溶劑萃取法(solventextraction)包括液-固萃取和液-液萃取：液-固萃取又稱浸取、浸提液-液萃取指用一種溶劑將物質(zhì)從另一種溶劑（如發(fā)酵液）中提取出來(lái)的方法。2023/10/166溶劑萃取法優(yōu)點(diǎn)：①操作可連續(xù)化，速度快，生產(chǎn)周期短；②對(duì)熱敏物質(zhì)破壞少；③采用多級(jí)萃取時(shí)，溶質(zhì)濃縮倍數(shù)大、純化度高。缺點(diǎn)：由于有機(jī)溶劑使用量大，對(duì)設(shè)備和安全要求高，需要各項(xiàng)防火防爆等措施。2023/10/167一、基本概念（一）萃取與反萃取

被提取的溶液稱為原料液，其中欲提取的物質(zhì)稱溶質(zhì)，而用以進(jìn)行萃取的溶劑稱為萃取溶劑(萃取劑)

達(dá)到萃取平衡后，大部分溶質(zhì)轉(zhuǎn)移到萃取溶劑中，這種含有溶質(zhì)的萃取溶劑溶液稱為萃取液，而被萃取出溶質(zhì)以后的料液稱為萃余液。2023/10/168

萃取一般指用有機(jī)溶劑將物質(zhì)從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相的過(guò)程。

反萃取(stripping或backextraction)是將萃取液與反萃取劑（一般為水溶液）相接觸，使某種被萃入有機(jī)相的溶質(zhì)轉(zhuǎn)入水相的過(guò)程，可看作是萃取的逆過(guò)程。2023/10/169（二）、分配定律

分配定律：在一定溫度、一定壓力下，某一溶質(zhì)在互不相溶的兩種溶劑間分配時(shí)，達(dá)到平衡后，在兩相中的活度之比為一常數(shù)。如果是稀溶液，可以用濃度代替活度，即：

K稱為分配系數(shù)2023/10/1610

應(yīng)用分配定律時(shí)，須符合下列條件：①必須是稀溶液，即適用于接近理想溶液的萃取體系；②溶質(zhì)對(duì)溶劑的互溶度沒(méi)有影響；③溶質(zhì)在兩相中必須是同一分子形式，即不發(fā)生締合或解離。2023/10/1611

在萃取過(guò)程中，溶質(zhì)在兩相的分子形式常常并不相同，仍然采用類似分配定律的公式作為基本公式。這時(shí)候溶質(zhì)在萃取相和萃余相中的濃度，實(shí)際上是以各種化學(xué)形式進(jìn)行分配的溶質(zhì)總濃度，它們的比值以分配比(distributionratio)表示：2023/10/1612（三）、萃取因素

萃取因素也稱萃取比，其定義為被萃取溶質(zhì)進(jìn)入萃取相的總量與該溶質(zhì)在萃余相中總量之比。通常以E表示。若以Vl和V2分別表示萃取相和萃余相的體積，CL和CR分別表示溶質(zhì)在萃取相和萃余相中的平衡濃度。萃取因素（E）為：2023/10/1613（四）、分離因素料液中的溶質(zhì)并非是單一的組分，除了所需產(chǎn)物（A）外，還存在有雜質(zhì)（B）。分離因素(separationfactor)，常用

表示，其定義為：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)的比值2023/10/1614二、溶劑萃取法的基本原理

弱酸HA在不同的pH條件下，可以有不同的化學(xué)狀態(tài)，其分配比亦有差別，若適度改變pH，可將弱酸HA自水相轉(zhuǎn)入有機(jī)相，或從有機(jī)相再轉(zhuǎn)入水相，這樣反復(fù)萃取，可以達(dá)到濃縮和提純的目的HAHA2023/10/16152023/10/1616三、萃取方法和理論收率的計(jì)算萃取方式和理論收率的計(jì)算流程：2023/10/1617三、萃取方法和理論收率的計(jì)算（一）單級(jí)萃取2023/10/1618萃取因素E為式中VF——料液體積；Vs——萃取劑的體積；C1——溶質(zhì)在萃取液的總濃度；C2——溶質(zhì)在萃余相的總濃度；D——分配比；m——濃縮倍數(shù)2023/10/1619萃余率：理論收率：2023/10/1620例如：潔霉素在20℃和pH10.0時(shí)分配比（丁醇/水）為18。用等體積的丁醇萃取料液中的潔霉素，計(jì)算可得理論收率若改用1/3體積丁醇萃取，理論收率：2023/10/1621（二）多級(jí)錯(cuò)流萃取2023/10/16222023/10/1623萃余率：理論收率2023/10/1624

紅霉素在pH9.8時(shí)的分配比（醋酸丁酯/水）為44.5，若用1/2體積的醋酸丁酯進(jìn)行單級(jí)萃取，則：理論收率若用1/2體積的醋酸丁酯進(jìn)行二級(jí)錯(cuò)流萃取，則理論收率2023/10/1625多級(jí)逆流萃取2023/10/16262023/10/1627n級(jí)萃取后，萃余率為：理論收率為2023/10/1628

