生化工艺-第三章萃取.ppt

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1、第三章 萃取和浸取技术第一节 溶剂萃取第二节 浸取第三节 新型萃取技术学习目标n了解溶剂的互溶剂性规律，理解分配定律；n掌握溶剂萃取操作，会用有机溶剂进行溶质萃取，能对影响萃取效率的有关因素进行正确分析，正确处理萃取过程中相关问题；n理解浸取理论，掌握浸取操作，会用溶剂进行固体物料中溶质的提取，能对影响浸取效率的有关因素进行正确分析，正确处理浸取过程中相关问题；n理解双水相萃取系统构成原理，掌握双水相萃取操作；n了解超临界流体的性质，掌握超临界流体萃取操作；n了解反胶团概念及基本性质，理解反胶团的溶解作用，掌握反胶团萃取操作。萃取定义萃取定义n萃取萃取：利用溶质在两相之间分配系数的利用溶质在两

2、相之间分配系数的不同而使溶质实现分离的方法称为萃取。不同而使溶质实现分离的方法称为萃取。n萃取技术的发展萃取技术的发展 传统有机溶剂萃取传统有机溶剂萃取 液膜萃取、反胶团萃取液膜萃取、反胶团萃取 双水相萃取、超临界流体萃取双水相萃取、超临界流体萃取萃取技术分类n根据萃取剂类型分类：第一节第一节 溶剂萃取溶剂萃取n溶剂萃取：溶剂萃取：在欲分离在欲分离的液体混合物中加入的液体混合物中加入一种与其不溶或部分一种与其不溶或部分互溶的液体溶剂，形互溶的液体溶剂，形成两相系统，利用混成两相系统，利用混合液中各组分在两相合液中各组分在两相中溶解度的不同（或中溶解度的不同（或分配差异），而实现分配差异），而实

3、现混合液分离的操作。混合液分离的操作。溶剂萃取溶剂萃取l特点：处理量大、能耗低、速度快，且易特点：处理量大、能耗低、速度快，且易于实现连续操作和自动化控制。于实现连续操作和自动化控制。l应用：生物产物分离中用于抗生素、有机应用：生物产物分离中用于抗生素、有机酸、维生素等发酵产物的提取。酸、维生素等发酵产物的提取。液液-液萃取体系液萃取体系n原料液（原料液（F F）n溶质（溶质（A A）n原溶剂或稀释剂（原溶剂或稀释剂（B B）：）：n萃取剂（萃取剂（S S）液-液萃取过程n萃萃取取剂剂与与原原料料液液混混合合萃萃取取后后，将将分分成两相。成两相。n萃取相（萃取相（E E）n萃余相（萃余相（R

4、R）n萃萃取取相相和和萃萃余余相相都都是是A A、B B、S S的的均均相相混混合合物物，需需要要用用蒸蒸馏馏或或反反萃萃取取等等方法进行分离。方法进行分离。液-液萃取过程n萃取液（萃取液（EE）n萃余液（萃余液（RR）n分分离离得得到到的的萃萃取取剂剂S S供供循循环环使使用用。可可见见，进行萃取的体系是多相、多组分体系。进行萃取的体系是多相、多组分体系。液-液萃取过程 综上所述，液综上所述，液-液萃取操作包括下列步骤：液萃取操作包括下列步骤：原料液原料液F=（A+B）与萃取剂与萃取剂S的混合接的混合接触触,完成溶质（完成溶质（A）由原溶剂（由原溶剂（B）转溶转溶到萃取剂到萃取剂S的传质过程

5、；的传质过程；萃取相萃取相E与萃余相与萃余相F的分离；的分离；从两相中分别回收萃取剂从两相中分别回收萃取剂S S后，得到萃取后，得到萃取液液E和萃余液和萃余液R(最后得到产品的过程最后得到产品的过程)一、溶剂萃取的理论基础一、溶剂萃取的理论基础 原料液中的溶质原料液中的溶质A液液-液萃取涉及三种物质液萃取涉及三种物质原溶剂原溶剂B 加入的萃取剂加入的萃取剂SS与与B完全不溶（第一种萃取体系较少见）完全不溶（第一种萃取体系较少见）S与与B部部分分互互溶溶，形形成成一一对对部部分分互互溶溶的的混混合合液液（这里讨论的是第二种萃取体系这里讨论的是第二种萃取体系）S不不仅仅与与B部部分分互互溶溶，而而

6、且且与与A也也部部分分互互溶溶，形形成成两两对对部部分分互互溶溶的的混混合合液液（第第三三种种萃萃取取体体系系应应尽尽量避免）量避免）三组分体系三组分体系1、相似相溶原理n相似物易溶解在相似物中相似物易溶解在相似物中n相似体现在二个方面：相似体现在二个方面：一一是是结结构构相相似似。如如分分子子的的组组成成，官官能能团团，形形态结构和极性相似；态结构和极性相似；二二是是能能量量相相似似。即即溶溶质质A A与与溶溶剂剂S S的的相相互互作作用用力力相相似似。而而分分子子间间作作用用力力与与分分子子的的极极性性紧紧密密相相关，故关，故两种物质极性相似，则能互相溶解。两种物质极性相似，则能互相溶解。

