講義萃取分離技術(shù)3.1生物分離中的液液萃取生物分離工程

講義萃取分離技術(shù)3.1生物分離中的液液萃取生物分離工程匯報(bào)人：AA2024-01-24目錄CATALOGUE緒論液液萃取基本原理液液萃取操作方式及設(shè)備生物分離中的液液萃取技術(shù)液液萃取在生物分離工程中的應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與操作規(guī)范緒論CATALOGUE01

生物分離工程概述生物分離工程的定義生物分離工程是生物工程下游技術(shù)的重要組成部分，主要研究從生物材料中提取、分離和純化目標(biāo)產(chǎn)物的原理、方法和技術(shù)。生物分離工程的任務(wù)從復(fù)雜的生物體系中，將目標(biāo)產(chǎn)物以較高的純度、收率和特定的形式分離出來(lái)，以滿足后續(xù)加工或應(yīng)用的需求。生物分離工程的特點(diǎn)處理對(duì)象復(fù)雜、分離過(guò)程多樣、技術(shù)集成度高。03液液萃取在生物分離中的應(yīng)用實(shí)例如從發(fā)酵液中提取抗生素、從植物中提取有效成分等。01液液萃取的原理利用兩種不混溶的液體（萃取劑和原溶液）中目標(biāo)組分在兩相間分配平衡的差異，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)組分的分離和純化。02液液萃取的類型根據(jù)萃取劑和原溶液的性質(zhì)，可分為酸性萃取、堿性萃取、中性萃取等。液液萃取在生物分離中的應(yīng)用目的通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握液液萃取的基本原理、方法和技術(shù)，了解其在生物分離工程中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和解決問(wèn)題的能力。要求學(xué)生應(yīng)掌握液液萃取的基本概念和原理，熟悉常見(jiàn)的液液萃取方法和操作技術(shù)，了解液液萃取在生物分離工程中的應(yīng)用實(shí)例和發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，學(xué)生應(yīng)具備獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題。本課程的目的與要求液液萃取基本原理CATALOGUE02溶解度表示溶質(zhì)在溶劑中的溶解能力，受溫度、壓力等因素影響。分配定律描述溶質(zhì)在兩種不互溶溶劑中的分配情況，是液液萃取的基礎(chǔ)。分配系數(shù)表示溶質(zhì)在兩種溶劑中的分配比例，是萃取效果的重要參數(shù)。溶解度與分配定律萃取劑的選擇根據(jù)溶質(zhì)的性質(zhì)、溶劑的溶解度和選擇性等因素進(jìn)行選擇。萃取劑的性質(zhì)應(yīng)具有良好的溶解性、選擇性、穩(wěn)定性和易于回收等特點(diǎn)。常見(jiàn)萃取劑有機(jī)溶劑（如醇、醚、酮等）、無(wú)機(jī)酸（如硫酸、鹽酸等）和離子液體等。萃取劑的選擇與性質(zhì)在萃取過(guò)程中，溶質(zhì)在兩相間達(dá)到分配平衡，形成相界面。相平衡的建立相平衡的影響因素相平衡的移動(dòng)包括溫度、壓力、溶劑組成和溶質(zhì)性質(zhì)等。通過(guò)改變條件（如溫度、壓力或溶劑組成）來(lái)移動(dòng)相平衡，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的分離和純化。030201萃取過(guò)程中的相平衡液液萃取操作方式及設(shè)備CATALOGUE03將原料液與萃取劑一次性混合，待充分接觸后靜置分層，分離出萃取相和萃余相。常用的設(shè)備有混合-澄清器、離心萃取器等。其中，混合-澄清器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于小規(guī)模生產(chǎn)；離心萃取器則適用于大規(guī)模連續(xù)化生產(chǎn)。單級(jí)萃取操作及設(shè)備設(shè)備操作方式操作方式將原料液與萃取劑分成多級(jí)進(jìn)行接觸，各級(jí)之間互不干擾，實(shí)現(xiàn)多級(jí)錯(cuò)流萃取。設(shè)備多級(jí)錯(cuò)流萃取設(shè)備通常由多個(gè)串聯(lián)的混合-澄清器或離心萃取器組成，各級(jí)之間通過(guò)管道連接。多級(jí)錯(cuò)流萃取操作及設(shè)備原料液與萃取劑在連續(xù)逆流萃取設(shè)備中逆向流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)高效的萃取分離。操作方式連續(xù)逆流萃取設(shè)備主要有轉(zhuǎn)盤塔、填料塔和脈沖塔等。其中，轉(zhuǎn)盤塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作和維護(hù)；填料塔則具有更高的傳質(zhì)效率和處理能力；脈沖塔則適用于處理高粘度、易乳化的物料體系。設(shè)備連續(xù)逆流萃取操作及設(shè)備生物分離中的液液萃取技術(shù)CATALOGUE04通過(guò)過(guò)濾、離心等方法去除發(fā)酵液中的固體雜質(zhì)，如細(xì)胞碎片、培養(yǎng)基殘?jiān)取Ｈコs質(zhì)根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的性質(zhì)，通過(guò)添加酸堿調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH值，以利于后續(xù)的液液萃取。