青霉素在0℃和pH2.5時(shí)的分配比（醋酸丁酯/水）為35，若用1/4體積的醋酸丁酯進(jìn)行二級(jí)逆流萃取，則：

n

2，理論收率

2023/10/1629

若改為二級(jí)錯(cuò)流萃取，第一級(jí)用1/4體積的醋酸丁酯，第二級(jí)用1/10體積的醋酸丁酯，則2023/10/1630第二節(jié)影響溶劑萃取的因素一、乳化和破乳化（一）乳狀液的形成和穩(wěn)定條件在化學(xué)工業(yè)中，特別是生物制藥工業(yè)中進(jìn)行溶劑萃取時(shí)，料液中經(jīng)常殘留具有表面活性的蛋白質(zhì)，特別容易引起乳化作用，從而使有機(jī)相與水相難以分層，即使用離心機(jī)也不能將兩相完全分開(kāi)?！叭軇┫嘀腥魥A雜水相”，將給后續(xù)操作帶來(lái)困難，而水相中夾帶溶劑，則會(huì)造成目的產(chǎn)物的損失，降低收率。因此，在溶劑萃取操作中，防止乳化和去乳化是非常重要的。2023/10/1631乳化劑多為表面活性劑。分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一般是由親油基和親水基兩部分組成的，即一端為親水基團(tuán)或極性部分，另一端為疏水性基團(tuán)或非極性部分（烴鏈）。2023/10/1632

乳化劑使乳狀液穩(wěn)定原因：（1）界面膜形成

乳化劑吸附于油－水界面形成結(jié)實(shí)的界面膜而阻止了液滴間聚結(jié)的發(fā)生

（2）界面電荷的影響

分散相液滴表面的電荷對(duì)乳液的穩(wěn)定性起十分重要的作用

大部分乳狀液液滴表面都帶有電荷，其來(lái)源主要有三種途徑：a使用離子型表面活性劑作為乳化劑，極性基團(tuán)伸入水相發(fā)生電離而使液滴帶電，若乳化劑為陰離子型，液滴帶負(fù)電荷，陽(yáng)離子型，液滴帶正電荷。

b使用不能電離的非離子型表面活性劑作為乳化劑時(shí)，液滴主要通過(guò)從水相中吸附離子使自身表面帶電。2023/10/1633（3）介質(zhì)黏度分散介質(zhì)粘度越大，液滴布朗運(yùn)動(dòng)速度越慢，減少液滴之間相互碰撞，有利于乳狀液的穩(wěn)定。c液滴與分散介質(zhì)發(fā)生摩擦也可以使液滴表面帶電，所帶的電荷的符號(hào)與兩相的介電常數(shù)有關(guān)，介電常數(shù)大的一相帶正電荷，介電常數(shù)小的帶負(fù)電荷。

液滴表面的電荷密度越大，乳狀液的穩(wěn)定性也越高。2023/10/1634

每一種表面活性劑都有親水和疏水基團(tuán)，兩種基團(tuán)的強(qiáng)度的相對(duì)關(guān)系稱為HLB值（hydrophile-lipophilebalance）親水親油平衡值。完全不親水（HLB=0）和完全親水（HLB=20）的兩種極限乳化劑作為標(biāo)準(zhǔn)，其它表面活性劑的HLB值就處于這兩種極限值之間。2023/10/1635O/W型(水包油型)乳狀液的乳化劑其HLB值常在8~18之間;作為W/O型(油包水型)乳狀液的乳化劑其HLB值常在3~6之間.2023/10/1636（二）、影響乳狀液類型的因素1．相體積的影響

假定分散相為大小均勻的圓球，按緊密地堆積，圓球體積占總體積的74%。如水的體積占總體積小于26%時(shí)，只能形成W／O型乳狀液；大于74%時(shí)，只能形成O／W型乳狀液。2．乳化劑分子空間構(gòu)型的影響

截面積小的一頭指向分散相，截面積大的一頭指向分散介質(zhì)，所以一價(jià)金屬皂形成O／W型乳狀液，而二價(jià)金屬皂形成W／O型乳狀液，2023/10/16373．界面張力的影響乳化劑聚集于界面形成薄膜，若兩相界面張力不等，則使膜彎曲，其凹面一側(cè)為界面張力較高的相，高界面張力這側(cè)的液體易形成內(nèi)相。4．容器壁性質(zhì)的影響

親水性強(qiáng)的容器易得O／W型乳狀液，親油性強(qiáng)的容器易形成W／O型乳狀液。

2023/10/1638（三）、乳狀液的破壞

1.加入去乳化劑（破乳劑往往是反型乳化劑

)2.離心3.加電解質(zhì)：中和乳狀液分散相所帶的電荷；4.加熱：加快蛋白質(zhì)膠粒絮凝速度，降低黏度，促使乳化消除；5.吸附過(guò)濾：通過(guò)多孔介質(zhì)過(guò)濾，水分被吸附；6.稀釋法2023/10/1639（四）、常用的去乳化劑1.陽(yáng)離子表面活性劑（1）十二烷基三甲基溴化銨（1231）［CH3(CH2)10CH2(CH3)3N+］Br—

（2）溴代十五烷吡啶（PPB）（碳?xì)滏溳^短）2023/10/16402.陰離子表面活性劑陰離子表面活性劑，如亞油酸鈉、十二烷基磺酸鈉、石油磺酸鈉等3．其他破乳劑如用溴代四烷基吡啶作去乳化劑，因其既易溶于水，又易溶于醋酸丁酯中，既能破壞W／O型，也能破壞O／W型乳狀液，比PPB破乳完全，用量為0.03%~0.05%。它能降低青霉素提取時(shí)隨廢液的損失，提高收率。2023/10/1641二、pH的影響1、pH影響被萃取物(弱酸或弱堿性)的分配比2、pH也影響被萃取物(弱酸或弱堿性)的穩(wěn)定性例：用醋酸丁酯提取芐基青霉素，在0℃、pH2.5時(shí)測(cè)得D

