制药分离工程课件.ppt

制药分离工程要点制药分离工程要点题型：题型：填空（填空（5050分分/50/50空）空）讨论（讨论（3030分分/5/5道）道）计算（计算（1010分）分）设计题或判断题（设计题或判断题（1010分）分）第一页，编辑于星期六：十七点 三十分。第一章第一章 绪论绪论1.1.制药工业制药工业制药工业包括制药工业包括生物制药、化学合成制药和中药制药生物制药、化学合成制药和中药制药。人类防病治病的三大药源：生物药物、化学药物与中药。人类防病治病的三大药源：生物药物、化学药物与中药。生物药物：是利用生物药物：是利用生物体生物体、生物组织或其成分，综合应用、生物组织或其成分，综合应用生生物学物学、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学等原理与、生物化学、微生物学、免疫学、物理化学和药学等原理与方法进行方法进行加工加工、制造而成的一大类预防、诊断、治疗、制造而成的一大类预防、诊断、治疗制品制品，广义的生，广义的生物药物包括从动物、植物、微生物等生物体中制取的各种物药物包括从动物、植物、微生物等生物体中制取的各种天然生物活性物天然生物活性物质质及其人工合成或半合成的及其人工合成或半合成的天然物质类似物天然物质类似物。如纯化胰岛素、甲状腺素、。如纯化胰岛素、甲状腺素、肾上腺皮质激素、脑垂体激素、尿激酶、溶菌酶、天冬酰胺酶等，目前肾上腺皮质激素、脑垂体激素、尿激酶、溶菌酶、天冬酰胺酶等，目前应用现代生物制药技术如酶工程技术、细胞工程技术、基因工程技术生应用现代生物制药技术如酶工程技术、细胞工程技术、基因工程技术生产抗生素、氨基酸和植物次生代谢产物也获得很大发展。产抗生素、氨基酸和植物次生代谢产物也获得很大发展。第二页，编辑于星期六：十七点 三十分。-化学合成药物：一般由化学结构比较简单的化工原料经过化学合成药物：一般由化学结构比较简单的化工原料经过一系列化学合成和物理处理过程（称一系列化学合成和物理处理过程（称全合成全合成），或由已知具有一定基本结），或由已知具有一定基本结构的天然产物经对化学结构进行改造和物理处理过程制得（称构的天然产物经对化学结构进行改造和物理处理过程制得（称半合成半合成）。如磺）。如磺胺、扑热息痛、诺氟沙星等。胺、扑热息痛、诺氟沙星等。-中药：指中国传统医药。常以天然中药：指中国传统医药。常以天然植物药、动物药和矿物植物药、动物药和矿物药为药为主。随着人们对化学药物的毒副作用的认识和了解，主。随着人们对化学药物的毒副作用的认识和了解，“回归自然回归自然”使人们更使人们更倾向于采用天然植物药物，从而为中医药发挥其特长提供了前所未有的机遇。倾向于采用天然植物药物，从而为中医药发挥其特长提供了前所未有的机遇。然而，由于中药原料的地域性、组成的复杂性、复方配伍的多样性等，再加然而，由于中药原料的地域性、组成的复杂性、复方配伍的多样性等，再加之生产工艺落后，缺乏科学的、严格的工艺操作参数及系统的量化指标，致之生产工艺落后，缺乏科学的、严格的工艺操作参数及系统的量化指标，致使中药产品质量不稳定，产品仍多是传统的丸、散、膏、丹类剂型，很难满使中药产品质量不稳定，产品仍多是传统的丸、散、膏、丹类剂型，很难满足国际市场的需求。目前中药在西方草药市场上仅能以食品名义进人，还不足国际市场的需求。目前中药在西方草药市场上仅能以食品名义进人，还不能以治疗药物为国际社会所接受。能以治疗药物为国际社会所接受。第三页，编辑于星期六：十七点 三十分。2.2.制药过程中的分离技术制药过程中的分离技术-制药过程包括制药过程包括原料药的生产和制剂的生产原料药的生产和制剂的生产两个阶段。两个阶段。-原料药属于制药工业的中间产品，药物制剂是制药工业的终端产品。原料药属于制药工业的中间产品，药物制剂是制药工业的终端产品。制药工程主要研究原料药的生产过程制药工程主要研究原料药的生产过程，制剂工程主要研究制剂的生产过程。，制剂工程主要研究制剂的生产过程。原料药的生产一般包括两个阶段。原料药的生产一般包括两个阶段。第一阶段是生产的第一阶段是生产的上游过程，该阶段以制药工艺学为理论基础上游过程，该阶段以制药工艺学为理论基础，针对所，针对所需合成成分的分子结构、光学构象等要求，制定合理的化学合成或生化合成需合成成分的分子结构、光学构象等要求，制定合理的化学合成或生化合成工艺路线工艺路线和确定出适当的和确定出适当的反应条件反应条件，设计或选用适当的，设计或选用适当的反应器反应器，完成合成反，完成合成反应操作以获得含药物成分产物。应操作以获得含药物成分产物。第四页，编辑于星期六：十七点 三十分。