萃取分离法详解.pptx

2023/3/211基础知识基础知识萃取萃取又称溶剂萃取，亦称抽提（通用于石油炼制工业），是一种用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液，实现组分分离的传质分离过程，是一种广泛应用的单元操作。将溴水和苯在分液漏斗里混合后振荡、静置（静置后液体分层，Br2被溶解到苯里，苯与水互不相溶，苯比水轻在上层，因溶有Br2呈橙红色，水在下层为无色）、分液即完成萃取 第1页/共119页2023/3/212萃取是利用两者的溶解度不同。萃取，溶解原理，比如说现在A跟B混在一块，有一种溶剂C，它与A相溶，但不与B相溶，那么我们可以在AB的混合液中加入C，此时A溶入于C，与B分离。分液漏斗第2页/共119页2023/3/213液-液萃取：用选定的溶剂分离液体混合物中某种组分，溶剂必须与被萃取的混合物液体不相溶，具有选择性的溶解能力，而且必须有好的热稳定性和化学稳定性，并有小的毒性和腐蚀性。如用苯分离煤焦油中的酚；用有机溶剂分离石油馏分中的烯烃；用CCl4萃取水中的Br2.固-液萃取：也叫浸取，用溶剂分离固体混合物中的组分，如用水浸取甜菜中的糖类；用酒精浸取黄豆中的豆油以提高油产量；用水从中药中浸取有效成分以制取流浸膏叫“浸沥”。第3页/共119页2023/3/214原理原理利用化合物在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取，将绝大部分的化合物提取出来。它的操作过程并不造成被萃取物质化学成分的改变，因此萃取属于物理过程。第4页/共119页2023/3/215分配定律是萃取方法理论的主要依据，物质对不同的溶剂有着不同的溶解度。同时，在两种互不相溶的溶剂中，加入某种可溶性的物质时，它能分别溶解于两种溶剂中，实验证明，在一定温度下，该化合物与此两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用时，此化合物在两液层中之比是一个定值。不论所加物质的量是多少，都是如此。第5页/共119页2023/3/216有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃取的典型实例，如碘的不溶液用四氯化碳萃取，几乎所有的碘都移到四氯化碳中，碘得已与大量的水分开，由于I2和CCl4沸点不同，加热其混合物，沸点低的CCl4先被蒸馏出来，从而达到分离的目的。在萃取时，若在水溶液中加入一定量的电解质（如氯化钠），利用“盐析效应”以降低有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度，常可提高萃取效果。第6页/共119页2023/3/217萃取条件1.萃取剂和原溶剂互不混溶；2.萃取剂和溶质互不发生反应；3.溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度；相关规律相关规律：有机溶剂溶易于有机溶剂，极性溶剂溶易于极性溶剂 第7页/共119页2023/3/218单级萃取对给定组分所能达到的萃取率（被萃组分在萃取液中的量与原料液中的初始量的比值）较低，往往不能满足工艺要求，为了提高萃取率，可以采用多种方法：多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新鲜的萃取剂接触，可达较高萃取率。但萃取剂用量大，萃取液平均浓度低。多级逆流萃取。料液与萃取剂分别从级联（或板式塔）的两端加入，在级间作逆向流动，最后成为萃余液和萃取液，各自从另一端离去。料液和萃取剂各自经过多次萃取，因而萃取率较高，萃取液中被萃组分的浓度也较高，这是工业萃取常用的流程。第8页/共119页2023/3/219连续逆流萃取。在微分接触式萃取塔中，料液与萃取剂在逆向流动的过程中进行接触传质，也是常用的工业萃取方法。料液与萃取剂之中，密度大的称为重相，密度小的称为轻相。轻相自塔底进入，从塔顶溢出；重相自塔顶加入，从塔底导出。第9页/共119页2023/3/2110萃取塔操作时，一种充满全塔的液相，称连续相;另一液相通常以液滴形式分散于其中，称分散相。分散相液体进塔时即行分散，在离塔前凝聚分层后导出。料液和萃取剂两者之中以何者为分散相，须兼顾塔的操作和工艺要求来选定。此外，还有能达到更高分离程度的回流萃取和分部萃取。第10页/共119页2023/3/2111萃取塔第11页/共119页2023/3/2112萃取与其他分离溶液组分的方法相比，优点在于常温操作，节省能源，不涉及固体、气体，操作方便。