食品分离技术(3)萃取技术1

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ38
一般水溶性较小的物质可用石油醚萃取。 水溶性大的物质可用苯或乙醚； 水溶性极大的物质可用乙酸乙酯。
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液-固萃取
索氏 (Soxhlet) 萃取器
★ 萃取剂流向： Gas: C → D → E (g→l) Liq.: A → S(ex.) → B →C ★ 新鲜溶剂循环萃取 ★ “静态”萃取
什么样的溶质不适合采 用索氏萃取器？
（2）化学萃取：溶剂有选择地与溶质化合或 者络合，是溶解度重新分配。
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从目标溶质所在的位置分： （1）固——液萃取：目标溶质从固相转入液
相。（浸提）
（2）液——液萃取：目标溶质原先就在液相， 再转入不互溶的另一液相。（抽提）
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从料液和溶剂接触和流动情况分： （1）单级萃取
（2）多级萃取
错流萃取 逆流萃取
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影响有机溶剂萃取的主要因素
(1)乳化与去乳剂 乳化：液体分散在另一不相溶的液体中的分散体系 乳浊液的形式：水包油、油包水 常用的去乳化的方法：过滤和离心、加热、稀释法、 加电解质、吸附法、顶替法、转型法 常用去乳剂：阳离子表面活性剂（溴代十五烷基吡啶） 阴离子表面活性剂（十二烷基硫酸钠）
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（2）pH值 红霉素在pH9.8时，在乙酸戊酯与水相间的分配系数等
许多非极性有机化合物，如烷烃、油脂、萘、蒽 等难溶于水，而易溶于有机溶剂，物质的这种性质称 为疏水性（亲油性）。
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影响溶解度的因素
pH 温度 离子强度
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1. pH：
● pH对表观分配系数的影响（pH~K） pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分
配在水相。 对弱酸 随pH ↓ K ↑, 当pH << pK时，K→K0
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（1）有机溶剂萃取
以有机溶剂为萃取剂的萃取。
常作为萃取剂的有机溶剂有： 在水中溶解度大的：甲醇、乙醇、乙腈、丙酮 微溶于水的： 正丁醇、乙酸乙酯、乙醚 不溶于水的： 氯仿、石油醚
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｝ 溶质Ａ 料液 稀释剂Ｂ
萃取液Ｓ＋Ａ(B)
溶剂Ｓ
萃余液Ｂ＋Ａ(s)
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萃取分离的依据
物质
亲水性 离子型化合物 极性 相互转换
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萃取、洗涤和反萃取操作过程示意图
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（3）液膜萃取
液膜是指悬浮在液体中的很薄的一层乳液微粒。乳液通常 是由溶剂(水或有机溶剂)、表面活性剂、载体和添加剂形 成的。其中溶剂构成膜基体；表面活性剂起乳化作用，可 以促进液膜传质速度和提高其选择性；添加剂用于控制液 膜的稳定性和渗透性。液膜分乳化液膜和支撑液膜两类。
（2）若萃取剂的比重大于被萃取液的比重，下层液体从活 塞放入三角瓶中，但不要将两相间可能出现一些絮状物放 出；再从漏斗口加入新萃取剂，重复上述操作。
6、将所有的萃取液合并，加入过量的干燥剂干燥。
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注意事项：
在萃取时，可利用“盐析效应”，即在水溶液中加入一定量 的电解质（如氯化钠），以降低有机物在水中的溶解度，提 高萃取效果。 分液漏斗中的液体两层之间的界面不能看得清楚。这时可以 向分液漏斗中加少许活性碳，活性炭将在两层之间的界面上 被清楚看到。 萃取原则：少量多次用同样量的萃取剂，分多次萃取比一次 萃取的效率高。 分液漏斗使用后，应用水冲洗干净，玻璃塞和活塞用薄纸包 裹后塞回去。
R 可近似地反映溶质浓缩的效率
100
D
1.0
增大萃取率
减小相比
0.01
增加萃取次数 √ 0
50
100
E% 36
萃取剂的基本要求
①选择性系数要大，可使萃取分离操作简便，容易 得到纯度高的萃取产品； ②对溶质的溶解度要大(即萃取容量高)，操作用量就 少； ③与原溶剂的互溶度要小(即分离效果好)，萃取剂在 萃余液中的损失较少； ④粘度要小，界面张力适度，对料液有较大的密度 差，以方便操作； ⑤化学性质稳定,无毒性，挥发度低，不易燃烧； ⑥价廉易得,容易回收。
分配系数Kd：
Kd
A(有机 ) A（水）
6
7
分配系数：k = y/x y=kx
Y 平衡时溶质在轻相中的溶解度； X 平衡时溶质在重相中的溶解度。
分配定律的适用条件 稀溶液 溶质与溶剂之间的互溶度没有影响 分子类型相同，不发生缔合或解离
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例 含有I-的I2溶液在H2O//CCl4的分配，水溶液不 仅有I2 ，还有I3-，这时分配系数并不是一个常数。