第二阶段常称为生产的第二阶段常称为生产的下游加工过程下游加工过程。该过程主要是采用适当的分离。该过程主要是采用适当的分离技术，将药物成分进行分离纯化，技术，将药物成分进行分离纯化，以传质分离工程学为理论基以传质分离工程学为理论基础，根据础，根据药物成分与杂质在药物成分与杂质在物理和化学性质方面的差异物理和化学性质方面的差异，如溶解度、带电离子、化，如溶解度、带电离子、化学亲和力等的差别，选择合适的学亲和力等的差别，选择合适的分离方法分离方法，制定合理的工艺流程和操作条件，制定合理的工艺流程和操作条件，设计或选择适当的设备，完成分离纯化，使其成为设计或选择适当的设备，完成分离纯化，使其成为高纯度的、符合药品标高纯度的、符合药品标准的原料药准的原料药。下游加工过程也即目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等过程。下游加工过程也即目标产物的提取、浓缩、纯化及成品化等过程。是生物技术转化为生产力不可缺少的重要环节。正因为其重要性，人们是生物技术转化为生产力不可缺少的重要环节。正因为其重要性，人们将生物技术比喻为一条河流，把将生物技术比喻为一条河流，把制药分离工程称为下游加工过程制药分离工程称为下游加工过程。第五页，编辑于星期六：十七点 三十分。3.3.下游加工技术的发展下游加工技术的发展 最早的生物技术可追溯到古老的酿造业，包括酿酒、制造酱油、醋、酸奶、干酪等，最早的生物技术可追溯到古老的酿造业，包括酿酒、制造酱油、醋、酸奶、干酪等，从从1919世纪世纪6060年代起，人们搞清了微生物是引起发酵的原因，开发了纯种培养技术，并年代起，人们搞清了微生物是引起发酵的原因，开发了纯种培养技术，并逐步开发了发酵法生产酒精、丙酮等产品的生产技术，生产以经验为主，称为手工业逐步开发了发酵法生产酒精、丙酮等产品的生产技术，生产以经验为主，称为手工业式的第一代生物技术；式的第一代生物技术；第二代生物技术产品出现在第二代生物技术产品出现在2020世纪世纪4040年代，随着青霉素、链霉素等抗生素工业生产的扩年代，随着青霉素、链霉素等抗生素工业生产的扩大、化工单元操作的引进，酿造业逐渐扩展成为发酵产业。产品类型开始增多，不但有初级大、化工单元操作的引进，酿造业逐渐扩展成为发酵产业。产品类型开始增多，不但有初级代谢产物，还出现了次级代谢产物，产品的多样性对分离纯化提出了更高的要求，出现了离代谢产物，还出现了次级代谢产物，产品的多样性对分离纯化提出了更高的要求，出现了离子交换色谱及电泳技术；子交换色谱及电泳技术；20 20世纪世纪7070年代中期以来，随着重组年代中期以来，随着重组DNADNA技术即基因工程技术和细胞融合技术技术即基因工程技术和细胞融合技术等现代生物技术的飞速发展，推动了第三代生物技术的发展，使天然存在的极微等现代生物技术的飞速发展，推动了第三代生物技术的发展，使天然存在的极微量的生物物质得以通过大量细胞培养进行商业规模生产，也使生物产物从原料到量的生物物质得以通过大量细胞培养进行商业规模生产，也使生物产物从原料到产品的发展，由低成本、高收率地纯化目标产物成为现实。产品的发展，由低成本、高收率地纯化目标产物成为现实。第六页，编辑于星期六：十七点 三十分。4.4.下游加工过程下游加工过程的一般步骤的一般步骤 生物技术下游加工过程有一个基本框架，具有生物技术下游加工过程有一个基本框架，具有四个基本的分离阶段四个基本的分离阶段：（1)1)发酵液的预处理与固液分离发酵液的预处理与固液分离：主要任务是去除发酵液中的固相物质，为：主要任务是去除发酵液中的固相物质，为后继过程提供澄清或洁净的原料液体。后继过程提供澄清或洁净的原料液体。过滤和离心过滤和离心分离是这方面的主要单元操分离是这方面的主要单元操作。作。（2)2)初步纯化初步纯化（或称产物的提取）：主要任务是提高产品的浓度和质（或称产物的提取）：主要任务是提高产品的浓度和质量，量，蒸发、沉淀、萃取和吸附蒸发、沉淀、萃取和吸附是该阶段的典型操作。是该阶段的典型操作。（3 3）高度纯化）高度纯化（或称产物的精制）（或称产物的精制）:去除与产品有类似化学性质和物理去除与产品有类似化学性质和物理性质的杂质，大大提高产品的纯度。性质的杂质，大大提高产品的纯度。层析、超滤、电泳与沉淀层析、超滤、电泳与沉淀是该阶段的是该阶段的有效方法。有效方法。（4 4）成品加工）成品加工（产品的精制）：常采用（产品的精制）：常采用结晶和干燥结晶和干燥。第七页，编辑于星期六：十七点 三十分。5.5.下游加工的特点下游加工的特点（1 1）生物产品的）生物产品的稳定性差稳定性差。在高温、。