=30，KP=10-2.75，可求得2023/10/1642

可按下式計(jì)算表觀分配系數(shù)和水相pH的關(guān)系：可得，當(dāng)pH=4.4時(shí)，D=1。當(dāng)pH<4.4時(shí)，青霉素能被萃取到醋酸丁酯相中，當(dāng)pH>4.4時(shí)，青霉素從醋酸丁酯相轉(zhuǎn)移到水相，稱為反萃取。2023/10/1643三、溫度和萃取時(shí)間的影響

高溫不穩(wěn)定，高溫時(shí)溶劑間互溶度增大，一般化合物水解速度與溫度的關(guān)系服從阿倫尼烏斯公式：2023/10/1644有機(jī)溶劑與水之間的互溶度隨溫度升高而增大，這會(huì)使萃取效率降低。另一方面，很多生化樣品都有熱敏性，因此萃取一般在低溫下進(jìn)行。2023/10/1645四、鹽析作用的影響

原理:蛋白質(zhì)在水溶液中的溶解度是由蛋白質(zhì)周圍親水基團(tuán)與水形成水化膜的程度，以及蛋白質(zhì)分子帶有電荷的情況決定的。當(dāng)用中性鹽加入蛋白質(zhì)溶液，中性鹽對(duì)水分子的親和力大于蛋白質(zhì)，于是蛋白質(zhì)分子周圍的水化膜層減弱乃至消失。同時(shí)，中性鹽加入蛋白質(zhì)溶液后，由于離子強(qiáng)度發(fā)生改變，蛋白質(zhì)表面電荷大量被中和，更加導(dǎo)致蛋白溶解度降低，使蛋白質(zhì)分子之間聚集而沉淀。2023/10/1646其對(duì)萃取的影響：①由于鹽析劑與水分子結(jié)合，降低了被萃取物在水中的溶解度，使其易轉(zhuǎn)入有機(jī)相；②鹽析劑降低有機(jī)溶劑在水中的溶解③鹽析劑增大萃余相比重，有助于分相。2023/10/1647五、溶劑種類、用量及萃取方式①分配系數(shù)愈大愈好，若分配系數(shù)未知，則可根據(jù)“相似相溶”的原則，選擇與被萃取物結(jié)構(gòu)相近的溶劑；②選擇分離因素大于1的溶劑；③料液與萃取溶劑的互溶度愈小愈好；④盡量選擇毒性低的溶劑。⑤溶劑的化學(xué)穩(wěn)定性高，腐蝕性低，沸點(diǎn)不宜太高，揮發(fā)性要小，價(jià)格便宜，來(lái)源方便，便于回收。2023/10/1648

如潔霉素20℃，pH10.0時(shí)，分配比（丁醇／水）=18，根據(jù)萃取方式理論收得率的計(jì)算方法，得出：2023/10/1649第三節(jié)萃取過(guò)程和溶劑回收一、混合1、攪拌罐2、管式混合器2023/10/16503、噴嘴式混和器4、氣流攪拌混和罐2023/10/1651二、液-液兩相分離

離心機(jī)(管式超高速)2023/10/1652碟片式高速離心機(jī)2023/10/1653三、溶劑回收（一）、單組分溶劑回收簡(jiǎn)單蒸餾或精餾2023/10/1654（二）、低濃度溶劑回收先簡(jiǎn)單蒸餾,后精餾精餾：塔底102℃，塔頂91℃，蒸餾物為恒沸混和物，含水量為28%-29%，超過(guò)水在醋酸丁酯中溶解度（20℃，1.4%）。2023/10/1655四、回收與水部分互溶并

形成恒沸混和物的溶劑

2023/10/1656五、回收完全互溶的混和溶劑并不形成恒沸混和物

如丙酮-丁醇混和溶劑，由于其沸點(diǎn)相差較大（丙酮沸點(diǎn)為56.1℃，丁醇沸點(diǎn)為117.4℃），采用精餾方法很易得到純組分。如果混和溶劑要反復(fù)使用，則不需要將它們分成純組分，只需經(jīng)過(guò)蒸餾方式除去不揮發(fā)物質(zhì)，然后測(cè)定混和溶劑的比例，再添加不足的溶劑使達(dá)到要求。2023/10/1657常用的液-液萃取裝置2023/10/1658

溶劑萃取的應(yīng)用

2023/10/1659應(yīng)用領(lǐng)域石油化工分離輕油裂解和鉑重整產(chǎn)生的芳烴和非芳烴混合物；用酯類溶劑萃取乙酸,用丙烷萃取潤(rùn)滑油中的石蠟；以HF-BF3作萃取劑,從C8餾分中分離二甲苯及其同分異構(gòu)體。生物化工以醋酸丁酯為溶劑從發(fā)酵液中萃取青霉素精細(xì)化工香料工業(yè)中用正丙醇從亞硫酸紙漿廢水中提取香蘭素食品工業(yè)中用TBP從發(fā)酵液中萃取檸檬酸濕法冶金用溶劑LIX63-65等萃取劑從銅的浸取液中提取銅溶劑萃取的應(yīng)用實(shí)例2023/10/1660第四節(jié)

