固液萃取技术

1、固液萃取技术2022/9/61第1页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二第一节 基本概念和分配定律 一、基本概念萃取、反萃取、物理萃取、化学萃取二、分配平衡、分配定律 2022/9/62第2页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二一、基本概念 1.萃取（Extraction） 萃取是依据目标物在互不相溶的两相中分配不等的原理，利用液体或超临界流体为溶剂，使混合物中目标物完全或部分分离纯化的操作。萃取是传质的过程。2022/9/63第3页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/64第4页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，

2、星期二2.反萃取（Back extraction） 当完成萃取操作后，向萃取相中加入另一种萃取剂（如不同pH的水相），将目标产物从萃取相转入到第二种萃取剂中的萃取操作称为反萃取，第二种萃取剂称为反萃取剂。反萃取操作是为了进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作。2022/9/65第5页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二对于一个完整的萃取过程，常常在萃取和反萃操作之间交替进行，并增加洗涤操作，洗涤操作的目的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂质，提高反萃液中目标产物的纯度。从雪花莲中提取加兰他敏，其中还有石蒜碱、伪石蒜碱、多花水仙碱等生物碱 2022/9/66第6页，共48页，

3、2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/67第7页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/68第8页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二3物理萃取(Physical extraction)物理萃取即溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡的萃取，萃取剂与溶质之间不发生化学反应。物理萃取广泛应用于抗生素及天然植物中有效成分的提取过程 2022/9/69第9页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二4化学萃取(Chmical extraction)化学萃取则利用萃取剂与溶质之间的化学反应生成复合分子，向萃取相分配而实现溶

4、质转移。化学萃取主要用于氨基酸、抗生素和有机酸、生物碱等生物产物的分离.外消旋体的拆分，有时为化学萃取法。2022/9/610第10页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二二、分配定律与分配平衡 1 溶质的分配定律（ Nernst ）： 在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等（以同一中分子形式存在），则其在两相中的平衡浓度之比为常数。2022/9/611第11页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二 即 K 称为分配系数C1平衡时萃取相中溶质的浓度 mol/cm3C2平衡时料液相溶质浓度mol/cm3122022

5、/9/612第12页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二由热力学理论可知，应用上式的条件是：1.必须是稀溶液 2.溶质对溶剂的互溶没有影响；3.必须是同一种分子类型，即不发生缔合或解离。分配定律是萃取操作、色谱学的理论基础和依据。2022/9/613第13页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二分配定律热力学理论解释当溶质在互不相溶的两相中达到平衡时，根据热力学理论，在恒温恒压下，溶质在两相中的化学位（）相等，即 1=2 2022/9/614第14页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二在多数情况下，体系复杂，溶质常常有解离、缔合、络合等反应，

6、浓度比较大，此时体系不完全服从分配定律。在两相中各种形式的溶质的比为分配比（D-表观分配系数）。D随浓度、温度及其它溶质的不同而变。2022/9/615第15页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二三 、萃取率萃取率：表示一种溶剂对某种溶质的萃取能力2022/9/616第16页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二萃余率：一种溶剂对某种溶质的萃取能力的另一种表示方式。用萃余相中溶质总量与原始料液中溶质总量之比表示。2022/9/617第17页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二四、分离因素也称选择性系数在同一萃取体系内，两种溶质在同样条件下分配

7、系数之比，1是实现萃取的必要条件。2022/9/618第18页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二五、萃取的分类根据萃取操作的两相相态不同分为：固液-萃取液液-萃取根据萃取剂的性质分为：溶剂萃取超临界流体萃取双水相萃取2022/9/619第19页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/620第20页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二第二节 固液萃取液固萃取通称为浸取或浸出（Leaching），是用某种溶剂把目标物质从固体原料中抽提到溶液中的过程。2022/9/621第21页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二一

8、、浸取原理一般认为浸取经历三阶段：浸润阶段溶解阶段扩散阶段2022/9/622第22页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/623第23页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二浸取的三阶段（1）浸润阶段:药材与溶剂混合时，溶剂首先附着于药材表面使之润湿，然后通过毛细管和细胞间隙进细胞组织内部。 （2）溶解阶段：溶剂进入细胞后，可溶性成分逐渐溶解，溶质转入到溶剂中。 2022/9/624第24页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二3）扩散阶段：进入细胞组织内的溶剂逐渐形成浓溶液，高于细胞外浓度，产生了浓度差，溶质不断地向外扩散，直到

9、内外浓度相等达平衡为止浸取的速率取决于该阶段。如将药材粉碎至一定粒度，将加速扩散速率。浸取得推动力是浓度差2022/9/625第25页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二二、浸出方法传统的五种形式：l煎煮法 2浸渍法 3渗漉法 4回流法 5索氏法新型三种形式：1超临界流体萃取法 2超声提取技术 3微波萃取技术 2022/9/626第26页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二浸取工艺单级浸取工艺：包括单级回流、单级循环多级浸出工艺：逆流浸出工艺2022/9/627第27页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/628第28页，共48

10、页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/629第29页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二浸取设备间歇式设备连续式设备移动床2022/9/630第30页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/631第31页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/632第32页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二2022/9/633第33页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二（一）超声提取技术（UWE、SWE）（参考有关中药提取分离的书）超声波（supersonic wave 或ul

