天津科技大学-生物分离工程总结

天津科技⼤学-⽣物分离⼯程总结
⽣物分离⼯程复习资料
⼀、绪论
从发酵液、反应液和培养液中分离、精制有关产品的过程称为⽣物分离⼯程（Bio-Separations Engineering）亦称下游技术（Downstream Processing）
⽣物产品的成本构成
传统液体混合物产品（分离成本约10%）
啤酒、葡萄酒等发酵饮料（简单固液分离和⽆菌处理）
⼩分⼦⽣物产品（分离成本约30%，分离、精制部分的投资占整个投资的60% ）
酒精，丙酮，丁醇，抗⽣素，有机酸，核酸，酶制剂，单细胞蛋⽩
)
⽣物活性产品（分离成本约占整个⽣产费⽤的80%-90%）
动物细胞培养
植物细胞培养
基因⼯程发酵产品
如：疫苗、单克隆抗体（规模⼩，纯度要求⾼）
原料及产品特性：成分复杂（细胞、代谢物、培养基残余物）⽬标产物浓度低（1%---10%，杂质含量⾼）收率低易失活不稳定性
收率计算：由于起始浓度低，杂质多，⽽产品要求纯度⾼，因此常需好⼏步操作，其结果使得⽣物产品的收率较低。

例：假设每步操作的收率为90%，若包含3步操作，则总收率为（）=%，若包含6步操作，则总收率真为%。

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⽣物分离过程设计的原则：时间短(放罐后必须尽快提取) 温度低PH适中清洁卫⽣，勤清洗消毒。

⽣物安全（bio-safety）问题，要在密闭状态下将菌体排放到指定位置防⽌菌体扩散。

⽣物下游技术的⼀般操作流程：发酵液→预处理→固液分离→固：细胞（液：发酵液）→细胞破碎→细胞碎⽚分离→初步纯化→⾼度纯化（精制）→成品加⼯
⼯业应⽤的⽣物分离技术
回收技术: 絮凝，离⼼，过滤，微过滤。

细胞破碎技术: 球磨，⾼压匀浆，化学破碎技术超声波酶
初步纯化技术: 沉淀，离⼦交换，萃取，膜分离技术，盐析法，有机溶剂沉淀
^
成品加⼯喷雾⼲燥，⽓流⼲燥，沸腾⼲燥，冷冻⼲燥，结晶
细胞碎⽚的分离（与细胞液⽐重相差不⼤，故较难分离）：膜分离、梯度离⼼、双⽔相萃取提取⽅法：吸附、沉淀、萃取、超滤、结晶
精制⽅法：重结晶、离⼦交换、⾊谱分离、膜分离成品加⼯⽅法：浓缩、⼲燥、⽆菌过滤、成型
分离效率的评价：评价⼀个分离过程的效率主要有三个标准。

即：⽬标产物浓缩程度(concentration factor) 分离纯化程度(separation factor) 回收率(recovery rate)
C-浓度、F-流速下标：T-⽬标产物、X -杂质、c-原料、p-产品、w-废料例如C TC ：指原料中⽬标产物的浓度 (
Fc Fp
原料分离器
产品 C TC C TX C TP C XP F W C TW C XW
废料
m T =C TP /C TC m X = C XP /C XC α= （C TP /C TC ）/( C XP /C XC )=m T /m X =A P /A C
R=F P C TP /F C C TC ×100% R=V P C TP /V C C TC ×100% C 、P 、W 分别表⽰原料、产品和浓缩率m ：
⼆、预处理
预处理的⽬的：有利于固液分离;变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提⾼固液分离器的效率（改善发酵液过滤特性）；尽可能使产物转⼊便于后处理的⼀相中（多数是液相）；去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。

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发酵培养液的特性:成分复杂;⽬标产物浓度低;浮物颗粒⼩，（相对）密度与液相相差不⼤，故较难分离；可压缩性⼤，粘稠，⾮⽜顿流体，流变⾏为复杂；性质不稳定，随时间发⽣变化。

含有⼤量杂质。

由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与许多杂质夹杂在⼀起，同时发酵液或⽣物溶液⼜属于⾮⽜顿型流体，所以必须进⾏预处理。