雙水相萃取

雙水相萃取技術(shù)，又稱水溶液兩相分配技術(shù)，它利用不同的高分子溶液相互混合可產(chǎn)生兩相或多相系統(tǒng)，靜置平衡后，分成互不相溶的兩個(gè)水相，利用物質(zhì)在互不相溶的兩水相間分配系數(shù)的差異來(lái)進(jìn)行萃取的方法，稱為雙水相萃取法。特點(diǎn)：能保留產(chǎn)物的活性，操作可連續(xù)化，可純化蛋白質(zhì)2~5倍。2023/10/1661一、雙水相的形成

如葡聚糖與聚乙二醇按一定比例與水混合，靜置平衡后，分成互不相溶的兩個(gè)水相，上相富含PEG，下相富含葡聚糖2023/10/16622023/10/1663二、雙水相萃取的基本概念（一）相圖相圖右上部為兩相區(qū)，左下部為均相區(qū)，兩相與均相的分界線叫雙節(jié)線。組成位于A點(diǎn)的系統(tǒng)實(shí)際上由位于C、B兩點(diǎn)的兩相所組成，BC稱為系線。當(dāng)系線向下移動(dòng)時(shí)，長(zhǎng)度逐漸減小，表明兩相的差別減小，當(dāng)達(dá)到K點(diǎn)時(shí)，兩相間差別消失，K點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)。2023/10/1664（二）分配系數(shù)影響分配系數(shù)的因素包括很多，如被萃取微粒子大小、疏水性、表面電荷、粒子或大分子的構(gòu)象等，這些因素微小的變化可導(dǎo)致分配系數(shù)較大的變化，因而雙水相萃取有較好的選擇性。分配系數(shù)K與溶質(zhì)的濃度和相體積比無(wú)關(guān)：2023/10/1665三、影響雙水相萃取的因素（一）、成相高聚物的分子量一般原則:對(duì)于PEG-Dextran所形成的雙水相，如果降低PEG的分子量，蛋白質(zhì)分配于富含PEG的上相中，使分配系數(shù)增大，而將Dextran分子量減小，則會(huì)導(dǎo)致分配系數(shù)降低。

2023/10/1666（二）成相聚合物濃度

一般來(lái)說(shuō)，雙水相萃取時(shí)，如果相系統(tǒng)組成位于臨界點(diǎn)附近，則蛋白質(zhì)等大分子的分配系數(shù)接近于1。高聚物濃度增加，系統(tǒng)組成偏離臨界點(diǎn)，蛋白質(zhì)的分配系數(shù)也偏離1，即K＞1或K＜12023/10/1667隨著濃度差的變化，分配系數(shù)會(huì)有很大的變化2023/10/1668（三）分配物質(zhì)的分子量

雙水相系統(tǒng)適應(yīng)于大分子量物質(zhì)的分離，分子量小分配系數(shù)接近于1，分離越困難。2023/10/1669（四)鹽類的影響

鹽的種類和組成對(duì)帶電大分子的分配影響很大。例如，對(duì)于PEG/dex系統(tǒng)，氯化鈉的濃度等于2mol/L時(shí)，血紅蛋白的分配系數(shù)增加兩個(gè)數(shù)量級(jí)，充分說(shuō)明鹽類對(duì)分配系數(shù)的巨大影響。鹽影響所有帶電大分子和帶電細(xì)胞粒子在兩相中的分配。例如，DNA萃取時(shí)，離子組分微小的變化可使DNA從一相幾乎完全轉(zhuǎn)移到另一相。2023/10/1670（五）、溫度及其它因素溫度的影響是間接的，它主要影響相的高聚物組成，只有當(dāng)相系統(tǒng)組成位于臨界點(diǎn)附近時(shí)，溫度對(duì)分配系數(shù)才具有較明顯的作用。pH對(duì)酶的分配系數(shù)也有很大關(guān)系，特別是在系統(tǒng)中含有磷酸鹽時(shí)。由于pH的變化會(huì)影響磷酸鹽是一氫化物還是二氫化物磷酸鹽的存在，而一氫化物磷酸鹽對(duì)界面電位有明顯的影響。2023/10/1671四、雙水相系統(tǒng)的選擇

選擇合適的雙水相系統(tǒng)是雙水相分離的關(guān)鍵，常見(jiàn)的兩類雙水相系統(tǒng)為：PEG-Dex系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：鹽的濃度低，易分相，不易失活。缺點(diǎn)：粘度大，價(jià)格高PEG-鹽系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：粘度小，價(jià)格低缺點(diǎn)：鹽的濃度高，界面吸附多，易失活。選擇原則：根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)和雜質(zhì)蛋白表面的疏水性，分子量、等電點(diǎn)等性質(zhì)上的差別來(lái)選擇雙水相系統(tǒng)。確定聚合物的分子量，濃度，鹽種類的和濃度，pH值等因素2023/10/1672

1.目標(biāo)蛋白質(zhì)和雜質(zhì)蛋白等電點(diǎn)不同，添加適當(dāng)?shù)柠}，調(diào)節(jié)pH值使相間電位差變大，達(dá)到分離的目的。