11、trasonic wave）： 频率高于20kHz，人的听觉阈以外的声波。是中药提取新技术 近年用于中药制剂质量控制如: 1995年版中国药典：收载超声提取的中药品种117种 2000年版中国药典：收载超声提取的中药品种232种超声波提取（supersonic wave extraction SWE ） ： 利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应，通过增大溶剂（介质）分子的运动速度，增大溶剂的穿透力，提取中药中有效成分的方法。 2022/9/634第34页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二超声提取的原理1 机械效应：SW在溶剂中的传播使介质质点沿着一定方向振动，强化介质

12、的扩散、传质。 SW产生的辐射压强使物料细胞变形、蛋白变性。 SW给予溶剂、悬浮体的加速度，使得两者产生摩擦力， 使分子解聚 ，有效成分溶解。 2 空化效应： 溶剂中溶解的气泡在SW振动气泡定向扩散变大产生共振腔突然闭合，即空化效应。产生很高压力细胞壁瞬间破裂，利于成分溶出。2022/9/635第35页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二超声提取的原理3 热效应： SW在溶剂中传播是能量传递过程，声能被介质吸收转化成热能，导致介质和药材组织升温，加快成分溶解速度。 2022/9/636第36页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二超声提取（SWE）的特点 1.

13、不需加热，节省能源，热敏成分不破坏。 2. 提取效率提高，药材资源不浪费。 3. 省溶剂。 4. 物理变化，成分活性不受影响。 5. 时间短，省时，杂质少，成分含量高 2022/9/637第37页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二超声提取（SWE）的应用实例成分/药材超声提取其他方法时间 (min) 含量( %)时间(小时) 含量( %)芦丁/槐米黄连素/黄连益母草碱蒽醌/大黄多糖/金针菇皂苷/西洋参皂苷/黄山药胡萝卜素/盐藻 40 22.5 30 8.12 40 0.25 10 高于 40 高于 40 相当 40 高于23% 破碎率87% 浸泡48h 12.23 浸泡48

14、h 5.43 回流2h 0.15 煎煮3h 热水/碱溶法 索氏法4h 回流法 有利于提取2022/9/638第38页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二影响超声提取（SWE）的因素1. 时间的影响 一般10100分钟,时间,提取效果。 例外：益母草碱 40mins含量最高。2.频率对提取效果的影响 频率/kHz 总蒽醌/大黄 黄连素/黄连 黄芩苷/黄芩 20 0.95 8.12 3.49 800 0.67 7.39 3.04 1100 0.64 6.39 2.502022/9/639第39页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二影响超声提取（SWE）的因素3.

15、 温度对提取效果的影响 杜仲叶的水溶性成分的提取参数比较温度/ 频率/kHz 时间/mim 固溶物含量 % 得率% 2030 26 45 0.81 17.0 4050 26 45 1.10 18.6 5060 26 45 1.11 19.1 8090 26 45 1.02 18.3 原因： T ，水中小气泡（空化核增多），对产生空化作用有利。 T ，水泡中蒸汽压P ，使气泡闭合时缓冲了空化 作用。对水而言，最佳温度是60。2022/9/640第40页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二超声提取对有效成分性质的影响 对中药中的成分(小分子)的提取无影响，但对生物大分子如蛋白、多

16、肽、酶的提取可破坏其结构，尽而影响生物活性。2022/9/641第41页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二（二）微波技术（MW） 微波：微波（microwave .mw）是波长10.001m，频率在300MHz300GHz的电磁波 微波的特性： 似光特性：直线传播 穿透特性：微波辐射在不同的物体表面有三种不同的特性 反射性: 金属.入射角=反射 角，不发热 穿透性: 某些非金属（透明体）不发热 吸收性: 水（发热） 热特性:MW 物体内部吸收微波转化热能，对物料加热，使内外温度相等。 2022/9/642第42页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二 非热特

17、性（生物效应）：微生物内H2O在MV作用下产生极性震荡细胞膜结构破裂、 细胞分子间氢键松弛 生存环境遭到严重破坏细胞死亡， 实现了低温灭菌微波由微波发生器产生，国际公约规定下列频率用于工业、民用和科学研究： 915MHz、2450MHz、5800MHz、22125MHz、我国:2450MHz2022/9/643第43页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二微波技术提取原理微波提取（Microwave -Asisted Extraction .MAE）原理：基于微波的热特性： 介电加热：永久偶极分子在2450MHz电磁场产生高频共振， 分子超高速旋转动能导致T； 离子传导：离子在

18、MV作用下高速运动，摩擦热量。 较大介电常数的溶剂：水、乙醇、乙腈被加热； 极性小的芳香、脂肪族化合物、CO2、CCl4等对MW吸收性能差， 不被加热。2022/9/644第44页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二微波技术在中药提取中的应用 微波提取中药的的实例： 提取成分魁蒿叶挥发油提取率（%）板蓝根多糖提取率（%）麻黄生物碱 提取率（%）方法含量微波法0.75蒸馏法0.60微波法3.47回馏法0.81微波法0.49回馏法0.182022/9/645第45页，共48页，2022年，5月20日，9点56分，星期二 微波提取法与常规法提取辣椒素的比较 方法条件 与结果 室温浸渍 45温浸微波提取溶剂时间(分钟)标准加入量(mg)回收量(mg)回收率(%)95%乙醇10802.01.8592.5 丙酮1802.01.9195.565%乙醇202.01.9799.52022/9/646第46页，共48页