萃取在如下几种情况下应用，通常是有利的：料液各组分的沸点相近，甚至形成共沸物，为精馏所不易奏效的场合，如石油馏分中烷烃与芳烃的分离，煤焦油的脱酚；低浓度高沸组分的分离，用精馏能耗很大，如稀醋酸的脱水；多种离子的分离，如矿物浸取液的分离和净制，若加入化学品作分部沉淀，不但分离质量差，又有过滤操作，损耗也大；第12页/共119页2023/3/2113不稳定物质（如热敏性物质）的分离，如从发酵液制取青霉素。萃取的应用，目前仍在发展中。元素周期表中绝大多数的元素，都可用萃取法提取和分离。萃取剂的选择和研制，工艺和操作条件的确定，以及流程和设备的设计计算，都是开发萃取操作的课题 第13页/共119页2023/3/2114第一节 溶剂萃取法 广义的溶剂萃取法(solvent extraction)包括液-固萃取和液-液萃取：液-固萃取又称浸取、浸提v液-液萃取指用一种溶剂将物质从另一种溶剂（如发酵液）中提取出来的方法。第14页/共119页2023/3/2115溶剂萃取法优点：操作可连续化，速度快，生产周期短；对热敏物质破坏少；采用多级萃取时，溶质浓缩倍数大、纯化度高。缺点：由于有机溶剂使用量大，对设备和安全要求高，需要各项防火防爆等措施。第15页/共119页2023/3/2116一、基本概念（一）萃取与反萃取 被提取的溶液称为料液，其中欲提取的物质称溶质，而用以进行萃取的溶剂称为萃取剂(extractant)达到萃取平衡后，大部分溶质转移到萃取剂中，这种含有溶质的萃取剂溶液称为萃取液，而被萃取出溶质以后的料液称为萃余液。第16页/共119页2023/3/2117 反萃取(stripping或back extraction)是将萃取液与反萃取剂（一般为水溶液）相接触，使某种被萃入有机相的溶质转入水相的过程，可看作是萃取的逆过程。反萃取剂要与有机溶剂互不相溶,与被萃取的物质不反应.对应的反萃取物应该是在水中溶解度较大的物质.第17页/共119页2023/3/2118（二）、分配定律 能斯特分配定律：在一定温度、一定压力下，某一溶质在互不相溶的两种溶剂间分配时，达到平衡后，在两相中的活度之比为一常数。如果是稀溶液，可以用浓度代替活度，即：K 称为分配系数第18页/共119页2023/3/2119 应用分配定律时，须符合下列条件：必须是稀溶液，即适用于接近理想溶液的萃取体系；溶质对溶剂的互溶度没有影响；溶质在两相中必须是同一分子形式，即不发生缔合或解离。第19页/共119页2023/3/2120 在萃取过程中，溶质在两相的分子形式常常并不相同，仍然采用类似分配定律的公式作为基本公式。这时候溶质在萃取相和萃余相中的浓度，实际上是以各种化学形式进行分配的溶质总浓度，它们的比值以分配比(distribution ratio)表示：第20页/共119页2023/3/2121（三）、萃取因素 萃取因素也称萃取比，其定义为被萃取溶质进入萃取相的总量与该溶质在萃余相中总量之比。通常以E表示。若以Vl和V2分别表示萃取相和萃余相的体积，M1和M2分别表示溶质在萃取相和萃余相中的平衡浓度。萃取因素（E）为：萃取率（课本60）第21页/共119页2023/3/2122（四）、分离因素料液中的溶质并非是单一的组分，除了所需产物（A）外，还存在有杂质（B）。分离因素(separation factor)，常用表示，其定义为：在同一萃取体系内两种溶质在同样条件下分配系数的比值 第22页/共119页2023/3/2123值的大小表示了两种溶质的分离效果；值愈大或愈小，说明两种溶质分离效果越好，易达到分离提纯的目的；当值等于1时，说明什么？分配比高意味着有较高的萃取率；分离因素大意味着两种溶质分离较彻底。第23页/共119页2023/3/2124二、溶剂萃取法的基本原理 抗生素在不同的pH条件下，可以有不同的化学状态，其分配系数亦有差别，若适度改变pH，可将抗生素自水相转入有机相，或从有机相再转入水相，这样反复萃取，可以达到浓缩和提纯的目的 第24页/共119页2023/3/2125三、萃取方法和理论收率的计算（一）单级萃取 第25页/共119页2023/3/2126萃取因素E为 式中 VF料液体积；Vs萃取剂的体积；C1溶质在萃取液的浓度；C2溶质在萃余相的浓度；K表观分配系数；m浓缩倍数第26页/共119页2023/3/2127萃余率：理论收率：第27页/共119页2023/3/2128例如：洁霉素在20和pH10.0时表观分配系数（丁醇/水）为18。