在高温、pHpH、金属离子等环境下会变性，为满足其、金属离子等环境下会变性，为满足其生物活性的要求，就增加了分离的难度。生物活性的要求，就增加了分离的难度。（2 2）培养液是）培养液是多组份的混合物。原料液多组份的混合物。原料液中常存在与目标分子形成难分离的混中常存在与目标分子形成难分离的混合物，因此要求利用特殊高效分离技术纯化产品。合物，因此要求利用特殊高效分离技术纯化产品。（3 3）对最终产品的）对最终产品的质量要求很高质量要求很高。很多情况下，特别是医药产品和作为生。很多情况下，特别是医药产品和作为生物试剂用的产品，与人类生命息息相关，因此对其纯度的要求很高。物试剂用的产品，与人类生命息息相关，因此对其纯度的要求很高。（4 4）原料液中）原料液中目标产物的浓度一般都很低目标产物的浓度一般都很低，提取时所耗费的能量就越，提取时所耗费的能量就越多多，费用也就越高，产品的价格也越高。费用也就越高，产品的价格也越高。第八页，编辑于星期六：十七点 三十分。考题考题1 1：下游加工过程的四大步骤？：下游加工过程的四大步骤？（1 1）发酵液的）发酵液的预处理预处理与固液分离与固液分离（2 2）初步纯化初步纯化（3 3）高度纯化高度纯化（4 4）成品加工成品加工考题考题2 2：下游加工（原料药）的特点？：下游加工（原料药）的特点？（1 1）生物产品的）生物产品的稳定性差稳定性差。（2 2）培养液是）培养液是多组份的混合物多组份的混合物。（3 3）对最终产品的）对最终产品的质量要求很高质量要求很高。（4 4）原料液中目标产物的）原料液中目标产物的浓度一般都很低浓度一般都很低。第九页，编辑于星期六：十七点 三十分。第二章第二章 固液萃取（浸取）固液萃取（浸取）原理：原理：相似相溶相似相溶目的：选择适宜溶剂和方法，充分浸出原料中有效成分。目的：选择适宜溶剂和方法，充分浸出原料中有效成分。浸取剂选择：浸取剂选择：对溶质溶解度大（用量少）对溶质溶解度大（用量少）与溶质的沸点差异大（易回收）与溶质的沸点差异大（易回收）溶质在溶剂中易扩散（粘度小）溶质在溶剂中易扩散（粘度小）价廉易得，无毒，腐蚀性小（安全）价廉易得，无毒，腐蚀性小（安全）常用常用浸取剂：水、乙醇、丙酮、氯仿、乙醚、脂肪油浸取剂：水、乙醇、丙酮、氯仿、乙醚、脂肪油 辅助剂：酸、碱、表面活性剂、甘油辅助剂：酸、碱、表面活性剂、甘油浸取方法：浸渍、煎煮、渗漉浸取方法：浸渍、煎煮、渗漉第十页，编辑于星期六：十七点 三十分。浸取强化方法：浸取强化方法：超声提取超声提取 微波辅助微波辅助超声提取（超声提取（20kHz以上）以上）原理：原理：机械、空化、热效应，增大介质分子的运动速度和穿透力机械、空化、热效应，增大介质分子的运动速度和穿透力。机械效应机械效应辐射压强，分子解聚辐射压强，分子解聚空化效应空化效应瞬间高压，破碎细胞瞬间高压，破碎细胞热热 效应效应升温，促溶升温，促溶优点：不需加热、物理过程、溶剂少、效果好优点：不需加热、物理过程、溶剂少、效果好缺点：噪声缺点：噪声第十一页，编辑于星期六：十七点 三十分。微波辅助（常用微波辅助（常用2450MHz2450MHz）特点：特点：仅作用于极性分子仅作用于极性分子（含水才可用）（含水才可用）原理：原理：吸收微波吸收微波细胞内温度升高细胞内温度升高胞内压过大胞内压过大细胞破细胞破碎碎有效成分流出（热效应）有效成分流出（热效应）优点：无温差、迅速、热效率高优点：无温差、迅速、热效率高局限：热稳定物质、吸水性好才可用，选择性差（都溶出）局限：热稳定物质、吸水性好才可用，选择性差（都溶出）要求：要求：被提物适当粉碎、适当溶剂、浓度差、适当搅拌被提物适当粉碎、适当溶剂、浓度差、适当搅拌（本章无考题）（本章无考题）第十二页，编辑于星期六：十七点 三十分。第三章第三章 液液萃取液液萃取原理：原理：溶质在不相溶两相间分配系数不同溶质在不相溶两相间分配系数不同，使溶质向某一相浓缩。，使溶质向某一相浓缩。分类：有机溶剂、超临界、反胶团、双水相等。分类：有机溶剂、超临界、反胶团、双水相等。物理萃取和化学萃取：物理萃取和化学萃取：物理萃取：溶质根据物理萃取：溶质根据相似相溶的原理在两相间达到分配平衡相似相溶的原理在两相间达到分配平衡，萃取剂，萃取剂与溶质间不发生化学反应。与溶质间不发生化学反应。化学萃取：利用化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合复合分子实现溶质向有机相的分配。分子实现溶质向有机相的分配。