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单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
F 料液
S
萃 取 器
萃取剂
回
分
收
离 萃取相L 器
器
单级萃取流程示意图
萃余相R
产物
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错流萃取
料液经萃取后，萃余液再与新鲜萃取剂接触，再 进行萃取。 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，以此类推。 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。
于44.7，而在pH5.5时，红霉素在水相与乙酸戊酯间的分配 系数等于14.4。 （3）温度 （4）盐析 （5）带溶剂
带溶剂是指这样一种物质，能和被萃取物质形成复合物而 易溶于溶媒中，形成的复合物在一定条件下又容易分解
例如：链霉素在中性下能与二异辛基磷酸酯结合，从而 从水相萃取到三氯乙烷中，然后在酸性下再萃取到水相
第二章
萃取技术
1
主要内容
基本概念 萃取原理 萃取分类 主要萃取技术与设备
2
装置图
3
一、基本概念
萃取是利用在两个不相混溶的相中各组分溶解度 的不同，从而增浓和提取分离目标产物的过程。
提取、萃取、抽提英文都是 Extraction
习惯上，提取多指分离纯化前期，被提取物从破 碎的细胞中释放出来的过程；而抽提则贯穿在分 离纯化整个过程中。
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举例：
青霉素 ( pK2.75 ) 工业钾盐 ：
预处理及过滤
发酵液
滤洗液
萃取
调 pH2.02.5 1/3 v/v
丁酯逆流萃取
萃取液
NaCl 盐析脱水
活性炭脱色
丁酯逆共流萃沸取蒸馏结晶
结晶液
pen－k 成品
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红霉素( pK9.4 ) ：
预处理和过滤
发酵液
滤液
萃取
调 pH9.810.2, 1/4V/V
在实际工作中，人们所关注的是被萃物分配在两 相中的实际总浓度各为多少，而不是它们的具体存 在的型体。
分配比
D CA(有机 ) C（A 水）
即，在一定条件下，当达到萃取平衡时，被萃物 质在有机相和在水相的总浓度之比。
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分配系数和分配比的比较
●概念不同，关注的对象有差别 ●两者有一定的联系
KD表示在特定的平衡条件下，被萃物在两相中的 有效浓度（即分子形式一样）的比值；而D表示实际 平衡条件下被萃物在两相中总浓度（即不管分子以 什么形式存在）的比值。分配比随着萃取条件变化 而改变。
固体 样品
萃取剂
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液-液萃取
萃取过程
振荡萃取
静置分层
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43
用分液漏斗进行萃取操作的步骤：
1、选择容积较液体体积大一倍以上的分液漏斗，把活 塞擦干，在活塞上均匀涂上一层润滑脂（切勿涂得太厚 或使润滑脂进入活塞孔中，以免污染萃取液）塞好后再 把活塞旋转几圈，使润滑脂均匀分布，看上去透明即可。
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二、 萃取原理
溶解度不同 溶质
溶剂
溶质 分子间作用力
溶剂
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溶解度的判定方法
已知物 查阅有关资料手册
未知物 根据物质溶解的一般规律作预实验
相似相溶
分子结构相似 分子间作用力大小相似
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物质的亲水 性和疏水性
非极性基团
极性基团
无机盐类溶于水，发生离解形成水合离子，它们 易溶于水中，难溶于有机溶剂，物质的这种性质称为 亲水性。离子化合物，极性化合物是亲水性物质。
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3）多级逆流萃取
在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液， 并逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加 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。
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多级逆流萃取图
Ｌ１
Ｌ2
S
Ｌ３
混 分混 分混 分 合 离合 离合 离 器 器器 器器 器
F
第一级
第二级
R３ 第三级
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青霉素的多级逆流萃取
第一级
第二级
含青霉素乙酸戊酯
第三级
青霉素滤液 在三级逆流萃取装置中用乙酸戊酯从澄清的发酵液中分离青霉素
废液 乙酸戊脂
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从萃取剂角度分：
（1）有机溶剂萃取； （2）反萃取； （3）液膜萃取； （4）双水相萃取； （5）反胶团萃取； （6）超临界萃取。