常⽤的改善发酵液过滤特性的⽅法及原理：加⽔稀释降低液相粘度提⾼过滤速率。

升温降低液相粘度提⾼过滤速率。

调整PH 改变电荷性质和温度，使两性物质溶解度下降，产⽣絮凝，继⽽沉淀。

凝聚与絮凝采⽤凝聚与絮凝，促使胶体物质分离。

加⼊助滤剂改变固相可压缩性，助滤剂是⼀种不可压缩的多孔微粒，主要使滤饼疏松，滤速加⼤。

加⼊反应剂使某些物质沉淀或分解。

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凝聚：是指在电解质作⽤下，由于胶粒之间双电层排斥电位的降低⽽使胶体体系不稳定的现象。

胶体脱稳后粒⼦相互聚集成１mm ⼤⼩块状凝聚体的过程。

絮凝：是指在某些⾼分⼦絮凝剂存在下，基于桥架作⽤，使胶粒形成较⼤絮凝团的过程。

胶体粒⼦交联成⽹，形成10mm ⼤⼩絮凝团的过程。

其中絮凝剂主要起架桥作⽤。

可见絮凝颗粒⼤于凝聚颗粒
电解质的凝聚能⼒可⽤凝聚值来表⽰，使胶粒发⽣凝聚作⽤的最⼩电解质浓度（毫摩尔／升），称为凝聚值。

在发酵液中加⼊具有⾼价阳离⼦的电解质，由于能降低ζ电位和脱除胶粒表⾯的⽔化膜，就能导致胶粒间的凝聚作⽤。

菌体和蛋⽩质表⾯⼀般带负电荷，吸引正电荷⽽形成双电层，加⼊电解质后，双电层被破坏，使菌体或蛋⽩质脱稳的过程叫异电离作⽤。

反离⼦的价数越⾼，凝聚值就越⼩，即凝聚能⼒越强，阳离⼦对带负电荷的胶粒凝聚能⼒的次序为A13＋＞Fe3+＞H＋＞Ca2⼗＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+
絮凝剂是⼀种能溶于⽔的⾼分⼦聚合物，当⼀个⾼分⼦聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表⾯上，产⽣桥架联接时，就形成较⼤的絮团，这就是絮凝作⽤。

聚丙烯酰胺类絮凝剂有毒，有时絮凝时还加⼊助凝剂。

…
根据来源不同常⽤絮凝剂有:有机⾼分⼦聚合物⽆机⾼分⼦聚合物天然有机⾼分⼦絮凝剂微⽣物絮凝剂
根据活性基团在⽔中解离情况不同，可分为⾮离⼦型、阴离⼦型（含有羧基）和阳离⼦型（含有胺基）三类。

对于带负电荷的菌体或蛋⽩质来说，采⽤阳离⼦⾼分⼦絮凝剂，同时具有降低胶粒双电层电位和产⽣吸附桥架的双重机理，所以可单独使⽤。

对于⾮离⼦型和阴离⼦型⾼分⼦絮凝剂，则主要通过分⼦间引⼒和氢键作⽤产⽣吸附桥架，所以它们常与⽆机电解质凝聚剂搭配使⽤。

⾸先加⼊电解质，使悬浮粒⼦间的双电层电位降低，脱稳，凝聚成微粒，然后再加⼊絮凝剂絮凝成较⼤的颗粒，⽆机电解质的凝聚作⽤为⾼分⼦絮凝剂的架桥创造了良好的条件，从⽽⼤⼤提⾼了絮凝的效果。

这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝
助滤剂是⼀种不可压缩的多孔微粒，主要使滤饼疏松，滤速加⼤。

使⽤助滤剂后，悬浮液中⼤量的细微胶体粒⼦被吸附到助滤剂的表⾯上，从⽽改变了滤饼结构，它们可压缩性下降了，过滤阻⼒降低了，常⽤的助滤剂有：硅藻⼟、纤维素、⽯棉粉、珍珠岩、⽩⼟、炭粒、淀粉等，最常⽤的是硅藻⼟
助滤剂的使⽤⽅法:⼀种是在过滤介质表⾯预涂助滤剂；另⼀种是直接加⼊发酵液。

直接加⼊发酵液时，需要⼀个带搅拌器的混合槽，充分搅拌混合均匀，防⽌分层沉淀。

加⼊反应剂（⽬的：消除杂质，使杂质沉淀，作为助滤剂，防⽌菌丝结块）
发酵液的相对纯化：发酵液中杂质很多，这些杂质⼀⽅⾯影响产品质量和收得率，另⼀⽅⾯对后继提取和精制有很⼤的影响。

