第八章 萃取法.ppt

1、第八章溶剂萃取法、溶剂萃取概要、萃取：含有生化物质的溶液与互不溶解的第二相接触时，生化物质倾向于在两相间分配，条件适当选择时， 应提取的生化物质选择性迁移集中在一相中的提取是化工分离液体混合物的常用单针织面料操作，在发酵和其他生物工程生产中应用也相当广泛，提取操作不仅可提取、浓缩产物，还可初步纯化产物，从而达到抗生素、有机酸、维生素、荷尔蒙激素等、提取过程、溶剂提取概要、杂质、溶质、原溶剂、萃取剂、轻相、蒸发相、溶剂提取概要、提取的基本概念、提取：溶质从材料反萃取：溶质从萃取剂向反萃取剂转移的过程。 萃取操作结束后，为了进一步纯化目标物，便于实施下一步分离操作，将目标物从有机相转移到水相的操作

2、称为反萃取物理萃取和化学萃取：物理萃取的理论基础是分配规律，化学萃取遵循相律和一般化学反应的平衡规律。 溶剂萃取概述，萃取法利用液体混合物各成分在有机溶剂中的溶解度差异实现分离。 原料液：在溶剂萃取中萃取的溶液，溶质：其中欲萃取的物质，萃取剂：用于萃取的溶剂，萃取液：接触分离后，溶质大部分被转移至萃取剂，得到的溶液，佟液：溶质被萃取的原料液。 溶剂萃取概要、萃取基本概念、实验室液体萃取过程、溶剂萃取概要、生物萃取较传统萃取特殊性、生物工程不同于化工生产，主要生物分离需要从浓度较低的水溶液中去除大部分水，而且反应液中存在多种副产品和杂质，使生物萃取具有特殊性。 成分的复杂传递速率不同，相分离性能

3、不同，产物的不稳定性，提取过程的选择性与其他逐步聚合配合使用，减少产品的水解作用，不同规模的传递周期短，适用于连续操作毒性和安全环境问题，溶剂萃取法的特点，8.1提取过程的理论基础， 液液液萃取按分配规律化学基分配规律：在一定t、p下溶质两者互不溶的K-分配系数在常温常压下为常数的前提条件(1)稀溶液(2)溶质必须为不影响溶剂互溶的(3)同一分子型，不发生缔合或解离，为分离因子()， 如果原来的原料液中除了溶质a以外还含有溶质b，则由于a、b的分配系数不同，如果萃取相中的a和b的相对a的分配系数比b大，则萃取相中的a的含量(浓度)比b多，由此a和b在某种程度上分离。 萃取剂对溶质a和b的分离能

4、力的大小可以用分离因子()表示。 分离因素表示有效成分a和杂质b的分离程度。=1 KA=KB分离效果差1 KA KB的分离效果越高KA就越大，分离效果越高。分离因子()、有机溶剂萃取的影响因子、1萃取操作的影响因子： pH、温度、盐析2有机溶剂的选择3带溶剂4乳化和脱乳化，ph:ph低，有利于酸性物质在有机相中的分配，有利于碱性物质在水相中的分配。 温度：一般使用较低的温度。 无机盐：无机盐有利于溶质向有机相转变。有机溶剂的选择根据相似相容原理，选择接近目标物极性的有机溶剂作为萃取剂，可获得较大的分配系数(由介电常数判断极性)。 有机溶剂和水不相容，与水有较大的密度差，黏性系数小，表面张力适度

5、，相分散和相分离容易，价格低廉，容易获得，回收容易，毒性低，腐食性小，不与目标物反应。 生化提取中常用的有机溶剂有丁醇、丁基、冰乙酸乙基、醋酸丁脂、冰乙酸戊基等。 对于有溶剂、水溶性强的溶质，利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子，可以使溶质转变为有机相。 抗生素萃取剂：十二烷酸、脂盐化学基或胺类等。 氨基酸萃取剂：三辛基氯化铵。 溶质与溶剂的作用：络离子对萃取、络离子交换萃取、反应萃取。 乳化、乳化：水或有机溶剂以微小的液滴分散在有机相或水相中的现象。 这样形成的分散体系称为乳浊液。 乳化问题：有机相与水相分相困难，发生卷入，收率低，纯度低。 乳化、固体粉末乳化剂：除了表面激

6、活剂以外，可以在两种液体中润湿云同步的固体粉末也可以作为乳化剂使用，按照粉末对水的润湿性比对油的润湿性强，自由能最小的原则，形成水包油O/W型乳液。 相反，形成油包水型、乳化、发酵液乳化的原因： a蛋白质的存在，对界面激活剂b固体粉末的界面的稳定作用，物理法：离心、加热、吸附、稀释化学法：电解质添加，在其他界面激活剂*转换法中加入乳化剂，条件：形成的乳液型和原来的控制条件不允许形成相反的乳液，* 顶替法加入乳化剂，从界面顶替原来的乳化剂：形成的乳液类型与原来的一致，其自身的表面活性原来的表面活性不能形成坚固的保护膜。 2 )乳浊液的破坏措施，8.2超临界流体萃取，概念：利用超临界流体的特殊性质