7、2、溶剂的互溶性规律3 3、溶剂的极性、溶剂的极性 n分子的极性相似，是选择溶剂的重要依据之一。极性液体与极性液体易于相互混合，非极性液体与非极性液体易于相互混合。盐类和极性固体易溶于极性液体中，而非极性化合物易溶于低极性或没有极性的液体中。衡量一个化合物摩尔极化程度的物理常数是介电常数。4 4、分配定律、分配定律定定义义：在在恒恒温温恒恒压压条条件件下下，溶溶质质A在在互互不不相相溶溶的的两两相相中中达达到到分分配配平平衡衡时时，如如果果其其在在两两相相中中以以相相同同的的分分子子形形态态存存在在，则则其其在在两两相相中中的的平平衡衡浓浓度度之之比比为为常常数数，称为分配常数。称为分配常数。

8、K分配常数；分配常数；C2A在萃取相在萃取相E中的浓度，中的浓度，mol/L；C1A在萃余相在萃余相R中的浓度，中的浓度，mol/L。关于分配定律的几点说明：关于分配定律的几点说明：n分配定律的适用条件为：分配定律的适用条件为：n必须是稀溶液；必须是稀溶液；n溶质对溶剂的互溶度没有影响；溶质对溶剂的互溶度没有影响；n溶质在两相中是同一种分子形式。溶质在两相中是同一种分子形式。n分配常数分配常数K也不一定是常数也不一定是常数n不不同同物物系系具具有有不不同同的的K值值，同同一一物物系系的的K值值与与温温度度和和溶溶质质组组成成有有关关，当当溶溶质质浓浓度度较较低低或或溶溶质质组组成成变变化化不不

9、大大时时，在恒温恒压下在恒温恒压下K接近常数接近常数。K越大，萃取效果越好越大，萃取效果越好。5、相比、萃取因子、相比、萃取因子与萃取分率与萃取分率令：令：E称为萃取因子称为萃取因子 R=VE:VR称为相比称为相比 v萃取分率萃取分率（又称理论收率）是指萃取相中溶质（又称理论收率）是指萃取相中溶质的总量占原料液中溶质总量的百分数。的总量占原料液中溶质总量的百分数。n由由上上式式可可看看出出，当当分分配配系系数数K一一定定时时，相相比比R增增大大，即即萃萃取取剂剂体体积积增增大大，萃萃取取因因子子E提提高高，理理论论收收率率增增大大；当当相相比比R=1时时，即即等等体体积积萃萃取取时时，上式可写

10、为上式可写为n显显然然，当当分分配配系系数数K增增大大时时，萃萃取取因因子子E提提高高，理理论论收收率率也也增增大大，在在实实际际生生产产中中，一一般般选选用用分分配配系系数数K较较大大的的溶溶剂剂作作为为萃萃取取剂剂，以以提提高高萃萃取取操作的理论收率。操作的理论收率。6 6、分离因数、分离因数（选择性系数、（选择性系数、分离因子分离因子）n萃取中，不仅要求萃取中，不仅要求S对对A的效果好，而且要求的效果好，而且要求S尽可能与原溶剂尽可能与原溶剂B不互溶，这种性质称为溶不互溶，这种性质称为溶剂的选择性，通常用剂的选择性，通常用分离因数分离因数来表示。来表示。l分离因数分离因数值越大，说明值越

11、大，说明萃取分离的效果越好萃取分离的效果越好。若。若=1，表示表示A、B两组分在两组分在E相和相和R相中分配系数相等，相中分配系数相等，不能用萃取的方法对不能用萃取的方法对A、B进行分离。进行分离。7、萃取过程中的传质n萃取过程多为物理传质过程，即溶质从一个液相向另一个液相中的传递过程，但也有的过程伴有化学反应，即溶质与萃取剂反生化学反应生成萃合物后，再扩散到另一个液相中。就萃取过程的传质而言，目前还没有成熟的理论进行解释。笔者认为萃取过程类似于用一定浓度的溶液吸收气体中一个或多个组份的过程，对于不发生萃取反应的传质过程可近似用双膜理论去解释。n有助于提高传质速度的措施都有利于快速达到萃取平衡

12、。如提高温度、提高两个液相的相对运动速度（提高流速或加强搅拌）、提高分散相的分散程度增大相接触面积等（减小分散相的粒度）、增大萃取剂量、采用溶解度值更大的溶剂等。8、影响因素（1）萃取剂的选择萃取剂的选择n萃取剂的选择性：对萃取剂的选择性：对A的分配系数大，对原溶剂的分配系数大，对原溶剂B的分配系数小，分离因数的分配系数小，分离因数大；大；n价廉易得；价廉易得；n与原溶剂与原溶剂B不互溶；不互溶；n与原溶剂与原溶剂B有较大密度差，表面张力适中，相分有较大密度差，表面张力适中，相分散和相分离容易；散和相分离容易；n溶剂粘度小利于传质、混合和分离，节省能量溶剂粘度小利于传质、混合和分离，节省能量n

13、容易回收和再利用；毒性低，腐蚀性小，使用安容易回收和再利用；毒性低，腐蚀性小，使用安全；不与目标产物发生反应。全；不与目标产物发生反应。举例举例：常用于抗生素萃取的有机溶剂有醇类、乙：常用于抗生素萃取的有机溶剂有醇类、乙酸酯类及甲基异丁基甲酮等。酸酯类及甲基异丁基甲酮等。（2 2）温度的影响）温度的影响nT升升高高：溶溶质质溶溶解解度度增增大大，同同时时两两相相的的互互溶溶度度也也增增大，使萃取效果降低，甚至无法进行。大，使萃取效果降低，甚至无法进行。nT降降低低：溶溶解解度度减减小小。但但温温度度过过低低，溶溶剂剂粘粘度度增增大大，不利于传质。不利于传质。n许许多多生生物物产产物物在在高高温