⾼价⽆机离⼦的存在，在采⽤离⼦交换法提取时，会影响树脂对⽣物物质的交换容量。

可溶性蛋⽩质的存在。

a.在采⽤离⼦交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能⼒。

b.在有机溶剂法或双⽔相萃取时，易产⽣乳化现象，使两相分离不清。

c.在常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞或受污染，影响过滤速率。

'
发酵液中主要的⽆机离⼦有Ca2+、Mg2+、Fe3+等。

去除钙离⼦，宜加⼊草酸。

但草酸溶解度较⼩，故⽤量⼤时，可加⼊其可溶性盐，如草酸钠。

反应⽣成的草酸钙还能促使蛋⽩质凝固，提⾼滤液（也称为原液）质量。

但草酸价格较贵，应注意回收。

草酸的回收：在废液中加⼊硫酸铅，在60℃下反应⽣成草酸铅。

后者在90⼀95℃下⽤硫酸分解，经过滤、冷却、结晶后可以回收草酸。

草酸镁的溶解度较⼤，故加⼊草酸不能除尽镁离⼦。

要除去镁离⼦，可以加⼊三聚磷酸钠Na5P3O10，它和镁离⼦形成可溶性络合物：Na5P3O10＋Mg2+→MgNa3P3O10＋2Na+
⽤磷酸盐处理，也能⼤⼤降低钙离⼦和镁离⼦的浓度。

要除去铁离⼦，可加⼊黄⾎盐，使形成普鲁⼠蓝沉淀:4Fe3+ + 3K4Fe(CN)6→Fe4[Fe(CN)6]3↓+ 12K+
杂蛋⽩质的除去：沉淀法；变性法；吸附法
三、固液分离
)
固液分离的⽅法很多，在⽣物⼯业中常⽤的有如下⼏种：分离筛、重⼒沉降、浮选分离、离⼼分离、介质过滤。

重⼒沉降：利⽤重⼒作⽤，使重于液体的固体沉淀⽽分离。

特点：①不能获得较⼲的固体，常⽤于⼤量料液的浓缩②适⽤于固体颗粒⼤，液固⽐重差⼤的场合③运转费⽤少，占地⾯积⼤④添加凝聚剂可帮助沉淀。

实例：①培养基沉清——如酵母⼚糖蜜处理②味精⼚采⽤等电点法从发酵液中提取⾕氨酸③酶制剂⼚⽤盐析未能提取酶蛋⽩。

浮选分离：在悬浮液中通⽓，使固体颗粒附着于⽓泡表⾯⽽除去。

悬浮液——>细⼩颗粒附着于⽓体表⾯——>刮去⽓泡→通⼊空⽓
适应性：⽤于液固⽐重差⼩，颗粒约5-30um的场合。

实例：酒精糟液⼆级分离，污⽔处理等。

离⼼分离：利⽤离⼼⼒使固液分离。

离⼼沉降——分离1um-1mm之间的颗粒；离⼼过滤——分离⼤于100 um的颗粒。

介质过滤：利⽤介质拦截或吸附颗粒物重⼒过滤——重⼒真空过滤——真空⼒加压过滤——外在压⼒
'
固体中⽔分除去⽅法的能耗：介质过滤离⼼浓缩传导⼲燥对流⼲燥能耗逐渐增加
过滤分离：按过滤原理的不同，过滤⽅法基本上可分为两种：澄清过滤——过滤介质起主要的过滤作⽤；滤饼过滤——滤饼起主要的过滤作⽤
澄清过滤：藻⼟过滤机原理：悬浮液通过过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层颗粒上⽽得以澄清。

悬浮液——>通过颗粒滤层——.阻拦或吸附作⽤——>澄清适应性：固形物含量少<%(v)），颗粒直径在5-100um的悬浮液。

如污⽔、麦芽汁、酒类饮料等。

滤饼过滤：原理：当悬浮液通过滤布时，料液中的固体颗粒被阻拦，⽽逐渐形成滤饼，滤饼⾄⼀事实上厚度时即起过滤作⽤，使悬浮液得以澄清。

悬浮液——>通过滤布——>形成滤饼——>澄清
过滤设备的选择，选择过滤设备时，要充分研究各⽅⾯的条件，然后决定最经济的过滤机，⼀般情况下，主要从以下⼏⽅⾯考虑：①被过滤液的固形物含量②⽣产规模③操作条件④操作要求
①被过滤液的固形物含量
A．固形物含量>20%。