用等量的丁醇萃取料液中的洁霉素，计算可得理论收率 若改用1/3体积丁醇萃取，理论收率：注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取注：当分配系数相同而萃取剂用量减少时，其萃取率下降。率下降。率下降。率下降。第28页/共119页2023/3/2129（二）多级错流萃取第29页/共119页2023/3/2130第30页/共119页2023/3/2131萃余率：理论收率第31页/共119页2023/3/2132 红霉素在pH 9.8时的分配系数（醋酸丁酯/水）为44.5，若用1/2体积的醋酸丁酯进行单级萃取，则：理论收率 若用1/2体积的醋酸丁酯进行二级错流萃取，则 理论收率第32页/共119页2023/3/2133多级逆流萃取(p64)第33页/共119页2023/3/2134第34页/共119页2023/3/2135n级萃取后，萃余率为：理论收率为第35页/共119页2023/3/2136 青霉素在0和pH2.5时的分配系数（醋酸丁酯/水）为35，若用1/4体积的醋酸丁酯进行二级逆流萃取，则：n2，理论收率 第36页/共119页2023/3/2137 若改为二级错流萃取，第一级用1/4体积的醋酸丁酯，第二级用1/10体积的醋酸丁酯，则 第37页/共119页2023/3/2138第二节 影响溶剂萃取的因素一、乳化和破乳化(p65)（一）乳状液的形成和稳定条件 乳化剂多为表面活性剂。分子结构特点：一般是由亲油基和亲水基两部分组成的，即一端为亲水基团或极性部分，另一端为疏水性基团或非极性部分（烃链）。第38页/共119页2023/3/2139 乳化剂使乳状液稳定与以下因素有关：（1）降低油水表面张力，提高了体系的稳定性；（2）界面膜形成；（3）界面电荷的影响；（4）介质黏度。第39页/共119页2023/3/2140乳状液的分类乳状液中被分散的一相称作为分散相或内相，另一相称作分散介质或外相，内相是不连续相，外相是连续相。根据内相与外相的性质，乳状液有两种类型：一类是油分散在水中，简称水包油型乳状液，有O/W表示；另一类是水分散在油中，称油包水型乳状液，用W/O表示。第40页/共119页2023/3/2141 每一种表面活性剂都有亲水和疏水基团，两种基团的强度的相对关系称为HLB值（hydrophile-lipophile balance）。完全不亲水（HLB=0）和完全亲水（HLB=20）的两种极限乳化剂作为标准，其它表面活性剂的HLB值就处于这两种极限值之间。第41页/共119页2023/3/2142第42页/共119页2023/3/2143（二）、影响乳状液类型的因素 1 1相体积的影响相体积的影响 假定分散相为大小均匀的圆球，按紧密地堆积，假定分散相为大小均匀的圆球，按紧密地堆积，圆球体积占总体积的圆球体积占总体积的74%74%。如水的体积占总体积。如水的体积占总体积小于小于26%26%时，只能形成时，只能形成WWOO型乳状液；大于型乳状液；大于74%74%时，只能形成时，只能形成OOWW型乳状液。型乳状液。2 2乳化剂分子空间构型的影响乳化剂分子空间构型的影响 截面积小的一头指向分散相，截面积大的一头指截面积小的一头指向分散相，截面积大的一头指向分散介质，所以一价金属皂形成向分散介质，所以一价金属皂形成OOWW型乳状型乳状液，而二价金属皂形成液，而二价金属皂形成WWOO型乳状液型乳状液；金属皂：由碱金属以外的金属、金属氧化物或盐类金属皂：由碱金属以外的金属、金属氧化物或盐类与脂肪酸、松香酸、环烷酸等作用而成的肥皂。与脂肪酸、松香酸、环烷酸等作用而成的肥皂。第43页/共119页2023/3/21443界面张力的影响 乳化剂聚集于界面形成薄膜，若两相界面张力不等，则使膜弯曲，其凹面一侧为界面张力较高的相，高界面张力这侧的液体易形成内相。4容器壁性质的影响 亲水性强的容器易得OW型乳状液，亲油性强的容器易形成WO型乳状液。第44页/共119页2023/3/2145（三）、乳状液的破坏 1、加入表面活性剂 2、加电解质3、加热4、吸附法破乳5、高压电破乳6、稀释法7、其他途径：超滤，反应萃取等。第45页/共119页2023/3/2146（四）、常用的去乳化剂1.阳离子表面活性剂（1）十二烷基三甲基溴化铵（1231）CH3(CH2)10CH2(CH3)3N+Br （2）溴代十五烷吡啶（PPB）第46页/共119页2023/3/21472.