14、温下下不不稳稳定定，易易失失活活，故故萃萃取取一一般应在低温下进行。般应在低温下进行。n选择适宜的操作温度选择适宜的操作温度（3 3）原溶剂）原溶剂pHpH值对溶剂萃取的影响值对溶剂萃取的影响 npH影响弱酸或弱碱性物质的解离平衡和分配平衡，使分配系数发生变化，直接影响产品收率；npH对生物产物稳定性的影响很大。如如青青霉霉素素在在pH=2时时，醋醋酸酸丁丁酯酯萃萃取取液液中中 青青 霉霉 素素 烯烯 酸酸 可可 达达 青青 霉霉 素素 含含 量量 的的12.5%，当当时时，青青霉霉素素几几乎乎全全部部分分配配在水相中在水相中（4 4）盐析作用对溶剂萃取的影响）盐析作用对溶剂萃取的影响 n无机

15、盐类如硫酸铵，氯化钠等在水相中的存在，一般可降低溶质A在水中的溶解度，使溶质A向有机相中转移。如萃取青霉素时加入NaCl，萃取维生素B12时添加（NH4）2SO4等。但盐析剂的添加要适量，用量过多时可能促使杂质也转入有机相。（5）萃取时间 n延长萃取时间有助于提高被萃取组份向有机相扩散，从而提高被萃取组份的萃取分率，但过分延长萃取时间对萃取分率的提高效果并不明显，特别是当萃取趋于萃取平衡时，萃取速率很小，延长时间没有实际意义，反而会降低设备的生产能力，同时加大了杂质在萃取相中的含量。（6）两相的体积比 n增大萃取剂与原溶剂的体积比，有助于提高被萃取组分向有机相的扩散，提高萃取分率，但两相的体积

16、比过大，也会使被萃取组分在萃取相中浓度的降低，不利于后序的处理，也加大有机溶剂回收的成本，同时也会使杂质成份在有机相中含量加大。（7）不连续相的分散程度 n不连续相的分散程度越大，越有利于提高两相的接触面积，有助于传质，提高萃取速度，提高被萃取组分的萃取分率，但过分分散对于两相分层不利，会使两相分层所需时间延长，也不利于萃取操作。不连续相的分散程度与两相的湍动程度有关，一般提高流速、加强搅拌，减小喷头喷嘴的孔径等有助于提高不连续相的分散程度。（8）原液中被萃取组分的浓度 n提高原液中被萃取组分的浓度，有助于提高萃取速度，有利于快速达到萃取平衡。但被萃取组分浓度提高也可能使杂质浓度提高，影响萃取

17、质量。二、操作方式及理论计算n工业萃取三步：混合、分离、溶剂回收n工业萃取设备分类：n按操作分类：间歇、连续；单级、多级（多级错流、多级逆流）单级萃取操作单级萃取操作特点：只用一个混合器和一个澄清器；流程特点：只用一个混合器和一个澄清器；流程最简单，但萃取效率不高，产物在水相中含量最简单，但萃取效率不高，产物在水相中含量仍较高。仍较高。理论收率理论收率萃取因子萃取因子萃余分率萃余分率由由于于萃萃取取剂剂与与原原料料液液互互溶溶度度较较小小，溶溶质质含含量量较较低低，故故可可认认为为VEVS，VRVF例例3-1已知已知20、的条件下，洁霉素在丁、的条件下，洁霉素在丁醇相和水相中的分配系数为醇相和

18、水相中的分配系数为18。当萃取剂。当萃取剂丁醇的用量与原料液（水相）的量相等时，丁醇的用量与原料液（水相）的量相等时，计算洁霉素的理论收率；当萃取剂丁醇的计算洁霉素的理论收率；当萃取剂丁醇的用量减少一半时，计算洁霉素的理论收率，用量减少一半时，计算洁霉素的理论收率，并分析计算结果。并分析计算结果。例例3-2青霉素在青霉素在0、的条件下，在醋、的条件下，在醋酸丁酯相和水相中的分配系数为酸丁酯相和水相中的分配系数为3535。当。当萃取剂醋酸丁酯的用量与原料液（水相）萃取剂醋酸丁酯的用量与原料液（水相）的量相等时，计算进行单级萃取的理论的量相等时，计算进行单级萃取的理论收率；当萃取剂丁醇的用量减少至

19、收率；当萃取剂丁醇的用量减少至1/41/4，计算青霉素的理论收率。，计算青霉素的理论收率。作业多级错流萃取操作特点：特点：=优点：由几个单级萃取单元串联组成，优点：由几个单级萃取单元串联组成，萃取剂分别加入各萃取单元；萃取推动力萃取剂分别加入各萃取单元；萃取推动力较大，萃取效率较高；较大，萃取效率较高；=缺点：仍需加入大量萃取剂，因而产品缺点：仍需加入大量萃取剂，因而产品浓度稀，需消耗较多能量回收萃取剂。工浓度稀，需消耗较多能量回收萃取剂。工业上该流程较少业上该流程较少它是单级萃取计算的多次重复它是单级萃取计算的多次重复当各级萃取因素当各级萃取因素E值都相同时，上式可写为：值都相同时，上式可写