調(diào)節(jié)pH值采用離心、過(guò)濾等固液分離技術(shù)，將發(fā)酵液中的固體與液體分開(kāi)，得到澄清的液體。固液分離發(fā)酵液的預(yù)處理與固液分離濃縮處理通過(guò)蒸發(fā)、膜分離等方法將發(fā)酵液中的水分去除，提高目標(biāo)產(chǎn)物的濃度。澄清處理采用吸附、沉淀等方法去除發(fā)酵液中的色素、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，提高液體的澄清度。去除金屬離子通過(guò)離子交換、螯合等方法去除發(fā)酵液中的金屬離子，避免對(duì)后續(xù)液液萃取的影響。發(fā)酵液的濃縮與澄清處理液液萃取操作將發(fā)酵液與萃取劑充分混合，使目標(biāo)產(chǎn)物在兩相之間進(jìn)行分配。然后通過(guò)靜置分層或離心分離等方法將兩相分開(kāi)。萃取劑的回收與再利用對(duì)含有目標(biāo)產(chǎn)物的有機(jī)相進(jìn)行回收處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)萃取劑的再生和循環(huán)使用，降低生產(chǎn)成本。選擇萃取劑根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的性質(zhì)選擇合適的萃取劑，使目標(biāo)產(chǎn)物從水相轉(zhuǎn)移到有機(jī)相中。目標(biāo)產(chǎn)物的液液萃取分離液液萃取在生物分離工程中的應(yīng)用實(shí)例CATALOGUE05氨基酸的理化性質(zhì)根據(jù)氨基酸的性質(zhì)，可以選擇合適的有機(jī)溶劑和水相組成萃取體系，如乙酸乙酯-水、氯仿-水等。萃取體系的選擇萃取條件的優(yōu)化通過(guò)調(diào)節(jié)pH值、溫度、相比等因素，可以實(shí)現(xiàn)氨基酸的高效萃取分離。氨基酸具有兩性性質(zhì)，既含有酸性羧基又含有堿性氨基，因此具有不同的解離常數(shù)和分配系數(shù)。氨基酸的液液萃取分離123有機(jī)酸大多具有羧基，呈弱酸性，不同的有機(jī)酸具有不同的解離常數(shù)和分配系數(shù)。有機(jī)酸的理化性質(zhì)根據(jù)有機(jī)酸的性質(zhì)，可以選擇合適的有機(jī)溶劑和水相組成萃取體系，如乙酸乙酯-水、二氯甲烷-水等。萃取體系的選擇通過(guò)調(diào)節(jié)pH值、溫度、相比等因素，可以實(shí)現(xiàn)有機(jī)酸的高效萃取分離。萃取條件的優(yōu)化有機(jī)酸的液液萃取分離抗生素的理化性質(zhì)抗生素種類繁多，具有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，如青霉素類抗生素含有β-內(nèi)酰胺環(huán)，四環(huán)素類抗生素含有多個(gè)羥基和酮基等。萃取體系的選擇根據(jù)抗生素的性質(zhì)，可以選擇合適的有機(jī)溶劑和水相組成萃取體系，如乙酸乙酯-水、氯仿-水等。對(duì)于某些極性較大的抗生素，可以采用離子對(duì)萃取法，選擇合適的離子對(duì)試劑提高萃取效率。萃取條件的優(yōu)化通過(guò)調(diào)節(jié)pH值、溫度、相比等因素，可以實(shí)現(xiàn)抗生素的高效萃取分離。同時(shí)，針對(duì)某些穩(wěn)定性較差的抗生素，可以在萃取過(guò)程中加入穩(wěn)定劑以提高其穩(wěn)定性。抗生素的液液萃取分離實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)與操作規(guī)范CATALOGUE06進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前必須熟悉安全出口、滅火器材的位置和使用方法，了解實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)定。實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需穿戴實(shí)驗(yàn)服、護(hù)目鏡、手套等個(gè)人防護(hù)用品，避免直接接觸有毒有害物質(zhì)。個(gè)人防護(hù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢液應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行分類收集和處理，禁止直接倒入下水道。廢液處理實(shí)驗(yàn)安全與防護(hù)措施旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀用于將萃取后的有機(jī)相進(jìn)行濃縮，使用前應(yīng)檢查儀器是否密封良好，使用時(shí)注意控制加熱溫度和時(shí)間。其他輔助設(shè)備如磁力攪拌器、pH計(jì)等，使用前應(yīng)熟悉操作說(shuō)明，確保正確使用。分液漏斗用于液液萃取操作，使用前需檢查是否干凈、無(wú)破損，使用時(shí)要注意放氣，避免漏液。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備及使用方法準(zhǔn)備好所需的試劑、儀器和設(shè)備，確保實(shí)驗(yàn)用品齊全