阴离子表面活性剂 阴离子表面活性剂，如亚油酸钠、十二烷基磺酸钠、石油磺酸钠等 3其他破乳剂 如用溴代四烷基吡啶作去乳化剂，因其既易溶于水，又易溶于醋酸丁酯中，既能破坏WO型，也能破坏OW型乳状液，比PPB破乳完全，用量为0.03%-0.05%。它能降低青霉素提取时随废液的损失，提高收率。第47页/共119页2023/3/2148二、pH的影响1、pH影响弱酸或弱碱性药物的分配系数2、pH也影响药物的稳定性例：用醋酸丁酯提取苄基青霉素，在0、pH2.5时测得K表=30，KP=10-2.75，可求得注：弱电解质萃取(p61)第48页/共119页2023/3/2149 可按下式计算表观分配系数和水相pH的关系：可得，当pH=4.4时，K表=1。当pH4.4时，青霉素从醋酸丁酯相转移到水相，称为反萃取。第49页/共119页2023/3/2150三、温度和萃取时间的影响 高温不稳定，高温时溶剂间互溶度增大；萃取时间也会影响药物的稳定性；四、盐析作用的影响 由于盐析剂与水分子结合，降低了药物在水中的溶解度，使其易转入有机相；盐析剂降低有机溶剂在水中的溶解度；盐析剂增大萃余相比重，有助于分相。第50页/共119页2023/3/2151五、溶剂种类、用量及萃取方式 分配系数愈大愈好，若分配系数未知，则可根据“相似相溶”的原则，选择与药物结构相近的溶剂；选择分离因素大于1的溶剂；料液与萃取溶剂的互溶度愈小愈好；尽量选择毒性低的溶剂。溶剂的化学稳定性高，腐蚀性低，沸点不宜太高，挥发性要小，价格便宜，来源方便，便于回收。第51页/共119页2023/3/2152 如洁霉素20，pH10.0时，分配系数（丁醇水）=18，根据萃取方式理论收得率的计算方法，得出：第52页/共119页2023/3/2153第三节 萃取过程和溶剂回收一、混合1、搅拌罐2、管式混合器第53页/共119页2023/3/21543、喷嘴式混和器4、气流搅拌混和罐第54页/共119页2023/3/2155二、液-液两相分离 离心机第55页/共119页2023/3/2156三、溶液回收(p81)（一）、单组分溶剂回收 简单蒸馏 或精馏第56页/共119页2023/3/2157（二）、低浓度溶剂回收 先简单蒸馏,后精馏 精馏：塔底102，塔顶91，蒸馏物为恒沸混和物，含水量为28%-29%，超过水在醋酸丁酯中溶解度（20，1.4%）。第57页/共119页2023/3/2158三、回收与水部分互溶并 形成恒沸混和物的溶剂(p83)第58页/共119页2023/3/2159四、回收完全互溶的混和溶剂并不形成恒沸混和物 如丙酮-丁醇混和溶剂，由于其沸点相差较大（丙酮沸点为56.1，丁醇沸点为117.4），采用精馏方法很易得到纯组分。如果混和溶剂要反复使用，则不需要将它们分成纯组分，只需经过蒸馏方式除去不挥发物质，然后测定混和溶剂的比例，再添加不足的溶剂使达到要求。第59页/共119页2023/3/2160第四节 双水相萃取有机溶剂萃取的不足：有机溶剂萃取的不足：1.许多蛋白质许多蛋白质都有都有极强的亲水性，不溶于有极强的亲水性，不溶于有机溶剂机溶剂；2.蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。溶液的分相不一定完全依赖于有机溶剂，在一溶液的分相不一定完全依赖于有机溶剂，在一定条件下，水相也可以形成两相定条件下，水相也可以形成两相(即双水相系统即双水相系统)甚至多相。于是有可能将水溶性的酶、蛋白质甚至多相。于是有可能将水溶性的酶、蛋白质等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中，等生物活性物质从一个水相转移到另一水相中，从而完成分离任务。从而完成分离任务。第60页/共119页2023/3/2161聚合物的不相溶性聚合物的不相溶性u主要是由于聚合物分子的空间阻碍作用，主要是由于聚合物分子的空间阻碍作用，相互间无法渗透，当聚合物的浓度达到一相互间无法渗透，当聚合物的浓度达到一定值时，就不能形成单一的水相，所以具定值时，就不能形成单一的水相，所以具有强烈的相分离倾向。有强烈的相分离倾向。u某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合时，只要浓度达到一定值，也会形成混合时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即聚合物两相，即聚合物盐双水相体系。盐双水相体系。