20、为：例例3-33-3：已知在时，放线菌素：已知在时，放线菌素D D在乙酸乙酯相与水相在乙酸乙酯相与水相中的分配系数为中的分配系数为5757；原料液的处理量为；原料液的处理量为450450dmdm3 3/h/h（流量）流量），所用萃取剂的量之和为，所用萃取剂的量之和为39 39 dmdm3 3/h/h（流量）流量）v1 1、采用单级萃取时，放线菌素、采用单级萃取时，放线菌素D D的理论收率；的理论收率；v2 2、采用三错流萃取时，各级加入萃取剂的量均、采用三错流萃取时，各级加入萃取剂的量均为为13 13 dmdm3 3/h/h，计算放线菌素计算放线菌素D D的理论收率。的理论收率。v3 3、采用

21、三错流萃取时，各级加入萃取剂的量分、采用三错流萃取时，各级加入萃取剂的量分别为别为2020 dmdm3 3/h/h、10 dm10 dm3 3/h/h、9 dm9 dm3 3/h/h，放线菌素，放线菌素D D的的理论收率。理论收率。v4 4、对计算结果进行比较分析、对计算结果进行比较分析计算结果可看出：计算结果可看出：1 1、当萃取剂用量相同时，萃取级数越多，、当萃取剂用量相同时，萃取级数越多，理论收率越高；理论收率越高；2 2、多级错流萃取时，各级萃取剂流量相等、多级错流萃取时，各级萃取剂流量相等时，萃取率最大。时，萃取率最大。多级逆流萃取操作特点：由几个单级萃取单元串联组成，料特点：由几个

22、单级萃取单元串联组成，料液和萃取剂分别从两端连续加入，互成逆流液和萃取剂分别从两端连续加入，互成逆流接触；在三种操作方式中，萃取效率最高，接触；在三种操作方式中，萃取效率最高，萃取剂用量最少，因而工业上普遍采用。萃取剂用量最少，因而工业上普遍采用。当各级萃取因素当各级萃取因素E值都相同时，经值都相同时，经n级逆流萃取后，级逆流萃取后，理论收率可由下式计算理论收率可由下式计算例例3-43-4条件同例条件同例3-33-3：已知在时，放线菌素：已知在时，放线菌素D D在乙酸在乙酸乙酯相与水相中的分配系数为乙酯相与水相中的分配系数为5757；原料液的；原料液的处理量为处理量为450450dmdm3 3

23、/h/h（流量）流量），所用萃取剂的，所用萃取剂的量之和为量之和为39 39 dmdm3 3/h/h（流量）流量）计算采用采用三级逆流萃取时，放线菌计算采用采用三级逆流萃取时，放线菌素素D D的理论收率的理论收率。并与单级操作和并与单级操作和3 3级错流萃级错流萃取的理论收率比较分析。取的理论收率比较分析。计算结果可看出：计算结果可看出：1 1、同样条件下，多级逆流萃取的理论收率高、同样条件下，多级逆流萃取的理论收率高于多级错流萃取的理论收率于多级错流萃取的理论收率2 2、在萃取操作中相同条件下，萃取级数越高，、在萃取操作中相同条件下，萃取级数越高，萃取率越高，萃取越完全。即萃取率越高，萃取越

24、完全。即E E相同，相同，n n越大，越大，越大。当萃取级数越大。当萃取级数n n相同时，萃取因素相同时，萃取因素E E越越大，理论收率大，理论收率越高。越高。在实际生产中，由于两相分配一般不能达到相平衡、在实际生产中，由于两相分配一般不能达到相平衡、分相往往不完全、乳化问题等原因，实际收率比理分相往往不完全、乳化问题等原因，实际收率比理论收率要低得多。论收率要低得多。其他有机溶剂萃取技术1）微分萃取）微分萃取设备多为塔式设备。设备多为塔式设备。原料液与溶剂中密度较大者（称为重相）从塔顶加入，原料液与溶剂中密度较大者（称为重相）从塔顶加入，密度较小者自塔底加入。两相中其中有一相经分布器密度较小

25、者自塔底加入。两相中其中有一相经分布器分散成液滴（称为分散相），另一相保持连续（称为分散成液滴（称为分散相），另一相保持连续（称为连续相），分散的液滴在沉降或上浮过程中与连续相连续相），分散的液滴在沉降或上浮过程中与连续相逆流接触，进行溶质逆流接触，进行溶质A由由B相转移到相转移到S相传质过程，最相传质过程，最后轻相由塔顶排出，重相由塔底排出。塔内溶质在其后轻相由塔顶排出，重相由塔底排出。塔内溶质在其流动方向的浓度变化是连续的；需用微分方程来描述流动方向的浓度变化是连续的；需用微分方程来描述塔内溶质的质量守恒定律，因此称为微分萃取。塔内溶质的质量守恒定律，因此称为微分萃取。2）分馏萃取）分馏萃