稀释剂：化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和苯等有机溶稀释剂：化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和苯等有机溶剂剂溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。，此时的有机溶剂称为稀释剂。第十三页，编辑于星期六：十七点 三十分。1 1、有机溶剂萃取、有机溶剂萃取 分配定律分配定律：在恒：在恒T T、P P条件下，溶质在互不相溶的两相中达到条件下，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分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等,则其在两相中的则其在两相中的平衡浓度之比为常数，这个常数称为分配常数平衡浓度之比为常数，这个常数称为分配常数。（同种分子同种分子）A=C2/C1=A=C2/C1=萃取相萃取相/萃余相萃余相多数情况下，溶质在各相中并非以同一种分子形态存在，特别是化学萃取中，这多数情况下，溶质在各相中并非以同一种分子形态存在，特别是化学萃取中，这时时分配系数常用溶质在两相中的总浓度之比分配系数常用溶质在两相中的总浓度之比来表示。来表示。m=C2,t/C1,t m=C2,t/C1,t 反萃取反萃取定义：定义：当完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，当完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步分离操作的实施，而调节水相条件，将而调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相目标产物从有机相转入水相的萃取操作即为反萃取。的萃取操作即为反萃取。第十四页，编辑于星期六：十七点 三十分。弱电解质的分配平衡弱电解质的分配平衡 萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡水相中达到解离平衡，另，另一方面未解离的游离电解质在一方面未解离的游离电解质在两相中达到分配平衡两相中达到分配平衡。弱酸的分配系数为：弱酸的分配系数为：弱碱的分配系数为：弱碱的分配系数为：第十五页，编辑于星期六：十七点 三十分。结论结论：对于弱酸性溶质，对于弱酸性溶质，PHPH减小，减小，mama增加；酸性条件下萃取效果好。增加；酸性条件下萃取效果好。对于弱碱性溶质，对于弱碱性溶质，PHPH减小，减小，mbmb减小；碱性条件下萃取效果好。减小；碱性条件下萃取效果好。应用：应用：青霉素萃取：青霉素是较强的青霉素萃取：青霉素是较强的有机酸有机酸，pH pH 值对其分配系数有很大影响。值对其分配系数有很大影响。在在较低较低pH pH 下有利于青霉素在有机相中的分配下有利于青霉素在有机相中的分配，当，当pH pH 大于大于6.06.0时，青霉素时，青霉素几乎完全分配与水相中。几乎完全分配与水相中。红霉素萃取红霉素萃取 ：红霉素是：红霉素是碱性电解质碱性电解质，在乙酸戊酯和，在乙酸戊酯和pH 9.8pH 9.8的水相之间的水相之间分配系数为分配系数为44.744.7，而水相，而水相pH pH 降至降至5.55.5时，分配系数降至时，分配系数降至14.414.4。红霉素红霉素反萃取反萃取：可通过调节：可通过调节pH pH 值实现。红霉素在值实现。红霉素在pH9.4pH9.4的水相中用醋酸的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃取用戊酯萃取，而反萃取用pH5.0pH5.0的水溶液。的水溶液。第十六页，编辑于星期六：十七点 三十分。有机溶剂的有机溶剂的选择选择由相似相溶的原理，重要的相似是在分子的由相似相溶的原理，重要的相似是在分子的极性极性上。选择与目标产物极性相近上。选择与目标产物极性相近的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大分配系数。的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大分配系数。要求：价廉易得（要求：价廉易得（经济经济）；与水相不互溶；容易回收和再利用（）；与水相不互溶；容易回收和再利用（环保环保）；毒性低，腐蚀性小（；毒性低，腐蚀性小（安全安全）；与水相有较大的密度差，且粘度小，表面张）；与水相有较大的密度差，且粘度小，表面张力适中，相分散和相分离较容易；不与目标产物发生反应。力适中，相分散和相分离较容易；不与目标产物发生反应。