第61页/共119页2023/3/2162 双水相萃取技术(two-aqueous phase extraction)，又称水溶液两相分配技术，它利用不同的高分子溶液相互混合可产生两相或多相系统，静置平衡后，分成互不相溶的两个水相，利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法，称为双水相萃取法。特点：能保留产物的活性，操作可连续化，可纯化蛋白质25倍。第62页/共119页2023/3/2163 系统含水量多达系统含水量多达75%75%90%,90%,两相界面张力极低两相界面张力极低,有助于保有助于保持生物活性和强化相际间的质量传递持生物活性和强化相际间的质量传递 分相时间短分相时间短(特别是聚合物特别是聚合物/盐系统盐系统),),自然分相时间一般自然分相时间一般只有只有5 515min15min。目标产物的分配系数一般大于目标产物的分配系数一般大于3,3,大多数情况下大多数情况下,目标产物目标产物有较高的收率。有较高的收率。大量杂质能够与所有固体物质一起去掉大量杂质能够与所有固体物质一起去掉,与其它常用固液分与其它常用固液分离方法相比离方法相比,双水相萃取技术可省去双水相萃取技术可省去1 12 2 个分离步骤个分离步骤,使整使整个分离过程更经济。个分离过程更经济。设备投资费用少设备投资费用少,操作简单操作简单,不存在有机溶剂残留问题。不存在有机溶剂残留问题。双水相萃取技术的优点双水相萃取技术的优点第63页/共119页2023/3/2164最近，发现有一些高分子水溶液（如分子量从几千到几万的聚乙二醇硫酸盐水溶液）可以分为两个水相，蛋白质在两个水相中的溶解度有很大的差别。故可以利用双水相萃取过程分离蛋白质等溶于水的生物产品。例如用聚乙二醇（PEG Mr为6000）/磷酸钾系统从大肠杆菌匀浆中提取-半乳糖苷酶。这是一个很有前途的新的分离方法，特别适用于生物工程得出的产品的分离。双水相萃取在生物分离过程中的应用，为蛋白质特别是胞内蛋白质的分离和纯化开辟了新的途径。第64页/共119页2023/3/2165双水相体系分类：高聚物/高聚物双水相体系，高聚物/无机盐双水相体系，低分子有机物/无机盐双水相体系，表面活性剂双水相体系。第65页/共119页2023/3/2166一、双水相的形成熵增熵增混合混合自发自发分子间作用力分子间作用力-随着随着Mr的增加的增加,而增大而增大.聚合物的不相溶性聚合物的不相溶性-含有聚合物分子的溶液发含有聚合物分子的溶液发生分相的现象生分相的现象.孤立系统总是趋向于熵增，最终达到熵的最大状态，也就是系统的最混乱无序状态。但是，对开放系统而言，由于它可以将内部能量交换产生的熵增通过向环境释放热量的方式转移，所以开放系统有可能趋向熵减而达到有序状态。第66页/共119页2023/3/2167 如葡聚糖与聚乙二醇按一定比例与水混合，静置平衡后，分成互不相溶的两个水相，上相富含PEG，下相富含葡聚糖 第67页/共119页2023/3/2168第68页/共119页2023/3/2169二、双水相萃取的基本概念（一）相图（一）相图 相图右上部为两相区，左下部为均相区，两相与均相图右上部为两相区，左下部为均相区，两相与均相的分界线叫相的分界线叫双节线双节线。组成位于。组成位于A A点的系统实际上点的系统实际上由位于由位于C C、B B两点的两相所组成，两点的两相所组成，BCBC称为称为系线系线。当系线向下移动时，长度逐渐减小，表明两相的差别减小，当达到K点时，两相间差别消失，K点称为临界点。第69页/共119页2023/3/2170（二）分配系数 影响分配系数的因素包括很多，如粒子大小、疏水性、表面电荷、粒子或大分子的构象等，这些因素微小的变化可导致分配系数较大的变化，因而双水相萃取有较好的选择性。分配系数K与溶质的浓度和相体积比无关：第70页/共119页2023/3/2171三、影响双水相萃取的因素（一）、成相高聚物的分子量 一般原则:对于给定的相系统，如果一种高聚物被低分子量的同种高聚物所代替，被萃取的大分子物质,如蛋白质、核酸、细胞粒子等，将有利于在低分子量高聚物一侧分配。如以Dextran 500(MW 500 000)代替Dextran 40（MW 40 000）,即增大下相高聚物的分子量，被萃取的低分子量物质如细胞色素C分配系数增加并不显著。然而，被萃取的大分子量物质，如过氧化氢酶的分配系数可增大到原来的67倍。第71页/共119页2023/3/2172（二）成相聚合物浓度 界面张力 一般来说，双水相萃取时，如果相系统组成位于临界点附近，则蛋白质等大分子的分配系数接近于1。