固液萃取技术

固液萃取技术2023/3/141第一页，共四十八页，2022年，8月28日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

2023/3/142第二页，共四十八页，2022年，8月28日一、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。2023/3/143第三页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/144第四页，共四十八页，2022年，8月28日2.反萃取（Backextraction）

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。2023/3/145第五页，共四十八页，2022年，8月28日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2023/3/146第六页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/147第七页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/148第八页，共四十八页，2022年，8月28日3．物理萃取(Physicalextraction)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

2023/3/149第九页，共四十八页，2022年，8月28日4．化学萃取(Chmicalextraction)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。2023/3/1410第十页，共四十八页，2022年，8月28日二、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。2023/3/1411第十一页，共四十八页，2022年，8月28日

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/cm3122023/3/1412第十二页，共四十八页，2022年，8月28日由热力学理论可知，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。2023/3/1413第十三页，共四十八页，2022年，8月28日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（μ）相等，即μ1=μ2

2023/3/1414第十四页，共四十八页，2022年，8月28日在多数情况下，体系复杂，溶质常常有解离、缔合、络合等反应，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。2023/3/1415第十五页，共四十八页，2022年，8月28日三、萃取率萃取率：表示一种溶剂对某种溶质的萃取能力2023/3/1416第十六页，共四十八页，2022年，8月28日萃余率：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。2023/3/1417第十七页，共四十八页，2022年，8月28日四、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系数之比，β≠1是实现萃取的必要条件。2023/3/1418第十八页，共四十八页，2022年，8月28日五、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2023/3/1419第十九页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/1420第二十页，共四十八页，2022年，8月28日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。2023/3/1421第二十一页，共四十八页，2022年，8月28日一、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2023/3/1422第二十二页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/1423第二十三页，共四十八页，2022年，8月28日浸取的三阶段（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。2023/3/1424第二十四页，共四十八页，2022年，8月28日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2023/3/1425第二十五页，共四十八页，2022年，8月28日二、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2023/3/1426第二十六页，共四十八页，2022年，8月28日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2023/3/1427第二十七页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/1428第二十八页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/1429第二十九页，共四十八页，2022年，8月28日浸取设备间歇式设备连续式设备—移动床2023/3/1430第三十页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/1431第三十一页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/1432第三十二页，共四十八页，2022年，8月28日2023/3/1433第三十三页，共四十八页，2022年，8月28日（一）超声提取技术（UWE、SWE）

（参考有关中药提取分离的书）超声波（supersonicwave或ultrasonicwave）：

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（supersonicwaveextractionSWE）：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。2023/3/1434第三十四页，共四十八页，2022年，8月28日超声提取的原理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。2023/3/1435第三十五页，共四十八页，2022年，8月28日超声提取的原理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。2023/3/1436第三十六页，共四十八页，2022年，8月28日超声提取（SWE）的特点1.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

2023/3/1437第三十七页，共四十八页，2022年，8月28日超声提取（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

4022.5308.12

400.2510高于40高于40相当40高于23%破碎率87%浸泡48h12.23浸泡48h5.43回流2h0.15煎煮3h热水/碱溶法索氏法4h回流法有利于提取2023/3/1438第三十八页，共四十八页，2022年，8月28日影响超声提取（SWE）的因素1.时间的影响一般10~100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

200.958.123.498000.677.393.0411000.646.392.502023/3/1439第三十九页，共四十八页，2022年，8月28日影响超声提取（SWE）的因素3.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%

20~3026450.8117.040~5026451.1018.650~6026451.1119.180~9026451.0218.3

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℃。2023/3/1440第四十页，共四十八页，2022年，8月28日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、多肽、酶的提取可破坏其结构，尽而影响生物活性。2023/3/1441第四十一页，共四十八页，2022年，8月28日（二）微波技术（MW）

微波：微波（microwave.mw）是波长1~0.001m，频率在300MHz—300GHz的电磁波

微波的特性：①似光特性：直线传播②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）③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。2023/3/1442第四十二页，共四十八页，2022年，8月28日

④非热特性（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:2450MHz2023/3/1443第四十三页，共四十八页，2022年，8月28日微波技术提取原理微波提取（Microwave-AsistedExtraction.MAE）原理：基于微波的热特性：

①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↑；

②离子传导：离子在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。

2023/3/1444第四十四页，共四十八页，2022年，8月28日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