2.根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)和雜質(zhì)蛋白表面的疏水性，可以利用鹽析原理，提高成相系統(tǒng)濃度，增大雙水相系統(tǒng)的疏水性，達(dá)到分離的目的。3.可采用分子量較大的PEG，組成成相系統(tǒng)，提高目標(biāo)蛋白質(zhì)的選擇性，在磷酸鹽存在下，改變系統(tǒng)的pH值，提高目標(biāo)蛋白質(zhì)的選擇性.2023/10/1673要成功的應(yīng)用雙水相系統(tǒng)必須滿足下列條件：

1.待提取的物質(zhì)和原料液應(yīng)分配在不同的相中

2.待提取物的分配系數(shù)足夠大，使其在一定相比時(shí)，經(jīng)過(guò)一次萃取，就能得到完全萃取。

3.兩相易于離心分離。五、雙水相萃取的應(yīng)用2023/10/1674雙水相系統(tǒng)平衡時(shí)間短，含水量高，界面張力低，為生物活性物質(zhì)提供了溫和的分離環(huán)境。它還具備操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)省時(shí)、易于放大。據(jù)報(bào)道，系統(tǒng)可從10ml直接放大到1m3規(guī)模（105倍）,而各種試驗(yàn)參數(shù)均可按比例放大，產(chǎn)物收率并不降低。2023/10/1675例如PEG-Dextran系統(tǒng)特別適用于從細(xì)胞勻漿液中除去核酸和細(xì)胞碎片。系統(tǒng)中加入0.1mol/LNaCl可使核酸和細(xì)胞碎片轉(zhuǎn)移到下相（Dextran相）,產(chǎn)物胞內(nèi)酶位于上相。選擇適當(dāng)?shù)柠}組分，經(jīng)一步或多步萃取，可獲得滿意的分離效果。如果NaCl濃度增大到2~5mol/L，幾乎所有的蛋白質(zhì)、酶都轉(zhuǎn)移到上相，下相富含核酸。2023/10/16762023/10/1677五、雙水相萃取技術(shù)的發(fā)展（一）、廉價(jià)雙水相體系的開(kāi)發(fā)

一方面用廉價(jià)的無(wú)機(jī)鹽代替以往常用的昂貴的葡聚糖（二）、親和雙水相萃取技術(shù)親和吸附具有專一性強(qiáng)，分離效率高等特點(diǎn)。利用其特點(diǎn)，將親和吸附與雙水相萃取技術(shù)相結(jié)合，即對(duì)成相聚合物進(jìn)行化學(xué)修飾。該體系不僅具有萃取系統(tǒng)處理量大、放大簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，而且具有親和吸附專一性強(qiáng)、分離效率高的特點(diǎn)。2023/10/1678第五節(jié)反膠束萃取反膠束（reversedmicelle），也稱反膠團(tuán)，是表面活性劑分散在連續(xù)的有機(jī)相中自發(fā)形成的納米尺度的一種聚集體。2023/10/16792023/10/1680一、基本原理表面活性劑溶于非極性溶劑中，并使其濃度超過(guò)臨界膠束濃度，便會(huì)在有機(jī)溶劑內(nèi)形成聚集體，非極性基團(tuán)在外，極性基團(tuán)則排列在內(nèi)，形成一個(gè)極性核，此極性核具有溶解極性物質(zhì)的能力，極性核溶解水后就變成水池。當(dāng)含有此種反膠束的有機(jī)溶劑與蛋白質(zhì)的水溶液接觸后，蛋白質(zhì)及其他親水性物質(zhì)能夠溶于極性核內(nèi)部的水中，由于周圍的水層和極性基團(tuán)的保護(hù)，蛋白質(zhì)不與有機(jī)溶劑接觸，從而不會(huì)造成失活。2023/10/1681用于萃取蛋白質(zhì)等物質(zhì)的反膠束通常為球形，半徑約為10-100nm，其大小隨溶劑和表面活性劑的改變而改變，同時(shí)，也受溫度、壓力和離子強(qiáng)度的影響。2023/10/16822023/10/1683二、反膠束體系在反膠束萃取的早期研究中多用季胺鹽，目前用得最多的是AOT，其化學(xué)名為丁二酸乙基己基酯-磺酸鈉。2023/10/1684三、反膠束萃取過(guò)程反膠束選擇性分離目標(biāo)蛋白質(zhì)包括兩個(gè)過(guò)程:萃取過(guò)程(forwardextraction)和反萃取過(guò)程(backwardextraction)。萃取過(guò)程:目標(biāo)蛋白質(zhì)從主體溶液轉(zhuǎn)移至反膠束溶液中的過(guò)程；反萃取過(guò)程:目標(biāo)蛋白質(zhì)從反膠束溶液中轉(zhuǎn)移至第二水相(或以固體的形式游離出來(lái))的過(guò)程。這些過(guò)程可連續(xù)操作，反膠束可在兩套系統(tǒng)中循環(huán)。2023/10/1685