高聚物浓度增加，系统组成偏离临界点，蛋白质的分配系数也偏离1，即K1或K1 第72页/共119页2023/3/2173（三）、电化学分配 盐类的影响 盐对带电大分子的分配影响很大。各种盐的分配系数存在着微小的差异，产生了相间电位。由于蛋白质等大分子在水溶液中常带有电荷，相间电位造成的静电力能影响所有带电大分子和带电细胞粒子在两相中的分配。例如，DNA萃取时，离子组分微小的变化可使DNA从一相几乎完全转移到另一相。第73页/共119页2023/3/2174（四）、疏水效应 选择适当的盐组成，相系统的电位差可以消失。排除了电化学效应后，决定分配系数的其它因素，如粒子的表面疏水性能即可占主要地位。成相高聚物的末端偶联上疏水性基团后，疏水效应会更加明显，此时，如果被分配的蛋白质具有疏水性的表面，则它的分配系数会发生改变。第74页/共119页2023/3/2175（五）、温度及其它因素 温度的影响是间接的，它主要影响相的高聚物组成，只有当相系统组成位于临界点附近时，温度对分配系数才具有较明显的作用。pH对酶的分配系数也有很大关系，特别是在系统中含有磷酸盐时。由于pH的变化会影响磷酸盐是一氢化物还是二氢化物磷酸盐的存在，而一氢化物磷酸盐对界面电位有明显的影响。第75页/共119页2023/3/2176四、双水相萃取的应用 双水相系统平衡时间短，含水量高，界面张力低，为生物活性物质提供了温和的分离环境。它还具备操作简便、经济省时、易于放大。据报道，系统可从10ml直接放大到1m3规模（105倍）,而各种试验参数均可按比例放大，产物收率并不降低。第76页/共119页2023/3/2177例如PEG-Dextran系统特别适用于从细胞匀浆液中除去核酸和细胞碎片。系统中加入0.1mol/L NaCl可使核酸和细胞碎片转移到下相（Dextran相）,产物胞内酶位于上相，分配系数为0.11.0。选择适当的盐组分，经一步或多步萃取，可获得满意的分离效果。如果NaCl浓度增大到25mol/L，几乎所有的蛋白质、酶都转移到上相，下相富含核酸。第77页/共119页2023/3/2178 双水相萃取法常用于胞内酶提取和精制双水相萃取法常用于胞内酶提取和精制 目前已知的胞内酶约目前已知的胞内酶约2500种，但投入生产的很少。种，但投入生产的很少。原因之一是提取困难。胞内酶提取的第一步系将细胞破碎原因之一是提取困难。胞内酶提取的第一步系将细胞破碎得到匀浆液，但匀浆液黏度很大，有微小的细胞碎片存在，得到匀浆液，但匀浆液黏度很大，有微小的细胞碎片存在，欲将细胞碎片除去，过去是依靠离心分离的方法，但非常欲将细胞碎片除去，过去是依靠离心分离的方法，但非常困难。困难。双水相系统可用于细胞碎片以及酶的进一步精制。双水相系统可用于细胞碎片以及酶的进一步精制。第78页/共119页2023/3/2179第79页/共119页2023/3/2180第80页/共119页2023/3/2181 要成功地运用两水相萃取的方法，应满足要成功地运用两水相萃取的方法，应满足下列条件：下列条件：欲提取的酶和细胞应分配在不同的相中；欲提取的酶和细胞应分配在不同的相中；酶的分配系数应足够大，使在一定的相体酶的分配系数应足够大，使在一定的相体积比时，经过一次萃取，就能得到高的收积比时，经过一次萃取，就能得到高的收率；率；两相用离心机很容易分离。两相用离心机很容易分离。第81页/共119页2023/3/2182工程方面的问题工程方面的问题 在进行工业应用时，需考虑达到萃取平衡所需的时在进行工业应用时，需考虑达到萃取平衡所需的时间和两相分离的设备。间和两相分离的设备。在两水相系统中，虽黏度高，但表面张力很低。因而进在两水相系统中，虽黏度高，但表面张力很低。因而进行搅拌时很易分散成微滴，故几秒钟即能达到平衡，且行搅拌时很易分散成微滴，故几秒钟即能达到平衡，且能耗也很少。能耗也很少。两相分离则比较困难，这是由于两相密度差低和当处理两相分离则比较困难，这是由于两相密度差低和当处理匀浆液时，粘度较大。由于粘度较高会引起阻塞，可采匀浆液时，粘度较大。由于粘度较高会引起阻塞，可采用自动排渣的喷嘴分离机。用自动排渣的喷嘴分离机。PEG/盐更适合用重力沉降；盐更适合用重力沉降；PEG/DeX多用离心机多用离心机。第82页/共119页2023/3/2183五、双水相萃取技术的发展（一）、廉价双水相体系的开发（二）、双水相亲和分配（三）、液体离子交换剂(liquid ion exchanger)如用PEG6000-(H2PO4)4来分离纯化干扰素时，其分配系数可高达170，而杂蛋白的分配系数只有0.04。值为4250，这是一般方法所不能达到的。