26、取分馏萃取是对多级逆流萃取的溶质进入体系的位置进行了分馏萃取是对多级逆流萃取的溶质进入体系的位置进行了改进，料液从中间位置引入。分馏萃取显著提高了目标产物改进，料液从中间位置引入。分馏萃取显著提高了目标产物的纯度。的纯度。前前面面讨讨论论的的液液液液萃萃取取，萃萃取取剂剂与与溶溶质质之之间间不不发发生生化化学学反反应应，依依据据相相似似相相溶溶原原理理在在两两相相间间达达到到分分配配平平衡衡而而实实现现的的。这这类类萃萃取取称称为为物物理理萃萃取取。而而化化学学萃萃取取则则是是利利用用脂脂溶溶性性萃萃取取剂剂与与溶溶质质之之间间的的化化学学反反应应生生成成脂脂溶溶性性复复合合物物实实现现溶溶质

27、质向有机相的分配。向有机相的分配。离离子子对对/反反应应萃萃取取属属于于化化学学萃萃取取范范畴畴。在在萃萃取取过过程程中中，萃萃取取剂剂与与溶溶质质通通过过配配合合反反应应，酸酸碱碱反反应应或或离离子子交交换换反反应应生生成可溶性的配合物，实现从水相向有机相转移。成可溶性的配合物，实现从水相向有机相转移。3）离子对）离子对/反应萃取反应萃取三、溶剂萃取过程中的工艺问题及处理三、溶剂萃取过程中的工艺问题及处理 乳化现象乳化现象有机相乳化层水相 乳乳化化是是指指液液体体以以细细小小液液滴滴的的形形式式分分散散在在另另一一不相溶的液体中。不相溶的液体中。出现乳化现象有何不良影响？出现乳化现象有何不良

28、影响？乳化现象乳化现象 形形成成乳乳状状液液的的条条件件：互互不不相相溶溶的的两两相相溶溶剂剂和和表面活性物质（蛋白质、磷脂和固体微粒）。表面活性物质（蛋白质、磷脂和固体微粒）。乳状液及其类型乳状液及其类型乳状液乳状液分散体系。分散体系。类类型型油油包包水水（W/O W/O）型型和和水水包包油油（O/W O/W）型两大类型两大类乳状液稳定条件乳状液稳定条件=乳化剂乳化剂=表面活性剂表面活性剂表面活性剂在界面上的定向排列水包油（O/W）型 油包水（W/O）型破乳方法破乳方法n发酵液过滤或沉淀发酵液过滤或沉淀 n加热加热 n稀释法稀释法 n加电解质加电解质 n 转型法转型法 n顶替法顶替法第二节第

29、二节 浸取技术浸取技术 一、浸取基本知识和基本理论一、浸取基本知识和基本理论浸浸取取：是是指指用用溶溶剂剂把把固固体体物物中中的的某某些些可可溶溶组组分分提提取取出出来来，使使之之与与固固体体的的不不溶溶部部分分（或或称称惰惰性性物物）分离的过程。分离的过程。被萃取的物质在原固体中形态：被萃取的物质在原固体中形态：固体形式固体形式也可能以也可能以液体形式液体形式（如挥发物或植物油）（如挥发物或植物油）溶剂从固体颗粒中浸取可溶性物质，其过程一溶剂从固体颗粒中浸取可溶性物质，其过程一般包括般包括浸润、渗透、解吸、溶解及扩散浸润、渗透、解吸、溶解及扩散等几个相等几个相互联系的综合作用结果。互联系的综

30、合作用结果。（一）浸取体系与扩散（一）浸取体系与扩散浸取过程中的相平衡可用分配系数浸取过程中的相平衡可用分配系数KD表示表示式中式中 y 达到平衡时溶质在液相中的浓度；达到平衡时溶质在液相中的浓度；x 平衡时溶质在固相中的浓度。平衡时溶质在固相中的浓度。在在浸浸取取过过程程中中，若若y和和x用用体体积积浓浓度度（kg/m3）表表示示，KD值值一一般般为为常常数数，但但如如果果用用质质量量浓浓度度（kg/kg）表表示示，则则KD会会发发生生变变化化；因因为为在在浸浸取取过过程程中中，随随溶溶质质的的浸浸出出，固固体体内内外外的的溶溶液液密度将发生变化。密度将发生变化。（二）浸取相平衡（二）浸取相

31、平衡（一）固体物料颗粒度的影响一）固体物料颗粒度的影响 根据扩散理论，固体颗粒度越小，固液两相接触界面根据扩散理论，固体颗粒度越小，固液两相接触界面越大，扩散速率越大，传质速率越高，浸出效果越大，扩散速率越大，传质速率越高，浸出效果另一方面也会使有害物质浸出量增大，给下一步的分另一方面也会使有害物质浸出量增大，给下一步的分离纯化造成困难离纯化造成困难另外，过度粉碎将消耗大量能量，且另外，过度粉碎将消耗大量能量，且使液体的流动阻使液体的流动阻力增大而不利于浸取。力增大而不利于浸取。二、影响浸取过程的因素二、影响浸取过程的因素1浸取溶剂的选择浸取溶剂的选择（1）浸取溶剂的选择原则）浸取溶剂的选择原

32、则分配系数分配系数KD大，选择性要高；大，选择性要高；溶解度要大溶解度要大，以节省溶剂用量；以节省溶剂用量；溶溶剂剂与与目目标标产产物物之之间间性性质质差差异异大大，在在产产品品中中易易于于去去除除，而而且便于溶剂的回收利用；且便于溶剂的回收利用；扩散系数要大。扩散系数要大。价价格格低低廉廉，黏黏度度小小，无无腐腐蚀蚀性性，无无毒毒，闪闪点点高高，无无爆爆炸炸性性等。等。（二）浸取溶剂的影响（二）浸取溶剂的影响 水水 最常用的一种极性浸取溶剂最常用的一种极性浸取溶剂。乙醇乙醇 是仅次于水的常用的一种半极性浸取剂是仅次于水的常用的一种半极性浸取剂常用的浸取溶剂主要有：水、乙醇、丙酮、乙醚、常用的