反膠束相

混合器1

分離器1混合器2

分離器2進(jìn)料前萃取后萃取出料2023/10/1686四、影響因素表面活性劑的種類早期用一種表面活性劑,現(xiàn)在混合體系的研究較多，要求蛋白質(zhì)和表面活性劑所帶的電荷相反。水相pH值決定蛋白質(zhì)表面帶電基團(tuán)的離子化狀態(tài),與表面活性劑的頭部基團(tuán)有相互作用.對(duì)于陽(yáng)離子表面活性劑，溶液的pH應(yīng)高于等電點(diǎn)，對(duì)于陰離子表面活性劑，溶液的pH應(yīng)低于等電點(diǎn)。2023/10/1687溫度提高溫度可使反膠束排斥水,起濃縮作用離子強(qiáng)度降低帶電蛋白與反膠束極性基團(tuán)的相互作用,并導(dǎo)致高離子強(qiáng)度下反膠束顆粒變小親和反膠束萃取導(dǎo)入親合配基,提高萃取率和選擇性2023/10/1688五、應(yīng)用舉例（一）蛋白質(zhì)類藥物如蛋白酶、脂肪酶等（二）、氨基酸親水性不同,疏水氨基酸主要在反膠束界面;親水性氨基酸在反膠束內(nèi)部極性水中（三）、抗生素如膽甾醇-D-丙氨酰胺-D-丙氨酸酯（四）、核酸2023/10/1689超臨界流體萃取法(SFE)

以超臨界流體(SCF)作萃取劑，直接從固體（粉末）或液體樣品中萃取目標(biāo)物質(zhì)（有機(jī)物）。100年前人們就知道超臨界流體可以溶解很多物質(zhì)。20世紀(jì)50年代，美國(guó)將SFE用于工業(yè)分離。1963年，德國(guó)首次申請(qǐng)SFE分離技術(shù)的專利。20世紀(jì)80－90年代成為熱門(mén)學(xué)科。第六節(jié)超臨界流體萃取法2023/10/1690SFE論文與專利發(fā)表情況論文2023/10/1691專利2023/10/1692SFE的優(yōu)點(diǎn)：1.萃取劑在常溫常壓下為氣體，萃取后可以方便地與萃取組分分離。2.在較低的溫度和不太高的壓力下操作，特別適合天然產(chǎn)物和生物物質(zhì)的分離。3.超臨界流體的溶解能力可以通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓力、夾帶劑（如：醇類）在很大范圍內(nèi)變化；而且還可以采用壓力梯度和溫度梯度。4.不使用有毒溶劑，無(wú)污染。萃取速度快（通常30min左右）SFE的缺點(diǎn)：選擇性不夠高。2023/10/1693SFE基本流程分離釜

萃取釜CO2熱交換器

壓縮機(jī)或泵

過(guò)濾器

熱交換器2023/10/1694一、基本原理超臨界流體萃取技術(shù)（SFE)，又稱壓力流體萃取、超臨界氣體萃取、臨界溶劑萃取等，是利用處于臨界壓力和臨界溫度以上的溶劑流體所具有增加物質(zhì)溶解能力來(lái)進(jìn)行分離純化的技術(shù)。

2023/10/1695超臨界流體(SupercriticalfluidsSCF)超臨界流體是指超過(guò)臨界溫度和臨界壓力狀態(tài)的流體。臨界流體既不同于氣體，也不同于液體的一種流體狀態(tài)。CO2密度隨壓力與溫度變化的特點(diǎn)2023/10/1696

超臨界流體性質(zhì)1.在臨界點(diǎn)附近，在臨界溫度稍高的區(qū)域內(nèi)，壓力稍有變化，就會(huì)引起密度很大的變化，流體的密度隨壓力增高而迅速增加，并接近液體密度；2.在臨界溫度與臨界壓力以上，無(wú)論壓力多高，流體都不能液化；3.在超臨界狀態(tài)下，流體對(duì)很多液體、固體物質(zhì)的溶解能力都有較大增強(qiáng)，并接近于液體的溶解能力。2023/10/1697超臨界流體與氣體、

液體傳遞性質(zhì)的比較

物性常溫、常壓下氣體

超臨界流體常溫、常壓下液體

TC,pC～TC,4pC密度

(g/cm3)0.006～0.0020.2～0.50.4～0.90.6～1.6粘度(×10-4g/cm.s)1～31～33～920～300自擴(kuò)散系數(shù)

(cm2/s）0.1～0.40.7×10-30.2×10-3(0.2~2)×10-52023/10/1698超臨界流體的特性氣體特征：粘度小，接近于普通氣體；擴(kuò)散系數(shù)比液體大100倍,比氣體小得多，溫度和粘度對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響較大，表明，在超臨界流體中比液體中的傳質(zhì)要好。液體行為：密度大，接近于普通液體，溶解度較大。2023/10/1699物質(zhì)沸點(diǎn)℃臨界溫度臨界壓力臨界密度物質(zhì)沸點(diǎn)℃臨界溫度臨界壓力臨界密度氬－122.44.860.53氟利昂-11198.14.41甲烷－164－83.04.640.160異丙醇82.5235.24.760.273氪-63.85.500.920甲醇240.58.100.272乙烯－10310.05.120.217正己烷69.0234.22.970.234氙16.75.891.150乙醇78.2243.46.300.276三氟甲烷26.24.850.620正丙醇263.45.170.275氟利昂-1328.93.920.580丁醇275.04.300.27二氧化碳－78.531.067.380.468環(huán)己烷280.34.07乙烷－88.032.44.880.203苯80.1288.14.890.302丙烯－47.792.04.670.288乙二胺319.96.270.29丙烷－44.597.24.240.220甲苯110.6320.04.130.292氨－33.4132.311.390.236對(duì)二甲苯343.03.52n-丁烷－0.5152.03.800.228吡啶347.05.630.31二氧化硫157.67.880.525水100.0374.122.060.326n-戊烷36.5196.63.370.232