在数秒钟内即可成50mm以上厚度的滤饼。

#
⼤型⽣产——连续真空过滤机，带式过滤机⼩型⽣产——吸滤槽
B．固形物含量10-20%，在30秒到⼏分钟内形成50mm厚的滤饼。

⼤型⽣产——连续真空转⿎过滤机，圆盘式过滤机⼩型⽣产——吸滤槽、板框过滤机
C．固形物含量1-10%，多采⽤间歇式板框过滤机
D．固形物含量%，预涂助滤剂的间歇式过滤设备
E．固形物含量<%，采⽤澄清过滤
②⽣产规模：⼤规模⽣产——连续式⼩规模⽣产——间歇式
③操作条件挥发性，有毒物料——封闭式温度⾼，产蒸⽓较多时——不宜采⽤真空过滤
：
④操作要求料液的腐蚀性（PH，含氯离⼦等）通常真空过滤机的耐磨蚀问题⽐加压过滤机更难处理，加⼯制作复杂。

过滤介质的种类很多，主要有以下⼏种：①颗粒：砂，颗粒活性碳、硅藻⼟、铁矿砂等。

充填于过滤器内作澄清过滤。

②成型颗粒：烧结或粘结的⾦属、塑料、硅砂等。

做成圆柱形成板状⽤于澄清过滤。

③天然或合成纤维织布：棉、化纤、玻璃纤维的织成品，⽤于滤饼过滤。

④⾦属织布：不锈钢丝等织布，主要⽤于预涂助滤剂的场合。

⑤⽆纺品：⽯棉板，下班纤维纸等，⽤于精密过滤。

过滤有两种基本⽅式，即恒压过滤与恒速过滤，⽽实际⽣产中的过滤⽅式⼤多为逐渐升⾼压⼒，且允许滤速下降的所谓变压差、变滤速的过程，这种过滤过程较为复杂，在设计计算中，⼀般都按⼀个等效的恒压差过程来计算。

恒压过滤——压差⼀定，滤速逐渐下降恒速过滤——滤速⼀定，压差逐渐上升
变压差，变滤速过滤——前期压⼒逐渐升⾼，后期滤速逐渐下降等效的恒压差过滤——按恒压差过滤计算
常⽤过滤设备：①板框过滤机②真空转⿎过滤机③硅藻⼟过滤机
离⼼分离：与介质过滤⽐较，离⼼分离具有如下特点：①适应性⼴，可分离液—液，液—固，淮—液—固系统②滤液澄清度较好③对粘性悬浮液和可压缩滤饼有较好的适应性④固相⼲度较差⑤不适于液固⽐重差较少的场合。

⑥能耗⾼，设备投资较⼤
离⼼分离因素：离⼼加速度与重⼒加速度⽐称为离⼼分离因素。

f=n2R/g
式中：R——旋转半径（m）n——转速（1/s）g——重⼒加速度 f 增⼤——>离⼼⼒增⼤——>分离效果增加
离⼼机的分类①按分离因素：常速离⼼机f<3000,⼀般为600-1200 ⾼速离⼼机f=3000-50000超速离⼼机f>50000
②按作⽤原理：离⼼过滤：过滤式离⼼沉降：沉降式、分离式
③按操作⽅式：间歇式、连续式、半连续式
④按卸料⽅式：⼿动、⾃动、半⾃动
⑤按放置⽅式：⽴式、卧式
~
⑥常⽤的离⼼机（沉降机）
离⼼机的选择：①固相与液相的相对⽐重当固液⽐重差>3%，可采⽤沉降式当固液⽐重差≤3%，可采⽤过滤式
②固相颗粒⼤⼩颗粒半径<1um时，⽤⾼速离⼼机，如宫，沉降式颗粒半径为10um左右时，普通沉降式离⼼机颗粒半径>10um 时，沉降式或过滤式
③颗粒可压缩性（滤饼⽐阻）结晶体不可压缩颗粒，⽤过滤式纤维状胶状等可压缩颗粒⽤沉降式
④分离⽬的要求滤渣⼲度⾼，⽤过滤式要求滤渣澄清度⾼，⽤沉降式
四、微⽣物细胞破碎
细胞破碎的⽬的是破坏细胞外围使胞内物质释放出来。

