萃取与离子交换设备

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• 多级逆流萃取与同级错流萃取相比， 在相同的萃取剂用量下，可获得更高 的收得率。
• 在逆流萃取中，由于只在最后一 级中加入萃取剂，故与错流萃取相比， 萃取剂用量少，因而萃取液浓度高。
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4. 影响萃取操作的因素
萃取剂的选择 pH的范围 温度的确定 盐析、带溶剂、去乳化的作用
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• 一般认为，成相是由于聚合物之间的 不溶性，即聚合物分子的空间阻碍作 用，无法相互渗透，不能形成均一相， 从而具有相分离的倾向。
• 聚合物和盐类溶液也能形成两相，这 是由于盐析作用。
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（二）双水相萃取方法
• 双水相萃取法的一个主要应用是胞内酶提取
• 胞内酶提取通常先使细胞破碎而制得料液， 因料液粘度大，细胞碎片小，造成分离困难
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萃取设备
• 大多数生物产品在pH变化较大时不稳定， 这就要求混合分离能够快速进行。
• 料液中常含有可溶性蛋白质和糖，萃取过 程中会产生乳化现象而影响分离，因此， 各种类型的萃取分离塔是不适用的。
• 溶剂回收利用各种蒸馏设备来完成。
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（一）混合设备
• 萃取操作中，用于两液相混合的设备 有混合罐、混合管、喷射萃取器及泵 等。
• 分离设备是将萃取后形成的萃取相和萃余相进行 分离。
• 溶剂回收设备需要把萃取液中的生物产品与萃取 溶剂分离并加以回收。
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萃取设备
• 混合通常在搅拌罐中进行，也可将料液与 萃取剂在管道内以很高速度混合，称管道 萃取，也有利用喷射泵进行涡流混合，称 喷射萃取。
• 分离多采用分离因数较高的离心机，也可 将混合与分离同时在一个设备内完成，称 萃取机。
• 采用双水相萃取时，通常将蛋白质分 配在上相（PEG），细胞碎片分配在下 相（盐）。
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两级双水相萃取酶的流程
l.细胞悬浮液 2.细胞破碎机 3.冷却器 4.PEG—盐贮罐
5.混合器
6.离心机
7.废渣相贮罐 8.暂存罐
9.盐贮罐
10.酶液贮罐
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双水相萃取法的优点
• 以超临界流体为萃取剂，具有毒性小、温度 低、溶解性能好等优点，适用于提取分离热 敏和易氧化物质。
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超临界流体萃取过程
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四、萃取操作过程及设备
• 液一液萃取设备应包括3个部分：混合设备、分 离设备和溶剂回收设备。
• 混合设备是真正进行萃取的设备，它要求料液与 萃取剂充分混合形成乳浊液，欲分离的生物产品 自料液转入萃取剂中。
• 可直接从细胞破碎匀浆中萃取蛋白质， 而无须分离细胞碎片。
• 由于生物分子等在高聚物的温和环境 中相对稳定，可保证它们在提取过程 中保持较高的活性。
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三、超临界流体萃取
• 超临界流体萃取是利用超临界流体在超过气 液共存状态时的性质来溶解某种固体、液体 或它们其中的某些组分，并且利用这种能力 从固体或液体中萃取分离高沸点或热敏性成 分，或去除有害成分，从而达到分离、提纯 的目的。
萃取与离子交换设备
一般来说，生物工业中下游加工过程可分为4 个阶段：
①发酵液的预处理和固液分离。
②产物提取。
③产物精制。
④成品加工。
产物的提取和精制过程通常采用萃取、离子 交换、吸附、色谱分离方法等。
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第一节 萃取分离设备
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萃取分离的特点
1. 比化学沉淀法分离程度高； 2. 比离子交换法选择性好、传质快； 3. 比蒸馏法能耗低，生产能力大，周 期短，连续操作，可以自动化控制； 4. 和其他新型分离技术相结合，产生 了一系列新型分离技术。
• 采用双水相系统可使欲提取的酶与细胞碎片 以较大的分配系数分配在不同的相中，进而 采用离心法就可实现分离。
• 采用双水相萃取收率大都能达到90％，分配 系数大于3，且很多杂蛋白也能同时除去。
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• 双水相萃取系统中，PEG—无机盐比 PEG—葡萄糖系统用得广泛，主要是由 于无机盐价廉且选择性高。
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二、双水相萃取
（一）双水相的形成
• 许多生物大分子在有机溶剂中易失活变性。 • 多聚物的水溶液给生物分子、细胞和细胞颗粒成
分提供了温和的环境。 • 当两种聚合物的水溶液相互混合时，由分子间的
作用力决定混合的结果。 • 能够进行双水相萃取的必要条件是：形成的两种
聚合物分子间存在斥力。
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1．混合罐
• 混合罐的结构类 似于带机械搅拌 的密闭式反应罐。
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• 料液在罐内的平均混合停留时间约1～2min。
• 由于搅拌器的作用，罐内几乎处于全混流状态， 使罐内两液相的平均浓度与出口浓度近似相等。
• 为了加大罐内两相间的传质推动力，可用带有中 心孔的圆形水平隔板将混合罐分隔成上下连通的 几个混合室，每个室中都设有搅拌器。
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萃取分离
• 萃取法分溶剂萃取、超临界流体提取 和双水相萃取等。
• 溶剂萃取一般用于小分子物质的提取； • 双水相萃取常用于蛋白质等大分子物
质的提取。
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一、溶剂萃取
• 溶剂萃取操作是将一种溶剂加入到料液中， 使溶剂与料液充分混合，则欲分离的物质 能够较多地溶解在溶剂中，并与剩余的料 液分层，从而达到分离的目的。
• 萃取操作的实质是利用欲分离组分在溶剂 中与原料液中溶解度的差异来实现的。
• 溶剂萃取是以分配定律为基础的。
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• 溶剂萃取按其操作方式可分为单级萃 取和多级萃取，后者又可分为错流萃 取和逆流萃取，还可将错流和逆流结 合起来操作。
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1．单级萃取
F 料液 S 溶剂 L 萃取液 R 萃余液
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2. 多级错流萃取
F一料液 S一溶剂 L一萃取液 R—萃余液 下标1，2，3—级别
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• 多级错流萃取的理论收率高于单级萃 取，即萃取完全。
• 但多级萃取流程长，萃取剂用量大， 因而得到的萃取液浓度低。
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3．多级逆流萃取
• 多级逆流萃取中，料液移动方向和萃 取剂移动方向相反，故称逆流萃取。