第83页/共119页2023/3/2184第五节 反胶束萃取反胶束（reversed micelle），也称反胶团或反微团，是表面活性剂分散在连续的有机相中自发形成的纳米尺度的一种聚集体。第84页/共119页2023/3/2185第85页/共119页2023/3/2186反胶团的形成反胶团的形成在胶体化学中我们知道，如向在胶体化学中我们知道，如向水溶液水溶液中加入表面活性剂，中加入表面活性剂，并使其浓度超过一定数值时，并使其浓度超过一定数值时，表面活性剂就会在水相中形成表面活性剂就会在水相中形成胶体或微胶团胶体或微胶团，它是表面活性剂的聚集体。其亲水性的极性，它是表面活性剂的聚集体。其亲水性的极性端向外指向水溶液，疏水性的非极性端向外指向水溶液，疏水性的非极性“尾尾”向内相互聚集在向内相互聚集在一起。一起。当向当向非极性溶剂非极性溶剂中加入表面活性剂，中加入表面活性剂，并使其浓度超过一并使其浓度超过一定数值时，定数值时，也会在非极性溶剂内形成表面活性剂的聚集体。也会在非极性溶剂内形成表面活性剂的聚集体。与在水相中不同的是，其疏水性的非极性尾部向外，指向非与在水相中不同的是，其疏水性的非极性尾部向外，指向非极性溶剂，而极性头向内，与在水相中形成的微胶团方向相极性溶剂，而极性头向内，与在水相中形成的微胶团方向相反，因而称之为反，因而称之为反胶团或反向胶团反胶团或反向胶团。第86页/共119页2023/3/2187一、基本原理表面活性剂溶于非极性溶剂中，并使其浓度超过临界胶束浓度，便会在有机溶剂内形成聚集体，非极性基团在外，极性基团则排列在内，形成一个极性核，此极性核具有溶解极性物质的能力。当含有此种反胶束的有机溶剂与蛋白质的水溶液接触后，蛋白质及其他亲水性物质能够溶于极性核内部的水中，由于周围的水层和极性基团的保护，蛋白质不与有机溶剂接触，从而不会造成失活。第87页/共119页2023/3/2188反胶束萃取的优点反胶束萃取的优点(1)有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性；有很高的萃取率和反萃取率并具有选择性；(2)分离、浓缩可同时进行，过程简便；分离、浓缩可同时进行，过程简便；(3)能解决蛋白质能解决蛋白质(如胞内酶如胞内酶)在非细胞环境中迅速失在非细胞环境中迅速失活的问题；活的问题；(4)由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞破壁由于构成反胶团的表面活性剂往往具有细胞破壁功效，因而可直接从完整细胞中提取具有活性的功效，因而可直接从完整细胞中提取具有活性的蛋白质和酶；蛋白质和酶；(5)反胶团萃取技术的成本低，溶剂可反复使用等。反胶团萃取技术的成本低，溶剂可反复使用等。第88页/共119页2023/3/2189第89页/共119页2023/3/2190蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有机溶剂蛋白质进入反胶团溶液是一协同过程。在有机溶剂相和水相两宏观相界面间的表面活性剂层相和水相两宏观相界面间的表面活性剂层 ,同邻近同邻近的蛋白质分子发生静电吸引而变形的蛋白质分子发生静电吸引而变形 ,接着两界面形接着两界面形成含有蛋白质的反胶团成含有蛋白质的反胶团 ,然后扩散到有机相中然后扩散到有机相中 ,从从而实现了蛋白质的萃取。而实现了蛋白质的萃取。(可能机理）可能机理）改变水相条件改变水相条件 (如如pHpH值、离子种类或离子强度值、离子种类或离子强度 ),),又可使蛋白质从有机相中返回到水相中又可使蛋白质从有机相中返回到水相中 ,实现反萃实现反萃取过程。取过程。第90页/共119页2023/3/2191二、反胶束体系 在反胶束萃取的早期研究中多用季胺盐，目前用得最多的是AOT，其化学名为丁二酸乙基己基酯-磺酸钠。第91页/共119页2023/3/2192三、反胶束萃取过程 反胶束选择性分离目标蛋白质包括两个过程:萃取过程(forward extraction)和反萃取过程(backward extraction)。萃取过程:目标蛋白质从主体溶液转移至反胶束溶液中的过程；反萃取过程:目标蛋白质从反胶束溶液中转移至第二水相(或以固体的形式游离出来)的过程。这些过程可连续操作，反胶束可在两套系统中循环。第92页/共119页2023/3/2193 反胶束相反胶束相 混合器混合器1 1 分离器分离器1 1 混合器混合器2 2 分离器分离器2 2进料 前萃取 后萃取出料第93页/共119页2023/3/2194四、影响因素 表面活性剂的种类 早期用一种表面活性剂,现在混合体系的研究较多水相pH值 决定蛋白质表面带电基团的离子化状态,与表面活性剂的头部基团有相互作用.