细菌细胞壁的功能主要有：①固定细胞外形；②协助鞭⽑运动；③保护细胞免受外⼒的损伤；④为正常细胞分裂所必需；⑤阻拦⼤分⼦物质进⼊细胞（如⾰兰⽒阴性细菌细胞壁可阻拦分⼦量超过800的抗⽣素透⼊）：⑥与细菌的抗原性、致病性（如内毒素）和对噬菌体的敏感性密切相关。

细胞壁的构造和成分较复杂，
%
细菌：细胞壁位于细胞最外层。

厚实、坚韧，主要由肽聚糖构成，有固定外形和保护细胞等多种功能。

⾰兰⽒阴性细菌特有的脂多糖（LPS）脂多糖要维持其结构的稳定性需要⾜量Ca2+的存在。

如果⽤螯合剂除去Ca2+，LPS 就解体。

这时，⾰兰⽒阴性细菌的内壁层肽聚糖就暴露出来，因⽽就可被溶菌酶所⽔解。

⾰兰⽒阳性细菌所特有的磷壁酸
酵母菌细胞壁：细胞壁的化学成分外层主要是⽢露聚糖，内层主要是葡聚糖，中间⼀层主要是蛋⽩质。

酵母的葡聚糖（酵母纤维素）是⼀种不溶性的有分⽀聚合物，主链以β-1,3糖苷键结合，⽀链以β-1,6糖苷键结合，占⾯包酵母细胞壁⼲重的30-35%。

⽢露聚糖（酵母的粘性物质）也是⼀种有分⽀的聚合物，主链以α-1,6糖苷键结合，⽽⽀链以α-1,2或α-1,3糖苷键结合，约占细胞壁⼲重的30%。

⽤蜗⽜或玛瑙螺的胃液制成的蜗⽜消化酶限制性⽔解酵母细胞的细胞壁可以将细胞壁除去，得到有⼀层薄薄的细胞膜包裹的裸露的、球形原⽣质体。

霉菌细胞壁：主要为多糖（80-90%）组成，其次含有较少的蛋⽩质和脂类。

⼤多数多糖壁是由⼏丁质和萄聚糖组成的。

[
破碎⽅法可规纳为机械法和⾮机械法两⼤类：
机械破碎法⼜可分为⾼压匀浆破碎法（homogenization）⾼速搅拌珠研磨破碎法（fine grinding）超声波破碎法（ultrasonication）
⾼压匀浆法适⽤的范围：酵母和⼤多数细菌细胞的破碎。

料液细胞浓度可达到20%左右。

☆团状和系状菌易造成⾼压匀浆器的堵塞，不宜使⽤⾼压匀浆法。

破碎属于⼀级反应速度过程，被破碎的细胞分率符合如下公式：ln[1/(1-R)]=KNPɑ式中R —破碎率，为N次循环后，蛋⽩质的释放量Rn与最⼤释放量Rm之⽐；K －与温度有关的速度常数；N －悬浮液通过匀浆器的次数；P －操作压⼒，MPa；ɑ－与微⽣物种类有关的常数
影响破碎的主要因素：压⼒、温度、通过均浆器阀的次数（成正⽐）
破碎作⽤是相对于时间的⼀级反应速度过程，符合下列公式：
ln[1/(1-R)]=Kt 其中R —破碎率；K⼀⼀级反应速度常数；t⼀时间。

⼀级反应速度常数K 与许多操作参数有关，如如搅拌转速、细胞悬浮液的浓度和循环速度、玻璃⼩珠的装量和珠体的直径，以及温度等。

⾮机械⽅法很多:⑴酶解、⑵渗透压冲击、⑶冻结和融化、⑷⼲燥法、⑸化学法溶胞其中酶法和化学法溶胞应⽤最⼴。

溶菌酶（lysozyme)适⽤于⾰兰⽒阴性菌细胞的分解，应⽤于⾰兰⽒阴性菌时，需辅以EDTA 使之更有效地作⽤于细胞壁。

细胞破碎率定义为被破碎细胞的数量占原始细胞数量的百分⽐数，即： Y(%)=[(N 0-N)/N 0]×100 N 0－原始细胞数量 N －经t 时间操作后保留下来的未损害完整细胞数量⽬前N 0和N 主要通过下⾯的⽅法获得：直接计数法、间接计数法
破碎⽅法的选择依据：1）处理量⾼压匀浆和珠磨机处理量⼤，速度快，适⽤于⼯业⽣产。