33、浸取溶剂主要有：水、乙醇、丙酮、乙醚、氯仿、乙酸乙酯等。氯仿、乙酸乙酯等。（2）浸取辅助剂）浸取辅助剂常用的浸取辅助剂：常用的浸取辅助剂：酸酸：维维持持一一定定的的pH，可可使使有有机机酸酸游游离离，使使碱碱性性物物质质沉沉淀淀；常用的酸有盐酸、硫酸、冰醋酸、酒石酸等。常用的酸有盐酸、硫酸、冰醋酸、酒石酸等。碱碱：可可使使某某些些物物质质水水解解，使使酸酸性性物物质质沉沉淀淀；常常用用的的碱碱为为氨水、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸钠等。氨水、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸钠等。表面活性剂：表面活性剂：有助于有机物的溶解，提高浸取效果。有助于有机物的溶解，提高浸取效果。浸浸取取溶溶剂剂的的选选择择是是关关键键

34、问问题题，而而溶溶剂剂的的用用量量也也是是浸取过程的重要问题。浸取过程的重要问题。浸浸取取溶溶剂剂用用量量大大，溶溶质质的的浸浸取取率率高高，但但溶溶剂剂消消耗耗量大，进一步分离难度增加，使生产成本提高。量大，进一步分离难度增加，使生产成本提高。2浸取溶剂用量及浸取次数浸取溶剂用量及浸取次数通通过过调调整整浸浸取取溶溶剂剂的的pH值值，可可使使浸浸取取的的选选择择性性提提高高，如如用用酸酸性性溶溶剂剂提提取取生生物物碱碱，用用碱碱性性溶溶剂剂提取皂甙等。提取皂甙等。3浸取溶剂浸取溶剂pH值值1.浸取温度浸取温度2.搅拌搅拌3.浸取时间浸取时间（三）浸取操作条件的影响（三）浸取操作条件的影响v浸

35、取过程达平衡前，时间与浸取量成正比；浸取过程达平衡前，时间与浸取量成正比；v达平衡时，浸取量为最大，但所需时间较长，影响生产达平衡时，浸取量为最大，但所需时间较长，影响生产效率。效率。v当扩散达到平衡后，时间不起作用。当扩散达到平衡后，时间不起作用。v当当固固体体物物料料组组织织密密实实，较较难难被被浸浸取取溶溶剂剂浸浸润润，提提高高浸浸取取压压力力，促促进进浸浸润润的进行，提高固体物料组织内充满溶剂的速度，缩短浸取时间；的进行，提高固体物料组织内充满溶剂的速度，缩短浸取时间；v在在较较高高压压力力下下的的渗渗透透，还还可可将将固固体体物物料料组组织织内内的的某某些些细细胞胞壁壁破破坏坏，利利

36、于于溶质的浸出。溶质的浸出。一一旦旦固固体体物物料料被被完完全全浸浸透透而而充充满满溶溶剂剂后后，加加大大压压力力对对浸浸出出速速率率的的影影响响将将迅速减弱。迅速减弱。4浸取压力浸取压力目前生产中常用两种加压方式进行浸取目前生产中常用两种加压方式进行浸取:密闭升温使压力升高；密闭升温使压力升高；通过加压设备使压力升高，但不升温。通过加压设备使压力升高，但不升温。实验证明，常压煮提（水温实验证明，常压煮提（水温100，kPa）与加压煮提（水温与加压煮提（水温6590，表压，表压 200500kPa）的有效成分浸出率相同，而加压煮提浸出时间可的有效成分浸出率相同，而加压煮提浸出时间可节省一半，固

37、液比也有所提高；但需考虑因加压、加热可能造成的有效节省一半，固液比也有所提高；但需考虑因加压、加热可能造成的有效成分破坏问题。故浸取的操作温度和压力需慎重选择，一般通过实验确成分破坏问题。故浸取的操作温度和压力需慎重选择，一般通过实验确定。定。（一）浸取方法（一）浸取方法以中药材为例主要包括以中药材为例主要包括浸渍法、煎煮法和渗漉法浸渍法、煎煮法和渗漉法。1浸渍法浸渍法常常用用于于制制备备药药酒酒、酊酊剂剂；浸浸出出效效率率差差。中中国国药药典典中中规规定定了了浸渍方法：浸渍方法：取适当粉碎的药材，置于有盖容器中；加入规定量的溶剂，取适当粉碎的药材，置于有盖容器中；加入规定量的溶剂，密闭搅拌或

38、振摇，浸渍密闭搅拌或振摇，浸渍35h或规定的时间，使有效成分浸出或规定的时间，使有效成分浸出倾取上清液，滤过，压榨残渣，收集压榨液和滤液合并，静置倾取上清液，滤过，压榨残渣，收集压榨液和滤液合并，静置24h，滤过即得。滤过即得。由于浸取液的浓度代表着一定量的药材，故对浸取液不应由于浸取液的浓度代表着一定量的药材，故对浸取液不应进行稀释或浓缩，制备时应掌握好浸取溶剂的用量。进行稀释或浓缩，制备时应掌握好浸取溶剂的用量。三、浸取方法、工艺与设备煎煎煮煮法法适适用用于于有有效效成成分分能能溶溶于于水水，对对湿湿热热较较稳稳定定的的药药材材。但但煎煎煮煮法法浸浸出出的的成成分分比比较较复复杂杂，对对精