第94页/共119页2023/3/2195温度一般来说一般来说 ,温度的增加将使反胶团的含水量温度的增加将使反胶团的含水量下降下降 ,因而不利于蛋白质的萃取。通过提高因而不利于蛋白质的萃取。通过提高温度可以实现蛋白质的反萃取。温度可以实现蛋白质的反萃取。提高温度可使反胶束排斥水,起浓缩作用；离子强度 降低带电蛋白与反胶束极性基团的相互作用,并导致高离子强度下反胶束颗粒变小；亲和反胶束萃取 导入亲合配基,提高萃取率和选择性。第95页/共119页2023/3/2196五、五、反胶团萃取的应用反胶团萃取的应用 分离蛋白质混合物；分离蛋白质混合物；浓缩浓缩-淀粉酶；淀粉酶；从发酵液中提取胞外酶从发酵液中提取胞外酶；直接提取胞内酶；直接提取胞内酶；用于蛋白质复性。用于蛋白质复性。第96页/共119页2023/3/2197案例一：案例一：通过三步分离操作分离了核糖核酸酶通过三步分离操作分离了核糖核酸酶a、细胞色素细胞色素c和溶菌酶。和溶菌酶。第97页/共119页2023/3/2198第98页/共119页2023/3/2199通过调节水相通过调节水相pHpH值和值和KClKCl浓度来实现三种蛋白质的分浓度来实现三种蛋白质的分离。在离。在pH=9pH=9时，核糖核酸酶的溶解度很小，保留在时，核糖核酸酶的溶解度很小，保留在水相而与其他两种蛋白质分离；相分离后得到的反水相而与其他两种蛋白质分离；相分离后得到的反胶团相（含细胞色素胶团相（含细胞色素C C和溶菌酶）与和溶菌酶）与0.5 mol/L0.5 mol/L的的KClKCl水溶液接触后，细胞色素水溶液接触后，细胞色素C C被反萃取到水相，而溶菌被反萃取到水相，而溶菌酶留在反胶团相；含溶菌酶的反胶团与酶留在反胶团相；含溶菌酶的反胶团与2.0 mol/L 2.0 mol/L KClKCl，pHpH值为值为11.511.5的水相接触后，将溶菌酶反萃至水的水相接触后，将溶菌酶反萃至水相中。相中。第99页/共119页2023/3/21100案例二：案例二：胞内酶的提取胞内酶的提取第100页/共119页2023/3/21101第六节 超临界流体萃取法 超临界流体（supercritical fluid，简称SCF）萃取技术，又称压力流体萃取、超临界气体萃取、临界溶剂萃取等，是利用处于临界压力和临界温度以上的一些溶剂流体所具有特异增加物质溶解能力来进行分离纯化的技术。第101页/共119页2023/3/21102临界温度每种物质都有一个特定的温度，在这个温度以上，无论怎样增大压强，气态物质不会液化，这个温度就是临界温度。因此要使物质液化；首先要设法达到它自身的临界温度。有些物质如氨、二氧化碳等，它们的临界温度高于或接近室温，对这样的物质在常温下很容易压缩成液体。有些物质如氧、氮、氢、氦等的临界温度很低，其中氦气的临界温度为-268度。要使这些气体液化，必须相应的要有一定的低温技术，以使能达到它们各自的临界温度，然后再用增大压强的方法使它液化。第102页/共119页2023/3/21103临界压力 临界压力：物质处于临界状态时的压力（压强）。就是在临界温度时使气体液化所需要的最小压力。也就是液体在临界温度时的饱和蒸气压。各种物质的临界压力（压强）不同，如氧是4.87兆帕，氨是11兆帕，氯是7.46兆帕等。第103页/共119页2023/3/21104一、基本原理 当气体物质处于其临界温度(Tc)和临界压力(Pc)以上时，不会凝缩为液体，只是密度增大，具有许多特殊的物理化学性质；流体的密度接近于液体的密度,粘度接近于气体；在临界点附近,超临界流体的溶解度对温度和压力的变化非常敏感；第104页/共119页2023/3/21105选择超临界萃取的溶剂有哪些基本要求？选择超临界萃取的溶剂有哪些基本要求？(p69)第105页/共119页2023/3/21106利用CO2作为萃取剂主要有以下优点:(1)二氧化碳超临界温度(Tc=31.06)是所有溶剂中最接近室温的，可以在3540的条件下进行提取,防止热敏性物质的变质和挥发性物质的逸散。(2)在CO2气体笼罩下进行萃取,萃取过程中不发生化学反应;又由于完全隔绝了空气中的氧,因此,萃取物不会因氧化或化学变化而变质。第106页/共119页2023/3/21107(3)由于CO2无味、无臭、无毒、不可燃、价格便宜、纯度高、容易获得,使用相对安全。(4)CO2是较容易提纯与分离的气体,因此萃取物几乎无