2）产物对破碎条件（温度、化学试剂、酶等）的敏感性以及产物在细胞中的位置、⽣化物质的稳定性、细胞的数量和
细胞壁的强度、破碎程度、提取分离的难易。

总之，适宜的细胞破碎条件应该从⾼的产物释放率、低的能耗和便于后续提取这三⽅⾯进⾏权衡。

五、萃取 …
萃取（Extraction ）可指任意两相之间的传质过程。

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[1]的不同，使化合物从⼀种溶剂内转移到另外⼀种溶剂中。

（课件上的解释：其原理是利⽤⼀种溶质组分在两个互不混溶的液相（如⽔相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进⾏分离提取的。

）
单级萃取：
多级错流萃取：多级逆流萃取：
介电常数是⼀个化合物摩尔极性程度的量化，如果已知介电常数，就能预测该化合物是极性还是⾮极性的。

物质的介电常数，可通过测定该物质在电容器⼆极板间的静电容量C 来决定。

若C 。

为⽆介质时的同⼀电容器的电容。

则0
C C
=
ε，P85，溶剂的介电常数表。

介电常数越⼤，极性越强介电常数越⼤，极性越弱。

分配定律：K ，分配系数：萃余相的浓度
萃取相的浓度==
21C C K ，；
应⽤前提条件（1）稀溶液（2）溶质对溶剂互溶没有影响（3）必须是同⼀分⼦类型，不发⽣缔合或离解
分离因素（β）如果原来料液中除溶质A 以外，还含有溶质B ，则由于A 、B 的分配系数不同，萃取相中A 和B 的相对
B 就得到⼀定程度的分离。

萃取剂对溶质A 和B 分离能⼒的⼤⼩可⽤分离因数（β）来表征：B
A
B A B A K K
C C C C ==2211//β
弱电解质的分配定律：对于弱酸性电解质：[][]
+
+
+=H K H K K p
；对于弱碱性电解质：[]
+
+=H
K K K K p p
弱酸性电解质的解离平衡为：+
-
+?H A AH ；弱碱性电解质的解离平衡为：+
++?H B BH
影响萃取过程的因素：pH 、温度、盐析、带溶剂（离⼦对）
①PH 影响分配系数K 选择性青霉素在PH=2萃取时，醋酸丁酯萃取液中青霉烯酸可达青霉素含量的%，PH=3时，降⾄4%。

PH 应选择在使产物稳定的范围内。

②温度影响⽬标产物的稳定性，⼀般在室温或低温下进⾏。

影响分配系数：温度通过影响溶质的化学位⽽影响其在两相中的分配。

]
③盐析⽆机盐类如：硫酸铵、氯化钠等。

⼀⽅⾯：可降低产物在⽔中的溶解度，⽽使其更易于转⼊有机溶剂相中。

另⼀⽅⾯：还能减⼩有机溶剂在⽔相中的溶解度。

注意：加⼊的盐要适量，过量使杂质转⼊溶剂相，考虑经济性，注意回收。

④带溶剂为提⾼分配系数K ，常添加带溶剂。

带溶剂：是指这样⼀种物质，它们能和产物形成复合物，使产物更易溶于有机溶剂相中，该复合物在⼀定条件下⼜要容易分解。

溶剂选择：
①较⼤K 值，β值（
β
1
）K 值升⾼，则溶剂⽤量降低值升⾼，意味着杂质分离效果提⾼。

极性相似——>溶解度⼤介电常数升⾼——>极性也提⾼
②溶剂与溶液的关系 a.互溶度⼩b.粘度⼩c.有⼀定⽐重差，如果⽐重太⼤，则混合不易，如果⽐重太⼩，则分离不易。

③毒性低（酯类物质）
⼀个良好的溶剂应满⾜的条件：a.萃取容量⼤ b.选择性好，只萃取产物不萃取杂质 c.与被萃取的液相互溶度⼩ d.易回收与再⽣e.稳定性好，不易分解 f.经济性好，价廉 g.安全⽆毒 ;
操作流程：过程 —— 间歇、连续；级数 —— 单级、多级（多级错流、多级逆流）
单级萃取⼏个概念：萃取因素E 、未被萃取的分率φ、理论收得率1－φ
，
溶质在萃余相中的浓度溶质在萃取相中的浓度==
21C C K ；1
1212+=?+??=E C V C V C V R L L ? 理论收得率1－φ：11+=
E φ；1
1+=-E E
φ多级错流萃取：第⼀级的萃余液进⼊第⼆级作为料液，并加⼊新鲜萃取剂进⾏萃取。