常用于抗生素类生物产物萃取的有机溶剂有：丁醇等常用于抗生素类生物产物萃取的有机溶剂有：丁醇等醇类醇类、乙酸乙酯、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯和乙酸戊酯等丁酯和乙酸戊酯等乙酸酯类乙酸酯类以及甲基异丁基甲酮等。以及甲基异丁基甲酮等。化学萃取氨基酸的稀释剂主要有：化学萃取氨基酸的稀释剂主要有：煤油煤油、己烷己烷、异辛烷、正十二烷等。、异辛烷、正十二烷等。第十七页，编辑于星期六：十七点 三十分。乳化现象乳化现象 乳化定义：水（有机溶剂）以乳化定义：水（有机溶剂）以微小液滴形式分散微小液滴形式分散于有机相（水相）中的现于有机相（水相）中的现象。产生乳化后使有机相和水相象。产生乳化后使有机相和水相分层困难分层困难。乳化原因：乳化原因：发酵液中存在蛋白质和固体颗粒发酵液中存在蛋白质和固体颗粒等物质，具有表面活性剂的作用，等物质，具有表面活性剂的作用，使有机溶剂（油）和水的表面张力降低，油或水易于以微小液滴的形式分散使有机溶剂（油）和水的表面张力降低，油或水易于以微小液滴的形式分散于水相或油相中，形成乳浊液。于水相或油相中，形成乳浊液。分类：水包油型（分类：水包油型（O/WO/W型型）乳浊液：）乳浊液：油滴分散于水相油滴分散于水相；油包水型（油包水型（W/OW/O型型）乳浊液：）乳浊液：水滴分散于油相水滴分散于油相。防止乳化的方法：防止乳化的方法：（1 1）对发酵液进行）对发酵液进行过滤或絮凝沉淀过滤或絮凝沉淀,除去蛋白质及固体微粒除去蛋白质及固体微粒（2 2）产生乳化后，采取适当的）产生乳化后，采取适当的破乳手段破乳手段第十八页，编辑于星期六：十七点 三十分。乳化现象不严重：采用过滤或离心沉降的方法；乳化现象不严重：采用过滤或离心沉降的方法；O/W O/W型乳浊液：加入亲油性表面活性剂型乳浊液：加入亲油性表面活性剂 ；W/O W/O型乳浊液：加入亲水性表面活性剂。型乳浊液：加入亲水性表面活性剂。萃取计算萃取计算单级萃取单级萃取溶质的物料衡算式和平衡关系式：溶质的物料衡算式和平衡关系式：y ymxmx得萃取后得萃取后,轻重两相溶质在平衡时的浓度轻重两相溶质在平衡时的浓度:其中其中E E为萃取因子，为萃取因子，E=mL/HE=mL/H萃余分率萃余分率萃取分率萃取分率第十九页，编辑于星期六：十七点 三十分。多级错流萃取多级错流萃取萃余率萃余率=1/(1+E)n=1/(1+E)n萃取率萃取率=1-=1-1/(1+E)n=1-=1-1/(1+E)n多级逆流萃取多级逆流萃取萃余率萃余率=(E-1)/(E(n+1)-1)=(E-1)/(E(n+1)-1)萃取率萃取率=1-=(E(n+1)-E)/(E(n+1)-1)=1-=(E(n+1)-E)/(E(n+1)-1)第二十页，编辑于星期六：十七点 三十分。第三章第三章 例题例题原料原料xF=0.2xF=0.2，k=40(k=40(相平衡系数相平衡系数)，原料液，原料液流量流量H=0.5m/sH=0.5m/s，溶剂流量，溶剂流量L=0.03m/sL=0.03m/s，萃，萃取率取率=96%=96%，多级逆流萃取需几级？，多级逆流萃取需几级？解：萃取因子解：萃取因子E=mL/H=400.030.5=2.4E=mL/H=400.030.5=2.4 =(E(n+1)-E)/(E(n+1)-1)=96%=(E(n+1)-E)/(E(n+1)-1)=96%n=3.09 n=3.09 需需4 4级级第二十一页，编辑于星期六：十七点 三十分。考题考题3 3：液液萃取的原理？：液液萃取的原理？溶质在不相溶两相间溶质在不相溶两相间分配系数不同分配系数不同，使溶，使溶质向某一相浓缩。质向某一相浓缩。考题考题4 4：多级逆流萃取的计算？多级逆流萃取的计算？萃余率萃余率=(E-1)/(E(n+1)-1)=(E-1)/(E(n+1)-1)萃取率萃取率=1-=(E(n+1)-E)/(E(n+1)-1)=1-=(E(n+1)-E)/(E(n+1)-1)其中，其中，E=mL/HE=mL/H第二十二页，编辑于星期六：十七点 三十分。第四章第四章 超临界萃取（超临界萃取（SFESFE）超临界流体的特性：超临界流体的特性：超临界流体的超临界流体的密度近似于液体密度近似于液体。黏度接近于气体黏度接近于气体。扩散系数比液体大扩散系数比液体大。临界点附近，临界点附近，T T、P P的微小变化都会导致流体密度的显著变化的微小变化都会导致流体密度的显著变化，导致溶解度相应，导致溶解度相应地变化。地变化。超临界流体既具有液体溶解度大的性质超临界流体既具有液体溶解度大的性质 ，又具有气体易扩散、传质，又具有气体易扩散、传质速度高的优点。