39、精制制不不利利；而而在在中中医医用用药药方方面面，对对于于有有效效成成分分尚尚未未搞搞清清的中草药或方剂，通常采用煎煮法。的中草药或方剂，通常采用煎煮法。2煎煮法煎煮法渗渗漉漉法法是是往往药药材材粗粗粉粉中中不不断断加加入入浸浸取取溶溶剂剂，使使其其渗渗过过药药粉粉，从从下下端端出出口口收收集集流流出出的的浸浸取取液液的的浸浸取取方方法法.浸浸出出效效果果优优于于浸浸渍渍法法，提提取取也也较较完完全全，而而且且也也省省去去了了分分离离浸浸取取液液的的时时间间和和操操作作。对对于于非非组组织织药药材材，因因溶溶剂剂浸浸泡泡使使其其软软化化成成团团而而堵堵塞塞孔孔隙隙，使使溶溶剂剂无无法法透透过过

40、药材，故不宜用渗漉法。药材，故不宜用渗漉法。渗漉法的操作主要包括：渗漉法的操作主要包括：润湿膨胀润湿膨胀 药材装填药材装填渗漉渗漉3渗漉法渗漉法（二）浸取工艺（二）浸取工艺适当的浸取工艺是保证浸出液质量、提高浸出效适当的浸取工艺是保证浸出液质量、提高浸出效率、节约工效、降低成本的关键。率、节约工效、降低成本的关键。1单级浸出工艺单级浸出工艺工工艺艺：单单级级浸浸出出是是指指将将药药材材和和溶溶剂剂一一起起加加入入浸浸取取设设备备中中，经经一一定定时时间间浸浸取取后后，放放出出浸浸取取液液和和固固体体物物的的过程。过程。浸浸出出速速度度随随着着时时间间的的进进行行逐逐渐渐减减慢慢，直直至至达达到

41、到平平衡状态。衡状态。特特点点：单单级级浸浸出出工工艺艺比比较较简简单单，常常用用于于小小批批量量生生产产，其其缺缺点点是是浸浸取取时时间间长长，固固体体相相中中含含有有一一定定的的浸浸取取液，浸出率低，浸取液的浓度小，浓缩时消耗能量大液，浸出率低，浸取液的浓度小，浓缩时消耗能量大 温渗法：将浸取器内的温度控制在温渗法：将浸取器内的温度控制在4050，较，较好地运用了温度对加速浸出的有利因素，减少较高温好地运用了温度对加速浸出的有利因素，减少较高温度对浸取成分的破坏，降低了无效成分的浸出率；其度对浸取成分的破坏，降低了无效成分的浸出率；其浸取率高于渗漉法，但浸取液的澄明度不及渗漉法。浸取率高于

42、渗漉法，但浸取液的澄明度不及渗漉法。单单级级回回流流浸浸出出又又称称索索氏氏提提取取，其其工工艺艺过过程程见见图图，主主要要用用于于酒酒提提或或有有机机溶溶剂剂（如如醋醋酸酸乙乙酯酯、氯氯仿仿等等）浸浸提提。由由于于溶溶剂剂的的回回流流，使使溶溶剂剂与与药药物物细细胞胞组组织织内内的的有有效效成成分分之之间间始始终终保保持持较较大大的的浓浓度度差差，加加快快了了浸浸取取速速度度，提提高高了了浸浸取取率率，而而且且最最后后放放出出的的浸浸取取液液已已是是浓浓缩缩液液。此此法法生生产产周周期期一一般般约约为为10h，浸浸取取液液受受热热时时间间较较长长，对于热敏性药物成分的浸取是不利的。对于热敏性

43、药物成分的浸取是不利的。2单级回流浸出工艺及温渗法浸出工艺单级回流浸出工艺及温渗法浸出工艺单单级级循循环环浸浸出出是是将将浸浸出出液液循循环环流流动动，使使固固液液两两相相在在浸浸取取器器中中发发生生相相对对运运动动，从从而而提提高高浸浸取取速速度度。在在循循环环浸浸出出工工艺艺中中，固固体体物物成成为为自自然然滤滤层层，浸浸取取液液经经过过多多次次的的循循环环过过滤滤，使使浸浸取取液液澄澄明明度度好好；由由于于整整个个浸浸取取过过程程可可以以是是密密闭闭的的，在在用用易易挥挥发发溶溶剂剂浸浸提提时时，溶剂消耗量小；但此方法的浸取剂用量较大。溶剂消耗量小；但此方法的浸取剂用量较大。3单级循环浸

44、出工艺单级循环浸出工艺若若固固相相中中含含有有一一定定的的浸浸取取液液，将将会会使使有有效效成成分分的的浸浸取取收收率率降降低低；为为了了提提高高浸浸取取收收率率，减减少少有有效效成成分分的的损损失失，可可采采用用多多次次浸浸渍渍法法。它它可可以以采采用用将将一一定定量量的的溶溶剂剂分分多多次次加加入入，而而达达到到多多次次浸浸取取目目的的；也也可可以以采采用用将将固固体体药药材材分分成成多多份份，溶溶剂剂依依次次进进行行浸浸取取，而而实现多级浸出工艺。实现多级浸出工艺。固固相相中中含含有有的的浸浸取取液液浓浓度度越越高高，有有效效成成分分的的损损失失越越大大，多多级级浸浸取取可可使使固固相相