◆ T影响两溶剂的互溶度影响 一般生化物质的萃取在室温或较低温度下进行
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3. 离子强度(盐析)：
无机盐——氯化钠、硫酸铵，作用： 生化物质在水中溶解度↓； 两相比重差↑ 两相互溶度↓
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三、 萃取分类
从萃取机理角度分： （1）物理萃取：利用溶剂对需分离组分有较
高的溶解能力，分离过程纯属物理过程。
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萃取剂的分类
单组分萃取剂
①中性萃取剂，如醇、酮、醚、酯、醛及烃类。它们 能够直接溶解被萃组分或先与被萃组分生成溶剂络 合物 。
②酸性萃取剂，如羧酸、酸性磷酸酯等。
③碱性萃取剂，主要用叔胺和季铵盐。前者与料液中 的游离酸结合而实现萃取，后者以自身的阴离子换 取料液中的阴离子而萃取。
多组分萃取剂
由萃取反应剂、稀释剂、调节剂复配而成。
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（2）反萃取
萃取:一般是指用有机溶剂将水中的某些物质提取到 有机溶剂中的过程。
反萃取：就是其逆过程,即用水(或其他极性大的溶 剂)将在有机溶剂中的某些物质萃取到水中,所以反 萃取剂主要是水(或其他极性大的溶剂),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。
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5、待两层液体完全分开后，打开顶塞，再将活塞缓缓旋开， 下层液体自活塞放出至接受瓶：
（1）若萃取剂的比重小于被萃取液的比重，下层液体尽可 能放干净，有时两相间可能出现一些絮状物，也应同时放 去；然后将上层液体从分液漏斗的上口倒入三角瓶中，切 不可从活塞放出，以免被残留的被萃取液污染。再将下层 液体到回分液漏斗中，再用新的萃取剂萃取，重复上述操 作，萃取次数一般为3—5次。
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分配比随着萃取条件变化而改变。因而改变萃 取条件，可使分配比按照所需的方向改变，从而使 萃取分离更加完全。
分配比可以衡量被萃物在一定条件下进入有 机相的难易程度，但它不能直接表示出被萃物有 多少量已被萃取出来。
②分离系数： A/B = DA / DB “表示两种分离组分分离的可能性和效果”
问题： DA 和DB相差不太大，如何处理？
2、检查分液漏斗的顶塞与活塞处是否渗漏（用水检 验），确认不漏水时方可使用，将其放置在合适的并固 定在铁架上的铁圈中，关好活塞。
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3、将被萃取液和萃取剂（一般为被萃取液体积的1∕3）依 次从上口倒入漏斗中，塞紧顶塞（顶塞不能涂润滑脂）。
4、取下分液漏斗，用右手手掌顶住漏斗顶塞并握住漏斗颈， 左手握住漏斗活塞处，大拇指压紧活塞，把分液漏斗口略朝 下倾斜，并前后振荡：开始振荡要慢，振荡后，使漏斗口仍 保持原倾斜状态，下部支管口指向无人处，左手仍握在活塞 支管处，用拇子和食指旋开活塞，释放出漏斗内的蒸气或产 生的气体，使内外压力平衡，此操作也称“放气”。如此重 复至放气时只有很小压力后，再剧烈振荡2—3min,然后再 将漏斗放回铁圈中静置。
疏水性 共价键化合物 弱极性或非极性
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萃取百分率
E
溶质溶 在质 有的 机总 相量 中的量
mo mo mw
coVo coVo cwVw
co
co cw cw Vw
Vo
D DR
其中
R
Vw Vo
称为相比
当 R = 1 时，
E
D D 1
D
1 10 100 1000
E % 50 91 99 99.9
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一般而言，待处理溶液中被萃取的物质称为溶质； 其他部分称为原溶剂；加入的第三组分称为萃取 剂。 当萃取剂加入到料液中混合静置后分成两个液相： 以萃取剂为主（含溶质）的相称为萃取相；另一 相以原溶剂为主，称为萃余相。
萃取操作示意图 5
分配系数
物质在两相中的分布服从分配定律，即：在一 定温度和压力下，物质A在有机相与水相中分 配达到平衡时，其浓度比为一常数，通常称为
丁酯逆流萃取
萃取液
乳酸沉淀
分解转碱
红霉素乳酸盐 调 pH9.8, 溶于丙酮 红霉素碱
加水
红霉素碱成品
结晶
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2. 温度T
◆ T↑，分子扩散速度↑，故萃取速度↑ ◆ T影响分配系数
例：pen ― T↑ 水中的溶解度↑ ∴ 萃取时 T↓使K↑；反萃时 T↑使K反↑ 红霉素、螺旋霉素― T↑ 水中的溶解度↓ ∴ 萃取时 T ↑使K ↑ ；反萃时 T ↓使K反↓
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多级错流萃取示意图
轻
相
入
重相入
轻相入
料 液 入 第一级 口
轻相出
第二级
轻相出
第三级 萃余液出口
轻相出 重相出
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手工洗衣服为例 打完肥皂、揉搓后，如何将肥皂沫去除呢？
经验表明：每盆水揉搓的时间越长（即萃取越 接近平衡），拧得越干（即萃取与萃余相相分 离越彻底），所用漂洗次数越少（即错流级数 越少）。