速度高的优点。常用的超临界萃取剂：常用的超临界萃取剂：乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、氨气、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、乙烯、氨气、COCO2 2、SOSO2 2、甲醇、乙醇、水、甲醇、乙醇、水 其中其中 COCO2 2应用最广应用最广第二十三页，编辑于星期六：十七点 三十分。COCO2 2超临界萃取剂的优点：超临界萃取剂的优点：临界点较低临界点较低：Tc=31.06Tc=31.06（防止热敏性物质的氧化和降（防止热敏性物质的氧化和降解）解）临界密度临界密度(0.448g/cm(0.448g/cm3 3)最高最高（萃取能力强，提取率高）（萃取能力强，提取率高）无毒无毒、稳定性好、不易燃、价廉、易于回收、稳定性好、不易燃、价廉、易于回收第二十四页，编辑于星期六：十七点 三十分。考题考题5 5：超临界萃取的概念、原理、特点？：超临界萃取的概念、原理、特点？概念：当流体的概念：当流体的P P、T T均超过其临界点值时，称为超临界流均超过其临界点值时，称为超临界流体。用体。用超临界流体超临界流体作为作为萃取剂萃取剂进行的操作叫做超临界萃取进行的操作叫做超临界萃取原理：超临界流体的原理：超临界流体的密度近似于液体，密度近似于液体，溶解溶解能力强；黏度接能力强；黏度接近于气体，近于气体，易扩散、传质。临界点附近，易扩散、传质。临界点附近，T T、P P的微小变化都会的微小变化都会导致流体密度的显著变化导致流体密度的显著变化，导致溶解度相应地变化，能方便的，导致溶解度相应地变化，能方便的进行萃取、分离。进行萃取、分离。特点：特点：易于进行产物的萃取及分离易于进行产物的萃取及分离 溶剂可循环使用溶剂可循环使用 适于热敏性物质的分离，且无溶剂残留。适于热敏性物质的分离，且无溶剂残留。第二十五页，编辑于星期六：十七点 三十分。1 1、反胶团：、反胶团：反胶团是反胶团是表面活性剂分子在有机溶剂表面活性剂分子在有机溶剂（油）中自发形成的分子聚集体。（油）中自发形成的分子聚集体。2 2、萃取过程：萃取过程：首先首先,在两相在两相界面界面上的表面活性剂与邻近上的表面活性剂与邻近的蛋白质分子发生的蛋白质分子发生作用作用,在界面上形成包在界面上形成包含有蛋白质分子的含有蛋白质分子的反胶团反胶团,此反胶团此反胶团扩散扩散进入有机相进入有机相,从而实现蛋白质的提取。从而实现蛋白质的提取。通过改变水相条件可实现反萃。通过改变水相条件可实现反萃。3 3、特点：、特点：提供提供保持生物分子活性的屏障保持生物分子活性的屏障第五章第五章 反胶团、双水相萃取反胶团、双水相萃取第二十六页，编辑于星期六：十七点 三十分。4 4、双水相萃取、双水相萃取双水相体系双水相体系双水相体系是一种或几种物质在水中以一定浓度混合双水相体系是一种或几种物质在水中以一定浓度混合,在一定条件下形成互在一定条件下形成互不相溶的两相水溶液体系。不相溶的两相水溶液体系。萃取依据：物质在两相间的选择性分配萃取依据：物质在两相间的选择性分配常用的双水相体系常用的双水相体系聚合物聚合物-聚合物聚合物-水体系以及聚合物水体系以及聚合物-无机盐无机盐-水体系水体系例如：例如：PEGPEG（聚乙二醇）（聚乙二醇）/Dextran/Dextran（葡聚糖）和（葡聚糖）和PEG/PEG/无机盐无机盐优点：优点：安全、无毒安全、无毒,不存在有机溶剂残留的问题不存在有机溶剂残留的问题整个操作在常温常压下进行整个操作在常温常压下进行,能够保持抗生素分子的活性。能够保持抗生素分子的活性。第二十七页，编辑于星期六：十七点 三十分。考题考题6 ：反胶团、双水相萃取的概念、原理？反胶团、双水相萃取的概念、原理？概念概念：反胶团是反胶团是表面活性剂分子在有机溶剂表面活性剂分子在有机溶剂（油）中自发形成（油）中自发形成的分子聚集体。的分子聚集体。双水相体系是一种或几种物质在水中以一定浓度混合双水相体系是一种或几种物质在水中以一定浓度混合,在一定条件下形成互不相溶的两相水溶液体系。在一定条件下形成互不相溶的两相水溶液体系。原理原理：反胶团：反胶团：在两相在两相界面界面上的表面活性剂与邻近的蛋白质分上的表面活性剂与邻近的蛋白质分子发生子发生静电作用静电作用,在界面上形成包含有蛋白质分子的在界面上形成包含有蛋白质分子的反胶团反胶团,此反胶团此反胶团扩散扩散进入有机相进入有机相,从而实现蛋白质的提取。从而实现蛋白质的提取。通过改变通过改变水相条件可实现反萃。水相条件可实现反萃。双水相：物质在两相间的选择性分配。