(推荐)第五章萃取

如青霉素属中等强度酸性物质，
AH A- + H+
有机相
pH↓，H+↑，有利于萃取；
AH A-
反之，pH↑，有利于反萃取。
H+
水相
红霉素弱碱性物质，pH↑，有利于萃取，
来自百度文库
pH↓，有利于反萃取。
2 温度影响
温度影响分配平衡，但由于生物产物在较 高温度下不稳定，一般在常温或较低温度 下操作。
3无机盐影响
5.3.3.3 化学萃取剂
络合萃取分离有机酸
➢季铵盐：十四烷基二甲基苄基铵的三氯 甲烷溶液
➢叔胺：三正辛胺的戊醇-甲苯溶液，三壬 胺的乙酸丁酯溶液
➢磷酸三丁酯：酸性条件下与柠檬酸形成 络合物。
氨基酸的化学萃取剂：
季铵盐类（如氯化三辛基甲铵）、磷酸酯类 [如二（2-乙基己基）磷酸]
抗生素的化学萃取剂：
5 萃取 (Extraction)
萃取
液液萃取
有机溶剂萃取 小分子的萃取 双水相萃取
生物大分子
反胶团萃取
液膜萃取 氨基酸和有机酸 超临界流体萃取 脂溶性物质
液固萃取 或浸取
5.1 基本概念
萃取：利用在两个互不相溶的液相中各种组分 （分配系数）溶解度的不同，从而达到分离的目 的。 ✓萃取优点：比化学沉淀法分离程度高，比离子 交换法选择性好，传质快，比蒸馏法能耗低， 且生产能力大，周期短，便于连续操作，容易 实现自动化等。
损失，界面吸附多。
10 双结点线
O
O O
在系线上各点处系统的总浓度不 同，但均分成组成相同而体积不 同的两相，服从杠杆规则：
两相区
PEG质量分数%
O
5 O
M
系线
O O
均相临区界点
O O
O
O
5
10
15
20
Dx质量分数%
(a) PEG6000/Dx48
图5.16 双水相系统相图
lnm=lnmo+ΔφFZ/RT
（不成熟）。
料液
萃 取 塔
洗涤剂
萃
取
液
洗
涤
反
萃 剂
萃取剂+稀释剂
（返回使用）
待
萃
反
物萃
质取
萃取剂 +稀释剂
萃残液 （杂质）
杂质+少量 待萃物质
产物
图5.3 萃取、洗涤和反萃操作过程示意图
5.1.3 物理萃取和化学萃取
物理萃取：萃取剂与溶质之间不发生 化学反应。如：利用醋酸丁酯萃取发 酵液中的青霉素。
长链脂肪酸（如月桂酸），烃基磺酸，三氯 乙酸，四丁基胺和正十二烷胺。
5.4 液液萃取设备
5.4.1 混合-澄清式萃取(mixer-settler)
图5.6 混合-澄清式萃取设备示意图
5.4.5 微分萃取
(((d(bcfe))()a脉填转筛转泡)喷冲料盘板罩盘淋筛塔塔塔板塔
图5.13 部分塔式萃取设备示意图
➢双聚合物体系
如：聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)/葡聚糖 (dextran，Dx)，聚丙二醇(polypropylene glycol) / 聚 乙二醇和甲基纤维素(methylcellulose)/葡聚糖等。
常采用的双聚合物系统为PEG/Dx，上相富含PEG，下 相富含Dx。
5.5 双水相萃取
(Aqueous Two Phase Extraction)
当两种聚合物或一种聚合物与一种盐溶于水 中时，由于聚合物之间或聚合物与盐之间的 不相容性，当聚合物或无机盐浓度达到一定 值时，就会分成不互溶的两相。利用不同物 质在两相中分配系数的差异进行的分离，称 为双水相萃取。
5.5.1 双水相系统
无机盐的存在可降低溶质在水相中的溶解 度，有利于溶质向有机相中分配。
如：萃取维生素B12时加入硫酸铵，萃取青霉 素时加入氯化钠等。
5.3.3.2 有机溶剂或稀释剂的选择
选择原则： （1）根据相似相容的原理，选择与目标产物极性相
近的有机溶剂，分配系数高； （2）价廉易得； （3）与水相不互溶； （4）与水相有较大的密度差，并且黏度小，表面张
➢聚合物与无机盐
例如，PEG/磷酸钾(KPi)、PEG/硫酸铵、PEG/硫酸钠等 常用于生物产物的双水相萃取。PEG/无机盐系统的上 相富含PEG，下相富含无机盐。
常用的两种双水相的体系优缺点
➢PEG－Dx 保留活性，分配效果好，价格贵，粗Dx几 百美元/千克，黏度大，分相困难。
➢PEG－硫酸铵 成本低，黏度小，盐浓度高时，活性有一定
甲烷， 乙酸丁酯，环己烷，四氯化碳
5.3 有机溶剂萃取
溶剂萃取常用于有机酸、氨基酸和抗 生素等弱酸或弱碱性电解质的萃取。
弱电解质在水相中发生不完全解离， 仅仅是游离酸或游离碱在两相产生分 配平衡，而酸根或碱基不能进入有机 相。
5.3.3 溶剂萃取操作
5.3.3.1 水相物理条件的影响
1水相pH值的影响
溶质分静配电系荷数为零（pH=溶等质法电的拉点净第）电常时荷数的数分配系数
电m解+质和阳m离-分子别和为阴电离解子质的阳电离 荷子数和，阴Z离+>子0,的Z-分<0配系数
化学萃取：利用脂溶性萃取剂与溶质 之间的化学反应生成脂溶性复合分子 实现溶质享有机相的分配。
化学反应：络合反应，离子交换。
络 离子对(ion-pair)
合
R3N HAC R3NH • AC
反 氢键(H-bonding)
应
R3N HAC R3N • HAC
离子交换(ion exchange)
力适中，容易相分散和相分离； （5）容易回收和再利用； （6）毒性低，腐蚀性小，闪点低，使用安全； （7）不与目标产物发生化学反应。
常用于萃取抗生素的有机溶剂：
乙酸乙（丁，戊）酯，丁醇，甲基异丁基酮
化学萃取稀释剂：
煤油，己烷，异辛烷，正十二烷，甲苯、二 甲苯，醇类，煤油，三氯甲烷， 乙酸丁酯， 环己烷，四氯化碳
R3NH Cl AC R3NH • AC
常用化学萃取剂
➢ 季铵盐：十四烷基二甲基苄基铵的三氯甲烷溶液， 氯化三辛基甲铵，四丁基胺和正十二烷胺
➢ 叔胺：三正辛胺的戊醇-甲苯溶液，三壬胺的乙酸丁 酯溶液
➢ 磷酸三丁酯：酸性条件下与柠檬酸形成络合物。
稀释剂：甲苯、二甲苯，醇类，煤油，三氯
不同萃取方法的适应场合
➢ 小分子类：Mw﹤1000，有机酸、氨基酸、抗 生素、维生素、激素、生物碱，多采用有机溶 剂萃取法。
➢ 大分子类：Mw﹥1000，酶、抗体、蛋白质、 核酸、多肽等生物大分子，双水相萃取，反胶 团萃取。
➢ 非极性如脂溶性物质采用CO2超临界流体萃取。 ➢ 小分子如有机酸、氨基酸还可采用液膜萃取