可供選用溶劑的臨界性質(zhì)2023/10/16100

超臨界流體的溶劑選擇原則化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)設(shè)備沒(méi)有腐蝕性；臨界溫度應(yīng)接近室溫或操作溫度；操作溫度應(yīng)低于萃取組分的分解、變質(zhì)溫度；臨界壓力最好在4MPa上下（降低壓縮動(dòng)力）；選擇性盡可能高（容易得到高純度產(chǎn)品）；對(duì)萃取質(zhì)的溶解度高（減少溶劑用量）；萃取劑必須對(duì)人體無(wú)毒。2023/10/16101利用CO2作為萃取劑主要有以下優(yōu)點(diǎn):(1)二氧化碳超臨界溫度(Tc=31.06℃)是所有溶劑中最接近室溫的，可以在35～40℃的條件下進(jìn)行提取,防止熱敏性物質(zhì)的變質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)的逸散。(2)在CO2氣體籠罩下進(jìn)行萃取,萃取過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);又由于完全隔絕了空氣中的氧,因此,萃取物不會(huì)因氧化或化學(xué)變化而變質(zhì)。2023/10/16102(3)由于CO2無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒、不可燃、價(jià)格便宜、純度高、容易獲得,使用相對(duì)安全。(4)CO2是較容易提純與分離的氣體,因此萃取物幾乎無(wú)溶劑殘留,也避免了溶劑對(duì)人體的毒害和對(duì)環(huán)境的污染。(5)CO2擴(kuò)散系數(shù)大而粘度小,大大節(jié)省了萃取時(shí)間,萃取效率高。2023/10/16103二、影響超臨界流體萃取的因素（一）壓力的影響壓力增加，絕大多數(shù)化合物溶解度都急劇上升。＜7.0MPa時(shí),溶解度很小;25MPa時(shí),溶解度70g/L;理想氣體下，溶解度＜5g/L.萘在CO2中的溶解度與壓力關(guān)系2023/10/16104根據(jù)萃取壓力的變化,SFE分為3類基本應(yīng)用:一是高壓區(qū)的全萃取，高壓時(shí),超臨界流體的溶解能力強(qiáng),可最大限度地溶解大部分組分；二是低壓臨界區(qū)的脫臭，在臨界點(diǎn)附近,僅能提取易溶解的組分,或除去有害成分;三是中壓區(qū)的選擇萃取，在高低壓區(qū)之間,可根據(jù)物料萃取的要求,選擇適宜壓力進(jìn)行有效萃取。2023/10/16105（二）溫度的影響一個(gè)是溫度對(duì)流體密度的影響，隨溫度升高，CO2流體密度降低，導(dǎo)致其溶劑化效應(yīng)下降，對(duì)物質(zhì)的溶解度也下降；另一個(gè)是溫度對(duì)物質(zhì)蒸氣壓的影響，隨溫度升高，物質(zhì)的蒸氣壓增大，使物質(zhì)在CO2流體中的溶解度增大。2023/10/16106

超臨界流體的溶解能力比較

萘在超臨界·CO2流體中的溶解度

實(shí)線－在CO2中，虛線－按理想氣體計(jì)算2023/10/16107(三)、助溶劑（夾帶劑）當(dāng)在CO2流體中加入少量第二溶劑，可以大大提高其對(duì)原來(lái)溶解度很小的溶質(zhì)的溶解能力，這種第二組分溶劑稱為輔助溶劑（entrainer），又稱助溶劑。從經(jīng)驗(yàn)上看，加入極性助溶劑對(duì)提高極性成分的溶解度有幫助，對(duì)非極性溶質(zhì)作用不大；相反，非極性助溶劑對(duì)極性和非極性溶質(zhì)都有增加溶解度的效能。

2023/10/16108CO2流體中非極性?shī)A帶劑對(duì)

溶質(zhì)溶解度的影響溶質(zhì)夾帶劑夾帶劑含量（摩爾分?jǐn)?shù)）溶解度比六甲基苯正庚烷3.51.6（有無(wú)之比）正辛烷3.52.1正十一烷3.52.6菲正庚烷3.51.6正辛烷3.52.8正辛烷5.254.2正辛烷7.05.4正十一烷3.53.6