双水相：物质在两相间的选择性分配。第二十八页，编辑于星期六：十七点 三十分。第六章第六章 固液分离固液分离1 1、固液分离、固液分离方法方法离心、沉降、过滤离心、沉降、过滤2 2、设备设备离心离心管式（旋液分离器）、碟式（碟式分离机）管式（旋液分离器）、碟式（碟式分离机）过滤过滤叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机第二十九页，编辑于星期六：十七点 三十分。考题考题7 7：固液分离：固液分离方法、设备？方法、设备？方法：方法：离心、沉降、过滤离心、沉降、过滤设备：设备：离心：管式（旋液分离器）离心：管式（旋液分离器）碟式（碟式分离机）碟式（碟式分离机）过滤：叶滤机、板框压滤机、过滤：叶滤机、板框压滤机、回转真空过滤机回转真空过滤机第三十页，编辑于星期六：十七点 三十分。第七章第七章 蒸馏蒸馏1 1、分子蒸馏（短程蒸馏）、分子蒸馏（短程蒸馏）定义：在高真空度下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过程。定义：在高真空度下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过程。适用：低挥发度、高沸点、热敏性和生物活性物料的分离。适用：低挥发度、高沸点、热敏性和生物活性物料的分离。2 2、分子蒸馏、分子蒸馏过程过程分子从液相分子从液相主体到蒸发表面主体到蒸发表面。分子在液层分子在液层表面上的自由蒸发表面上的自由蒸发。分子从蒸发分子从蒸发表面向冷凝面飞射表面向冷凝面飞射。分子在冷凝面上分子在冷凝面上冷凝冷凝。第三十一页，编辑于星期六：十七点 三十分。3 3、分子蒸馏的、分子蒸馏的特点特点分子蒸馏的分子蒸馏的蒸发面与冷凝面的距离小，蒸气分子间的碰撞蒸发面与冷凝面的距离小，蒸气分子间的碰撞几率小，系统可在几率小，系统可在高真空度高真空度下工作。下工作。分子蒸馏是分子蒸馏是不可逆不可逆过程。过程。分子蒸馏的分离能力与各组分间的分子蒸馏的分离能力与各组分间的相对挥发度相对挥发度有关，而且与有关，而且与各组分的各组分的分子量分子量有关。有关。分子蒸馏分子蒸馏没有鼓泡、沸腾没有鼓泡、沸腾现象。现象。第三十二页，编辑于星期六：十七点 三十分。考题考题8：分子蒸馏分子蒸馏过程、特点？过程、特点？过程：过程：分子从液相分子从液相主体到蒸发表面主体到蒸发表面。分子在液层分子在液层表面上的自由蒸发表面上的自由蒸发。分子从蒸发分子从蒸发表面向冷凝面飞射表面向冷凝面飞射。分子在冷凝面上分子在冷凝面上冷凝冷凝。特点特点：分子蒸馏的分子蒸馏的蒸发面与冷凝面的距离小，蒸气分子间的碰撞几率小，蒸发面与冷凝面的距离小，蒸气分子间的碰撞几率小，系统可在系统可在高真空度高真空度下工作。下工作。分子蒸馏是分子蒸馏是不可逆不可逆过程。过程。分离能力与各组分间的分离能力与各组分间的相对挥发度相对挥发度有关，且与各组分的有关，且与各组分的分子量分子量有关。有关。分子蒸馏分子蒸馏没有鼓泡、沸腾没有鼓泡、沸腾现象。现象。第三十三页，编辑于星期六：十七点 三十分。第八章第八章 膜分离膜分离1 1、膜分离定义：、膜分离定义：利用具有一定选择透过性的过滤介质进行物质的分离纯化。利用具有一定选择透过性的过滤介质进行物质的分离纯化。膜的膜的厚度在厚度在0.5mm0.5mm以下以下，否则就不称为膜。，否则就不称为膜。根据推动力本质的不同，可具体分为四类：根据推动力本质的不同，可具体分为四类：以静压力差为推动力：以静压力差为推动力：微滤、超滤和反渗透微滤、超滤和反渗透以蒸汽分压差为推动力：膜蒸馏、渗透蒸发（渗透气化）以蒸汽分压差为推动力：膜蒸馏、渗透蒸发（渗透气化）以浓度差为推动力：以浓度差为推动力：透析透析以电位差为推动力：电渗析以电位差为推动力：电渗析在生物分离领域应用的膜分离法包括微滤、超滤、反渗透、透析等。在生物分离领域应用的膜分离法包括微滤、超滤、反渗透、透析等。第三十四页，编辑于星期六：十七点 三十分。2 2、膜材料、膜材料1)1)天然高分子材料：天然高分子材料：纤维素衍生物纤维素衍生物，如醋酸纤维、硝酸纤维，如醋酸纤维、硝酸纤维2)2)合成高分子材料：合成高分子材料：聚砜类聚砜类、聚酰胺类、聚烯类和含氟聚合物、聚酰胺类、聚烯类和含氟聚合物3)3)无机材料：无机材料：陶瓷陶瓷、微孔玻璃、不锈钢和碳素等、微孔玻璃、不锈钢和碳素等3 3、操作特性、操作特性浓度极化浓度极化（反渗透、超滤和微滤）（反渗透、超滤和微滤）在膜分离操作中，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在在膜分离操作中，不能完全透过膜的溶质受到膜的截留作用，在膜表面附近浓度升高，高于主体浓度的现象。