7、，在超临界状态下与分离的材料(液体或固体)接触，萃取目标物，然后采用降压或升温的方法分离萃取物。 超临界流体(SCF )是指临界温度、临界压力以上的流体。 在临界温度、压力以上，无论压力多高流体都不能液化，但随着压力的升高，流体的密度增加。 特点：密度接近液体萃取能力的强黏性系数传质性能好，当超临界流体萃取、流体处于超临界状态时，性质是介于液体与气体之间的单相状态，除了密度接近液体外，密度越大溶解能力越高。 黏性系数接近气体，自扩散系数约为液体的100倍。 这说明超临界流体具有接近液体的密度和类似液体的溶解能力，具有接近气体的黏性系数和扩散速度。 这意味着超临界流体具有很高的传递速度和很快达到

8、萃取平衡的能力，这是超临界流体萃取比溶液萃取分离效果高的主要原因。 容器只有CO2和固体萘两种(事先在预备实验中对萘进行定量)。 众所周知，瓦斯气体状CO2几乎不溶解固体萘。 当容器内的压力增大到1920 PSI左右(即13.3 MPa )时，可以看到萘完全溶解在流体CO2中，提示此时的流体CO2具有气体CO2中没有的性质溶解性，云同步也具有气体的流变性和扩散性。 从此时的CO2的性质来看，气体的CO2和液体的CO2两者不同，此时被称为超临界状态，是超临界流体。 在上述试验中显示，当压力降低到1625 PSI左右(即11.2 MPa )时，流体混浊，萘在超临界流体CO2中的溶解度降低，萘的微晶

9、析出。 将溶解了萘的超临界流体CO2从萃取器转移到其他容器(隔膜)中降低压力，可以用隔膜收集单纯的萘。实验证明了超临界流体的存在和卓越的溶解性。 在比限制点温度稍高的区域，压力的微小变化引起密度的大变化，压力和温度的变化引起过渡相。 利用该特性，在高密度条件下提取分离所需的成分，然后将溶剂和提取的成分稍微升温或降压进行分离，可以得到所希望的成分。 超临界流体的密度和介电常数随密闭系统压力的增加而增加，极性增大，可通过普计程仪柱升压逐步提取不同极性的成分。 在超临界状态下，使超临界流体与分离物质接触，选择性地依次萃取极性大小、沸点高度、分子量大小不同的成分。 提取过程中SFE的萃取效率是由SCF

10、的溶剂力、溶质特性、溶质沉积基质结合情况决定的。 因此，在选择提取条件时，在考虑溶质在SCF中的溶解度的同时，还需要考虑溶质从样品沉积基质的活性点脱离并向SCF扩散的能力和速度。 这是超临界流体萃取分离的基本原理。 超临界流体萃取的基本思想，以及萃取溶质的化学性质和超临界流体的化学性质越接近，溶解能力越强。 相反，溶解能力弱。 超临界流体萃取技术利用这种选择性溶解混合物中的某些成分，通过降压或升温的方法降低超临界流体的密度，降低溶解度，或成为通常的瓦斯气体状态，就会析出溶解(萃取)的物质。 可以从混合物中分离出来。 因此，如果适当选择作为萃取剂的超临界流体，就可以有选择地溶解多成分系的成分，达

11、到萃取分离的目的。 1、超临界流体的密度接近于常规液体溶剂的密度，因此具有与液体溶剂基本相同的溶解能力。 在云同步中，其黏性系数与气体相近，气体具有的传递特性，即渗透快，能够更快地取得平衡。 2 .操作控制残奥仪表主要是压力和温度，两者比较容易控制。 通过精密控制超临界流体的密度变化，也可以得到精馏等各种溶质分离的操作过程。 3、超临界流体萃取过程有萃取和精馏的对偶式，并且有分离不易分离的物质的可能性。 4 .将超临界流体作为流动相用于色层分析，可以分析低挥发度的化合物。 超临界流体萃取的主要缺点是设备和操作要求在高压下进行，设备投资费用高。 超临界流体萃取的特点，超临界二氧化碳萃取，常用萃取

12、剂极性萃取剂：乙醇、甲醇、水(难)非极性萃取剂：二氧化碳(易) CO2临界温度31.4，操作温度接近常温，不影响热敏性物质及风味物质其临界压力可较容易达到7.29MPa。 其化学性质稳定、不可燃、不爆炸、无腐食性无色、无臭。 无毒，具有防止氧化，抑制微生物活动的作用，有利于食品分离的C02，比较容易获得纯产品，来源方便，价格便宜。 因此，超临界二氧化碳是最常用的超临界流体。 在超临界状态下，CO2对不同溶质的溶解能力差异很大，这与溶质的极性、沸点和分子量密切相关，一般有以下规律： (1)亲油性、低沸点成分为低压萃取(104kPa )，如挥发油、烃、酯类化合物等。 (2)化合物的极性集团越多，化