1.夾帶劑碳原子數(shù)增加，溶解比增大；

2.同種夾帶劑濃度增加，溶解比也增大。2023/10/16109

夾帶劑(丙烷)濃度對(duì)溶解度影響

夾帶劑濃度增大，萘在CO2中的溶解度增加。2023/10/16110惰性氣體對(duì)溶解度的影響

在超臨界CO2萃取咖啡因加入惰性氣體

濃度增加，溶解度降低。2023/10/161112023/10/16112（四）、物料性質(zhì)的影響物料的粒度影響

細(xì)物料可增加傳質(zhì)效果，但過(guò)細(xì)增加流動(dòng)阻力

水分

含水量過(guò)高時(shí)，形成連續(xù)性水膜，影響傳質(zhì)過(guò)程三、超臨界流體萃取方法

超臨界流體萃取的三種典型流程

2023/10/16113變壓萃取分離(等溫法)在萃取器中使萃取物質(zhì)與超臨界流體充分接觸而被萃取，含有萃取組分的超臨界流體從萃取器抽出，經(jīng)膨脹閥后流入分離釜內(nèi)；由于壓力降低，被萃取組分在超臨界流體中的溶解度變小，使其在分離器中析出。被萃組分經(jīng)分離后，從分離器下部放出；降壓后的萃取氣體則經(jīng)壓縮機(jī)或高壓泵提升壓力后返回萃取器循環(huán)使用。13P124等溫法：T1=T2P1>P21—萃取槽；2—膨脹閥；3—分離槽；4—壓縮機(jī)T1T2P2溶質(zhì)2023/10/16114特點(diǎn)是：在等溫條件下，利用不同壓力時(shí)待萃取組分在萃取劑中的溶解度差異來(lái)實(shí)現(xiàn)組分的萃取及與萃取劑的分離。過(guò)程易于操作，應(yīng)用較為廣泛，但能耗高一些。2023/10/16115變溫萃取分離(等壓法)利用超臨界流體在一定范圍內(nèi)萃取組分的溶解度隨溫度升高而降低的性質(zhì)，將萃取組分通過(guò)升溫來(lái)降低其在超臨界流體中的溶解度，來(lái)實(shí)現(xiàn)萃取組分與萃取劑的分離。13P124等壓法：T1<T2P1=P21—萃取槽；2—加熱器；3—分離槽；4—泵；5—冷卻器P2T2T15溶質(zhì)2023/10/16116特點(diǎn)是：在低溫下萃取，在高溫下使溶劑與萃取組分的分離，萃取組分從分離器下方取出，萃取劑經(jīng)冷卻壓縮后返回萃取器循環(huán)使用。過(guò)程中，萃取釜和分離釜處于相同壓力下，因此，只需循環(huán)泵即可，壓縮功耗較少，但需要加熱蒸汽和冷卻水。2023/10/16117吸附萃取法該過(guò)程利用分離釜中填充的特定吸附劑（只吸附溶質(zhì)而不吸附萃取劑），被萃取物在分離器內(nèi)被吸附并與萃取劑分離，不吸附的萃取劑氣體則由壓縮機(jī)壓縮并返回萃取器循環(huán)使用。在操作過(guò)程中，萃取釜和分離釜的溫度和壓力相等。將超臨界流體中的分離組分選擇性地除去，并定期再生吸附劑。13P124吸附法：T1=T2P1=P21—萃取槽；2—吸附劑；3—分離槽；4—泵P2T2T12023/10/16118三種超臨界萃取方法的用途等溫法與等壓法主要用于萃取相中的溶質(zhì)為需要精制的產(chǎn)物；吸附法主要適用于那些萃取質(zhì)為需除去的有害成分，而萃取槽內(nèi)留下的萃余物為提純產(chǎn)物。2023/10/16119萘在CO2中的溶解度及超臨界萃取操作曲線溫度溶解度溫度和壓力的改變對(duì)溶解能力改變很大，因此超臨界氣體的回收可以采用在一定溫度下變壓，或者在一定溫度下改變壓力。2023/10/16120

各種萃取方法所需溶劑及循環(huán)量的比較操作線操作方式萃取條件分離條件每kg萃取質(zhì)所需溶劑量點(diǎn)號(hào)壓力MPa溫度℃溶解度mol%代號(hào)壓力MPa溫度℃溶解度mol%(a)等溫、減壓E130.40555.2S19.12430.26.88(b)等溫、氣液分離L250.65V250.0456.35(c)等壓、冷卻E130.40555.2S230.40201.28.59(d)等溫、加熱E38.11300.85S38.118.110.145.832023/10/16121SFE多級(jí)操作系統(tǒng)227精餾+分離54131.萃取釜,2.減壓閥,3.分離釜,4.換熱器5.壓縮機(jī),6.分離釜,7.精餾柱22兩級(jí)SFE541632023/10/16122TTTTTTTTTT原料（液體）萃取物外回流填料塔殘?jiān)顲O2液相物料連續(xù)逆流萃取系統(tǒng)2023/10/16123裝有多孔塔盤(pán)的液相原料萃取系統(tǒng)及塔盤(pán)結(jié)構(gòu)1.電容傳感器2.

塔盤(pán)1CO2+萃取物液面位置降液柱精制產(chǎn)物液料2CO22023/10/16124超臨界萃取裝置2023/10/16125北京超流萃取技術(shù)研究所2023/10/161262023/10/16127四、在生物制藥領(lǐng)域的應(yīng)用⑴具有廣泛的適應(yīng)性：⑵萃取效率高，過(guò)程易于調(diào)節(jié)：⑶分離工藝流程簡(jiǎn)單：⑷有些分離過(guò)程可在接近室溫下完成⑸分離過(guò)程必須在高壓下進(jìn)行，設(shè)備及工藝技術(shù)要求高，投資比較大，普及應(yīng)用較為困難。2023/10/16128（一）、提取生物活性物質(zhì)植物中提取有效成分，如黃酮、色素等（二）、超臨界流體萃取除雜去除農(nóng)藥殘留等（三）、超臨界流體結(jié)晶技術(shù)快速膨脹法：快速降壓，物質(zhì)析出抗溶劑法：加入超臨界流體，降低物質(zhì)的溶解度，使之從液體中析出2