膜表面附近浓度升高，高于主体浓度的现象。浓差极化现象不但引起流速下降，同时影响到膜的选择透过性、降低浓差极化现象不但引起流速下降，同时影响到膜的选择透过性、降低膜的运行效果，因此应降到最低程度。膜的运行效果，因此应降到最低程度。克服措施：震动、搅拌、错流、改变流速、升高温度克服措施：震动、搅拌、错流、改变流速、升高温度第三十五页，编辑于星期六：十七点 三十分。凝胶极化凝胶极化当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。当膜表面附近的浓度超过溶质的溶解度时，溶质会析出，形成凝胶层。分离含有菌体、细胞或其他固形成分的料液时，易形成凝胶层。分离含有菌体、细胞或其他固形成分的料液时，易形成凝胶层。影响：产生附加传质阻力，透过通量降低。影响：产生附加传质阻力，透过通量降低。4 4、影响膜分离速度的因素、影响膜分离速度的因素操作方式：主要采用错流（减轻浓度极化，透过通量较大）操作方式：主要采用错流（减轻浓度极化，透过通量较大）料液浓度：料液浓度：JvJv随随CbCb的增大而减小。的增大而减小。流速：流速增大，传质系数增大，透过通量亦增大。流速：流速增大，传质系数增大，透过通量亦增大。压力：当压力：当P P小小,Jv,Jv与与p p成正比；成正比；P P 增加，增加，JvJv的增长速率减慢；的增长速率减慢；P P继续增加时，继续增加时，JvJv为此流速下的极限值。为此流速下的极限值。第三十六页，编辑于星期六：十七点 三十分。5 5、膜污染、预防、膜污染、预防污染原因污染原因A A、凝胶极化引起的凝胶层、凝胶极化引起的凝胶层B B、溶质在膜表面的吸附层、溶质在膜表面的吸附层C C、膜孔堵塞、膜孔堵塞D D、膜孔内溶质吸附、膜孔内溶质吸附预防预防膜的预处理膜的预处理(用乙醇浸泡聚砜膜用乙醇浸泡聚砜膜)，料液预处理，料液预处理(调调pHpH，预过滤，预过滤)，开发抗污染膜，开发抗污染膜，远临界压力操作等。远临界压力操作等。第三十七页，编辑于星期六：十七点 三十分。第八章第八章 例题例题例例1 1：超滤、微滤、反渗透的差别及共同点？：超滤、微滤、反渗透的差别及共同点？微滤（微滤（MFMF）：膜孔较大，操作压力小（）：膜孔较大，操作压力小（0.05-0.5MPa0.05-0.5MPa）,可除可除去去0.1-10m0.1-10m的颗粒。的颗粒。超滤（超滤（UFUF）：膜孔较小，膜两侧渗透压比）：膜孔较小，膜两侧渗透压比RORO低，操作压力低，操作压力（0.1-1.0MPa0.1-1.0MPa）,适用于分离或浓缩直径适用于分离或浓缩直径1-50nm1-50nm的生物大的生物大分子（蛋白质、病毒等）。分子（蛋白质、病毒等）。反渗透（反渗透（RORO）：操作压力较大（几十个大气压），适用于）：操作压力较大（几十个大气压），适用于1nm1nm以以下小分子的浓缩。下小分子的浓缩。共同点：均靠压差和膜的筛分性质进行工作。共同点：均靠压差和膜的筛分性质进行工作。第三十八页，编辑于星期六：十七点 三十分。例例2 2：膜分离过程，污染原因？如何处理？：膜分离过程，污染原因？如何处理？污染原因：污染原因：一是附着层被滤饼、有机物凝胶、无机物水垢、胶体物质或微生一是附着层被滤饼、有机物凝胶、无机物水垢、胶体物质或微生物等吸附于表面；物等吸附于表面；二是料液中的溶质结晶或沉淀造成堵塞。二是料液中的溶质结晶或沉淀造成堵塞。膜污染可预防或减轻，措施如下：膜污染可预防或减轻，措施如下：料液预处理、膜性质改善（抗污染）、操作条件改变等（远临界料液预处理、膜性质改善（抗污染）、操作条件改变等（远临界压力）。压力）。膜污染所引起的通量衰减往往不可逆，只能通过清洗的方式消膜污染所引起的通量衰减往往不可逆，只能通过清洗的方式消除，包括物理冲洗和化学药品溶液清洗。除，包括物理冲洗和化学药品溶液清洗。第三十九页，编辑于星期六：十七点 三十分。例例3 3、热敏性抗生素的浓缩方法？如何去除、热敏性抗生素的浓缩方法？如何去除发酵液中的大分子蛋白质？发酵液中的大分子蛋白质？反渗透、超滤膜反渗透、超滤膜例例4 4、产物的分子量在、产物的分子量在10001000以下，要如何去以下，要如何去除其中的热原？除其中的热原？（截留分子量）（截留分子量）MWCO1104MWCO1104的超滤膜的超滤膜第四十页，编辑于星期六：十七点 三十分。考题考题9 9：超滤、微滤、反渗透的概念缩写？：超滤、微滤、反渗透的概念缩写？超滤（超滤（UFUF）：膜孔小，通过筛分作用将大于膜孔的）：膜孔小，通过筛分作用将