第⼆级的萃余液再作为第三级的
料液，也同样⽤新鲜萃取剂进⾏萃取。

此法特点在于每级中都加溶剂，故溶剂消耗量⼤，⽽得到的萃取剂平均浓度较稀，但萃取较完全。

经n 级萃取后，未被萃取的分率为n Φ，若S1=S2=…=Sn ⽽F=R1=R2=…=Rn 则E1=E2=…=En
、
理论收率1-n Φ，n n n E E )1(1)1(1+-+=Φ-，n
n
E )1(1
+Φ＝
多级错流萃取特点：收率⾼、溶剂⽤量⼤——>加收费⽤⾼
多级逆流萃取：在第⼀级中加⼊料液，并逐渐向下⼀级移动，⽽在最后⼀级中加⼊萃取剂，并逐渐向前⼀级移动。

料液移动的⽅向和萃取剂移动的⽅向相反，故称为逆流萃取。

在逆流萃取中，只在最后⼀级中加⼊萃取剂，故和错流萃取相⽐，萃取剂之消耗量较少，因⽽萃取液平均浓度较⾼。

未被萃取的分率：1
1
1--=+n n E E ?；理论收率：1111--=-++n n n E E E ?
特点：收率较⾼（⽐错流低）、溶剂的⽤量⼩，回收费⽤低⼯业中⼤多数操作为逆流萃取。

六、膜分离
膜分离的概念：利⽤膜的选择性（孔径⼤⼩），以膜的两侧存在的能量差作为推动⼒，由于溶液中各组分透过膜的迁移率不同⽽实现分离的⼀种技术。

》
常见膜分离过程：①微滤（Microfiltration ，MF ）②超滤（Ultrafiltration ，UF ）③反渗透（Reverse osmosis ，RO ）④纳滤（Nano- Filtration ）⑤透析（Dialysis ，DS ）⑥电渗析（Electrodialysis ，ED ）微过滤（Micro-Filtration ）——截留~10µm 的悬浮物，使悬浮液澄清，（⽆菌空⽓的制备）
超过滤（Ultra- Filtration ）——截留1~20nm 的⼤分⼦溶质，可对含有⼤分⼦溶质的溶液进⾏浓缩、提纯和分级，（酶、细胞反应器）
反渗透：当外加⼀个⼤于渗透压的压⼒时，⽔分⼦从浓盐⼀侧向稀盐⼀侧渗透。

反渗透（Reverse Osmosis ）——可截留
~1nm 的溶质，可分离⼩分⼦有机物和⽆机盐，（某些⾷品的脱盐，酶、啤酒的不加热浓缩）
纳滤（Nano- Filtration ）——纳滤是间于超滤与反渗透之间的⼀种膜过滤，于20世纪80年代初开发，当时称之为低压反渗透。

——纳滤能截留分⼦量为200~1000之间的有机物质及⾼价⽆机离⼦。

透析（Dialysis ）——从⼤分⼦溶液中透析除去中⼩分⼦、⽆机盐或更换溶剂。

电渗析是利⽤分⼦的荷电性质和分⼦⼤⼩的差别进⾏分离的膜分离法。

可⽤于⼩分⼦电解后（例如氨基酸、有机酸）的分离和溶液的脱盐。

膜分离过程⽐较
乳化液膜
ELM
液膜
浓度差
pH差
<
⾼溶解度或
能反应组分
难溶解组分
溶解扩散
传递
截留分⼦量：本意为膜所能截留的最⼩分⼦量。

通常所说的截留分⼦量是指截留率为95%时的分⼦量。

除溶质的分⼦⼤⼩外，截留率还与下列因素有关：（1）分⼦形状：线性分⼦的R值低于球形分⼦。

（2）吸附作⽤：膜对溶质的吸附作⽤使R值上升。

（3）桥架作⽤：两种或两种以上⾼分⼦溶质的存在，其R 值⽐单⼀⾼分⼦时会有所提⾼。

（4）温度升⾼，粘度降低，吸附作⽤减少，R值下降。

（5）进料速度加⼤，切向流的剪切作⽤增⼤，浓差极化减少，R值下降。

（6）pH、离⼦强度等会影响⽣物⼤分⼦的构象和形状，因⽽影响R值。

影响膜污染的主要因素：1）膜的特性：（2）蛋⽩质种类与沉淀pH：（3）⽆机盐；（4）温度：（5）颗粒杂质的影响：膜的清洗⽅法—根据污染途径选择，除此之外：膜的化学特性：耐酸碱性、耐温性、耐氧化性、耐化学试剂特性。