45、中中的的浸浸取取液液浓浓度度降降低低，提提高浸取收率，但浸渍次数过多也并无实用意义。高浸取收率，但浸渍次数过多也并无实用意义。4多级错流浸出工艺多级错流浸出工艺此此工工艺艺是是在在循循环环浸浸出出法法的的基基础础上上发发展展起起来来的的，它它主主要要保保持持了了循循环环浸浸取取法法的的优优点点，同同时时克克服服了了溶溶剂剂用用量量大大的的缺缺点。如图所示为罐组式逆流提取法工艺流程示意。点。如图所示为罐组式逆流提取法工艺流程示意。罐罐组组式式的的提提取取罐罐数数越越多多，相相应应的的浸浸取取率率越越高高；浸浸取取液液浓浓度度越越大大，溶溶剂剂用用量量越越少少；但但是是相相应应的的设设备备投投资资

46、增增大大，生生产产周周期期延延长长，耗耗能能增增加加。从从操操作作的的实实际际情情况况看看，奇奇数数罐罐组组不不及及偶偶数数罐罐组组更更有有规规律律性性，因因此此一一般般采采用用4罐罐或或6罐为佳。罐为佳。5多级逆流浸出工艺多级逆流浸出工艺四、液四、液-固萃取应用固萃取应用最生活化的浸取技术最生活化的浸取技术1）茶）茶2）药酒）药酒-人参，鹿茸、红花草、人参，鹿茸、红花草、雷公藤雷公藤3）张光）张光101毛发再生精毛发再生精冶金冶金食品工业上的应用食品工业上的应用咖啡分离咖啡分离食品工业上的应用食品工业上的应用 地高辛中药现代化的重要工具中药现代化的重要工具 脂类的分级分离（营养、诊断试剂、脂

47、质体）中药现代化的重要工具第三节 新型萃取技术双水相萃取n双水相系统：双水相系统：某些亲水性某些亲水性高分子聚合物或亲水性聚高分子聚合物或亲水性聚合物与无机盐之间，在水合物与无机盐之间，在水中超过一定浓度后可形成中超过一定浓度后可形成不相容的两相，并且两相不相容的两相，并且两相中水分占很大比例的系统。中水分占很大比例的系统。双水相系统双水相系统PEG=聚已二醇聚已二醇(polyethyleneglycol)Kpi=磷酸钾磷酸钾DX=葡聚糖葡聚糖(dextran)一、双水相系统萃取原理1 1.形成原因形成原因 聚合物的不相容性，即聚合物分子的空间阻碍作用，聚合物的不相容性，即聚合物分子的空间阻碍

48、作用，无法形成均一相，具有相分离倾向，一定条件下分无法形成均一相，具有相分离倾向，一定条件下分成两相。成两相。另外组成和密度另外组成和密度、溶解度也是形成原因。、溶解度也是形成原因。n常用于分离的双水相系统常用于分离的双水相系统p50：n双聚合物：聚乙二醇双聚合物：聚乙二醇(PEG)/PEG)/葡聚糖葡聚糖(Dx)(Dx)。该系统上相富。该系统上相富含含PEGPEG，下相富含，下相富含D Dx x；n聚合物与无机盐：聚合物与无机盐：聚乙二醇聚乙二醇(PEG)/PEG)/磷酸钾（磷酸钾（KPi)KPi)。该系该系统统上相富含上相富含PEGPEG，下相富含，下相富含KPiKPi。2 2双水相相图双

49、水相相图 当两种高聚物的水溶液以不同的比例混合时，当两种高聚物的水溶液以不同的比例混合时，可形成均相或两相，将其标绘在直角坐标图上，即可形成均相或两相，将其标绘在直角坐标图上，即为双为双水相系统相图水相系统相图。反映：双水相反映：双水相形成条件形成条件 平衡时两相组成之间的平衡时两相组成之间的定量关系定量关系 双水相萃取双水相萃取-相图相图临界点临界点双节线双节线系线系线v在临界点处在临界点处 分配系数为分配系数为1vTC(k)B：双双节线节线图中曲线。图中曲线。双节线以下的双节线以下的区域为均相区区域为均相区,以上的区域为以上的区域为两相区两相区 vTMB：系系线线连接双节连接双节线上两点的

50、线上两点的直线。直线。系线反映的信息系线反映的信息:1、系线长度、系线长度：衡量两相间相对：衡量两相间相对差别的尺度。越长则两相间性质差别的尺度。越长则两相间性质差别越大，反之则越小；趋向于差别越大，反之则越小；趋向于零时，（双节线上的点，临界点）零时，（双节线上的点，临界点），两相差别消失，成为均一相。，两相差别消失，成为均一相。2、杠杆定则：、杠杆定则：同一系线上各点同一系线上各点分成的两相，组成相同，体积不分成的两相，组成相同，体积不同。两相体积近似服从杠杆规则。同。两相体积近似服从杠杆规则。3、K(C)：临界点临界点当系线长度当系线长度趋于零时趋于零时,两相差别消失两相差别消失,任任何