生物分离工程第7章-萃取

双水相萃取技术（Partition of two aqueous phase system）等。 反胶团萃取（Reversed micelle extraction） 超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction）
用于高品质的天然物质、胞内物质（胞内酶、蛋白质、 多肽、核酸等）的分离提取上。
第七章 萃取 （Extraction）
萃取：利用物质在互不相溶的两相之间溶解度的不同，使
所需提取的生化物质有选择性地发生转移，集中到一相中， 而其它杂质（如中间代谢产物、杂蛋白等）分配在另一相中， 从而达到某种程度的提纯和浓缩。
反萃取：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，将目标产物从有机 相转入水相的操作就称为反萃取（Back extraction)
双水相萃取
利用物质在互不相溶的两水相 间分配系数的差异进行的分离操 作。
主要用于蛋白质、酶，特别是 胞内蛋白的提取纯化。
液
液
利用表面活性剂在有机相中形
萃
反胶团萃取
成的反胶团，从而在有机相中形 适用于氨基酸、肽和蛋白质等 成分散的亲水微环境，使生物分 生物分子的分离纯化，特别是蛋
取
子在有机相（萃取相）内存在于 白质类生物大分子的分离。
浸取的过程：
溶剂传递到固体颗粒表面； 溶剂扩散到固体内部微孔隙中； 溶质溶解到溶剂中； 溶质通过固体微孔隙通道扩散到固体表面，并进入溶剂
主体。 一般而言，第一、二两步都很迅速，不是浸取过程
总速率的控制性步骤。 溶质通过多孔固体的扩散可用有效扩散系数来描述，
而有效扩散系数与Fick定律有关。
适用于脂肪酸、植物碱、醚类、 酮类、甘油酯、芳香成分等物质 的萃取分离。
第一节 液-固萃取
液-固萃取又叫浸取或浸出，是将固相物质萃 取到溶剂相中，在许多行业中得到应用。
产物
咖啡 果汁 药酒 大豆蛋白
表2 浸取的应用举例
固体
溶质
粗烤咖啡 水果
中药材 豆粉
咖啡溶质 果汁
药用成分 蛋白质
溶剂
水 水 酒 NaOH溶液
反胶团的亲水微环境中。
-
液膜萃取
超临界流体萃取
液膜能将与之不互溶的液体分 适用于金属离子、烃类、有机
开，使其中一侧液体中的溶质选 酸、氨基酸和抗生素的分离及废
择性地透过液膜进入另一侧，实 水处理，在酶的包埋固定化和生
现溶质之间的分离。
物医学方面的应用也前景广阔。
利用超临界流体作为萃取剂， 对物质进行溶解和分离。
液-液萃取： 溶剂萃取、双水相萃取、反胶团萃取、液膜萃取等
超临界萃取
萃取方法
液-固萃取
表1 几种萃取方法的比较
原理
应用
属于用液体提取固体原料中有 多用于提取存在于胞内的有效
用成分的扩散分离操作。
成分。
溶剂萃取
利用溶质在两个互不混溶的液 相（通常为水相和有机溶剂相） 可用于有机酸、氨基酸、维生 中溶解度和分配性质上的差异进 素等生物小分子的分离纯化。 行的分离操作。
粉碎:
液-固萃取设备
美 国 Applied Separations (ASI) 公 司 产 one/fast PSE型压力/快速 溶剂提取仪。15分钟内可 同时处理6个样品，全自动 溶剂分配系统，可自由实 现4种不同溶剂的切换。该 法具有环保、高效、清洁、 快速等诸多特点，已被美 国 EPA 推 荐 为 3545A 标 准 方法。
萃取方法分类
物理萃取：根据相似相溶的原理，溶质在两相间达到分配平 衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应的萃取过程。
化学萃取: 利用萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复 合分子实现溶质向有机相的分配。
物理萃取的理论基础是分配定律，而化学萃 取服从相律及一般化学反应的平衡定律。
液-固萃取：用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶 液中的过程，又称为浸取或浸出。
溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素等 发酵产物工业规模的提取上。
优点 a) 比化学沉淀法分离程度高； b) 比离子交换法选择性好、传质快； c) 比蒸馏法能耗低； d) 生产能力大、周期短、便于连续操作、易实现自动 化控制。
溶剂萃取法和其他新型分离技术相结合，产生了一系列新型 分离技术：
ห้องสมุดไป่ตู้
瑞 士 产 B-811 索 氏抽提仪（固液萃取 设备），抽提速度快， 45-60分钟 即可完成 抽提，无须烘干。提 供4种抽提方法：索 氏抽提，索氏双加热， 热抽提，连续流法。
美国产AutoTrace, RapidTrace固相萃取自动 工作站，计算机程序控制，可在15分钟内完成六个 样品的萃取。可以配合自动浓缩工作站使用，自动 浓缩萃取出来的样品。
美国戴安公司 产ASE快速溶剂萃 取仪 ，可对固体、
半固体样品中的目 标分析物进行快速 全自动地萃取。系 统带有多项安全特 性以避免潜在的危 险。
德国产IKA固液萃取 仪，所需化学溶剂更少， 可减少废料处理费用。 全电脑控制，可同时进 行4个萃取过程。 labworldsoft软件组合， 可方便的建立自动化的 处理程序，一套软件可 同时控制八台仪器。
萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在发酵和 其它生物工程生产上的应用也相当广泛，
❖ 萃取操作可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化，甚 至获得纯的天然产物。
溶剂萃取法
利用一种溶质组分（如产物）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 分离操作的。
浸取过程的前加工：
干燥：有助于细胞膜的破裂，溶剂也容易进入细胞内部，直 接溶解溶质。
滚压：将原料滚压成片，使其减小到0.1一0.5mm，则大豆及 许多植物种子的细胞壁极大地破裂，植物油容易进入溶剂。
切片：减小水溶剂从水相主体扩散到每个细胞的距离，细胞 基本上保持完好，水溶性物质可以通过半透性细胞膜扩散 进入水溶剂中，蛋白质和胶体组分因透不过细胞膜而不能 溶入水相。
浸取的影响因素
1．相平衡 浸取过程中的相平衡用分配系数KD表示 KD ＝y / x
y——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 2．溶剂的选择
KD大且对目的物质的选择性高，溶剂的价格应低廉，无腐蚀性， 无毒，闪点高，无爆炸性，产品中易去除,容易回收。 3．增溶作用
原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的 生物物质转变，但不能过度。也有向不溶性转变的。 4．固体原料的预处理： 如粉碎、干燥等。