污染物特性：可溶解性（温度、pH、离⼦、溶剂）、可氧化性、可酶解性等。

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（1）机械清洗法：冲洗、擦洗、脉冲、超声波等。

（3）化学清洗法：溶解作⽤：酸、碱、酶、螯合剂、表⾯活性物质等；切断离⼦结合作⽤：改变离⼦强度、pH双电层电位等；氧化作⽤：过氧化氢、次氯酸盐；渗透作⽤：磷酸盐、聚磷酸盐；
＊膜清洗后，如暂不使⽤，应加适量甲醛⽤清⽔浸泡，以防细菌⽣长。

衡量膜的标准：（性能参数）对膜的基本要求：（1）透过速度快（孔⽳密、厚度⼩）；（2）选择性好（孔径分布集中）；（3）机械强度好；（4）耐热、耐酸碱，化学惰性；（5）不易被污染，易于清洗和再⽣；（6）价格低廉，易于制造。

上述条件有⼀些是相互⽭盾的，但对某⼀具体场合并不要求全满⾜。

因⽽膜的品种较多、性能各异，应根据具体情况选择合适的膜
膜的应⽤举例：
中空纤维膜：将制膜材料纺成空⼼丝即为中空纤维，内径⼀般为~1.4mm，外径为~2.3mm。

中空纤维的特点：
%
（1）单位容积设备的过滤⾯积⾮常⼤；
（2）不需⽀撑物，设备简单，造价低；
（3）动⼒消耗低；
（4）不能处理带颗粒物料，内流型不能处理悬浮物料。

（5）操作压⼒较低，⼀般<，因⽽不能⽤于反渗透。

内流式中空纤维：外流式中空纤维
酶浓缩
；
第七章：离⼦交换
离⼦交换(ion exchange )：利⽤离⼦交换剂（⽆机或有机离⼦交换剂）作为吸附剂，将溶液中的待分离组分，依据其电荷差异，依靠库仑⼒吸附在交换剂上，然后利⽤合适的洗脱剂将吸附质从交换剂上洗脱下来，达到分离的⽬的。

离⼦交换剂是⼀类能与其他物质发⽣离⼦交换的物质。

⽆机离⼦交换剂（如沸⽯）有机离⼦交换剂（合成材料），离⼦交换树脂
离⼦交换树脂的分类:按活性基团分类，可分为阳离⼦交换树脂(cation exchange)（含酸性基团）和阴离⼦交换树脂(anion exchange)（含碱性基团）。

具体⼜可以分为：强酸性阳离⼦交换树脂、弱酸性阳离⼦交换树脂、强碱性阴离⼦交换树脂、弱碱性阴离⼦交换树脂,
强酸性阳离⼦交换树脂：活性基团是-SO3H（磺酸基）和-CH2SO3H（次甲基磺酸基）；
弱酸性阳离⼦交换树脂：活性基团有-COOH, -OH等弱酸性基团；
强碱性阴离⼦交换树脂：活性基团为季铵基团，如三甲胺基或⼆甲基-β-羟基⼄基胺基；
弱碱性阴离⼦交换树脂：活性基团为伯胺或仲胺，碱性较弱；
其它离⼦交换树脂类型
两性树脂：同时含有酸、碱两种基团的树脂；
均孔型离⼦交换树脂：主要是阴离⼦型凝胶离⼦交换树脂，孔径均匀，交换容量⾼、机械强度好；
螯合树脂：树脂上含有具有螯合能⼒的集团，既可以形成离⼦键，⼜可以形成配位键；主要⽤于脱除⾦属离⼦；
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多糖基离⼦交换树脂：固相载体为多糖类物质，亲⽔性强、交换空间⼤、对⽣物⼤分⼦物致变性作⽤。