13、合物的分子量越高，越难以提取。 适当添加辅助溶剂可以提高萃取率。 超临界二氧化碳萃取工艺具有1、低温萃取和分离、破坏生物活性物质，特别是热敏性物质的优点。 2 .在密封的高压系统中进行，所有细菌被杀死，产品直接从分离器带排出包装容器，容易受到GMP身份验证。 3 .原料中的重金属、无机物、灰尘等溶解在CO2中不能带出。 4 .无有机溶剂残留，不需要复杂的脱离过程。以上优点超过了产品品质的任何技术，对于天然材料的提取，其产品被称为真正100%纯天然的绿色产品。 超临界二氧化碳萃取工艺的缺点是1、高压系统设备价格高，初期投资大。 2 .设备大多不标准设备，制造周期长。 3 .更换产品时，容器和配管

14、很难清洗，但从修改设置时就可以考虑解决。 4 .超临界CO2适用于提取脂溶性、非极性物质，不适用于提取水溶性、极性物质，但加入极性助剂也可提取极性物质。 5 .目前国内生产水平不能制造太大的压力容器，生产规模受到限制，无法实现规模效益，只能适用于加工高附加值高的产品。 超临界流体的应用，超临界流体(supercritical fluid，SCF )对脂肪酸、植物盐化学基、醚类、酮类、甘油脂等有特殊的溶解作用，可用于这类物质的提取分离。 咖啡因提取天然植物油：胚芽油、玉米油、-亚麻油酸天然香料：杏仁油、柠檬油烟碱、咖啡因超临界流体萃取工艺、大型超临界流体萃取设备、一、反胶束萃取法概要(Rever

15、sed Micelles Extraction )反胶束提取技术(。 8.3反胶束提取、材料液、有机相、传统有机溶剂提取技术在抗生素等物质的生产中应用广泛，显示出优异的分离性能和作用，但在蛋白质的提取和分离中难以应用。 主要有： 1、蛋白质不稳定性，而且大部分蛋白质不溶于有机溶剂，有机溶剂是蛋白质的改性剂；2、由于蛋白质分子表面有电荷，很难提取普通的萃取剂。 因此，开发研究工业化简单高效的生化物提取分离方法是相当迫切的问题。 反胶束萃取法是在这一背景下发展起来的一种新的分离技术。 反胶束萃取法的优点是成本低，溶剂可以重复使用。 提取率和反萃取率都很高。 可以稳定蛋白质。 从整个细胞球中可以直接

16、提取蛋白质和酶催化剂。 1 .反胶束溶液形成的条件和特征是利用界面激活剂在有机溶剂中自发地形成纳米级的反胶束相，提取水溶液中的大分子蛋白质。 界面激活剂分为由亲水疏油的极性化学基和亲油疏水的非极性化学基两部分组成的两性分子阴络离子界面激活剂、阳络离子界面激活剂、非络离子表面活性剂三种，它们都可以用在逆胶束的形成上。 一般的界面激活剂及相应的有机溶剂有： AOT环已烷、苯、四氯化碳CTAB己醇/异辛醇、己醇/辛烷、四氯化碳/辛烷TOMAC氢化双酚- triton-x -己醇/环已烷卵磷脂苯、庚烷等， 反胶束提取蛋白研究中使用最多的是阴络离子界面激活剂AOT (琥珀酸2 -乙基己酯类化合物磺酸纳金

17、属钍)的界面激活剂，具有双链结构，极性化学基小，形成反胶束时不需要添加表面活性剂，形成的反胶束大，大分子蛋白的进入临界胶束浓度(CMC )临界胶束浓度：胶束形成时所必需的界面激活剂的最低浓度。 用CMC表示。 这是体系的特性，与界面激活剂的化学结构、溶剂、温度、压力有关。 CMC的数值可以通过测量诸如表面能力渗透压等各种物理性质的突然变异来确定。 3、胶束与反胶束的形成正胶束：将界面激活剂溶解于水中，当其浓度超过临界胶束浓度(CMC )时，界面激活剂聚集在水溶液中形成凝聚体，通常，该凝聚体是水溶液中的胶束，成为正常胶束。 胶束中，界面激活剂的排列方向除极性化学基外，与水接触，包括非极性化学基，形成一个非极性的核心，可在该核心溶解非极性物质。反胶束：将界面激活剂溶解于非极性有机溶剂，当其浓度超过临界胶束浓度(CMC )时，在有机溶剂中形成凝聚体，该界面激活剂的凝聚体称为反胶束。 在反胶束中，界面激活剂的