;溶剂萃取概述;萃取过程;杂质;萃取的基本概念;萃取法是利用液体混合物各组分在某有机溶剂中的溶解度的差异而实现分离的。 料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液， 溶质：其中欲提取的物质， 萃取剂：用以进行萃取的溶剂， 萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中，得到的溶液， 余液：被萃取出溶质的料液称为。;实验室液液萃取过程; 生物萃取与传统萃取相比的特殊性; ;8.1 萃取过程的理论基础;分离因素（β）;分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。 ＫＡ β= ＫＢ β=1 KA = KB 分离效果不好； β1 KA KB 分离效果好； β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。 ;有机溶剂萃取的影响因素;pH值：pH低，有利于酸性物质分配在有机相，有利于碱性物质分配在水相。 温度：一般采用较低的温度。 无机盐：无机盐有利于溶质转移到有机相。 ;有机溶剂的选择;带溶剂;乳 化;乳化;;固体粉末乳化剂：除表面活性剂外，能同时为两种液体所润湿的固体粉末也能作为乳化剂，如粉末对水的润湿性强于对油的润湿性，则根据自由能最小的原则，形成水包油O/W型乳浊液。反之形成油包水型;物理法：离心、加热，吸附，稀释 化学法：加电解质、其他表面活性剂 * 转型法 加入一种乳化剂，条件： ① 形成的乳浊液类型与原来的相反，使原乳浊液转型 ② 在转型的过程中，乳浊液破坏，控制条件不允许形成相反的乳浊液， * 顶替法 加入一种乳化剂，将原先的乳化剂从界面顶替出来： ① 形成的乳浊液类型与原来的一致 ② 它本身的表面活性 原来的表面活性 ③ 不能形成坚固的保护膜。;;8.2 超临界流体萃取;超临界流体萃取;;在容器中只有两种物质：CO2和固体萘（事先通过预备性实验对萘进行定量）。我们都知道气态CO2几乎不溶解固体萘。当容器内的压力增大到1920 PSI左右（即13.3 MPa）时，我们却看到萘完全溶解在流体CO2中，这说明此时的流体CO2具有了气体CO2所没有的性质——溶解性，同时它还具有气体的流动性和扩散性。从此时的CO2的性质来看，它既不同于气态的CO2，也不同于液态CO2，我们称此时为超临界状态，是超临界流体。 在上述试验中当压力下降至1625 PSI左右（即11.2 MPa），流体浑浊，说明萘在超临界流体CO2中的溶解度降低，有萘的微结晶析出。如果我们将溶解了萘的超临界流体CO2从萃取器移到另一个容器（分离器）中并降低压力，就可以在分离器中收集到纯净的萘。;; 超临界流体的密度和介电常数随着密闭体系压力的增加而增加，极性增大，利用程序升压可将不同极性的成分进行分步提取。 在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地依次把极性大小、沸点高低和分子量大小不同的的成分萃取出来。 在萃取过程中，SFE的萃取效率是由SCF的溶剂力、溶质的特性、溶质—基体结合状况决定的。因而在选择萃取条件时，一方面要考虑溶质在SCF中的溶解度，另一方面也要考虑溶质从样品基体活性点脱附并扩散到SCF中的能力与速度。这就是超临界流体萃取分离的基本原理。 ;;1、超临界流体的密度与通常液体溶剂的密度相近，因此它具有与液体溶剂几乎相同的溶解能力。同时，其黏度又与气体相近，保持了气体所具有的传递特性，即渗透很快，能更快达到平衡。 2、操作控制参数主要是压力和温度，而这二者比较容易控制。精确地控制超临界流体的密度变化，还能得到类似精馏使溶质逐一分离的操作过程。 3、超临界萃取过程具有萃取和精馏的双重性，有可能分离一些难分离的物质。 4、将超临界流体作流动相用于色层分析，可以分析出低挥发度的化合物。 超临界流体萃取的主要缺点是设备和操作都要求在高压下进行，设备的投资费用较高。;超临界二氧化碳萃取;;超临界二氧化碳萃取工艺具有如下优点： 1、低温萃取和分离，不破坏生物活性物质，特别是热敏性物质。 2、在密闭的高压系统中进行，一切细菌都被杀灭，产品直接从分离器带压排出到包装容器，很容易通过GMP认证。 3、原料中的重金属、无机物、尘土等都不会被CO2溶解带出。 4、没有有机溶剂残留，不需要复杂的脱除过程。 以上优点使产品的质量超过其他任何工艺，对于天然物料的萃取，其产品线%纯天然的绿色产品。;超临界二氧化碳萃取工艺的缺点如下： 1、高压系统的设备价格较高，初期投资较大。 2、设备大都为非标设备，制造周期较长。 3、更换产品时，清洗容器和管道比较困难，但从设计时就予以考虑，可以解决。 4、超临界CO2适宜萃取脂溶性、非极性物质，不适于萃取水溶性、极性物质，但若加入极性助溶剂也可萃取极性物质。 5、由于目前国内制造水平不能制造太大的压力容器，所以生产规模受限，不能实现规模效益，只适于加工附加价值高的产品。;超临界流体的应用;咖啡因超临界萃取流程;大型超临界流体萃取装置;一、反胶束萃取法概述（Reversed Micelles Extraction） 反胶束萃取技术（Reversed micellar extraction）是近年来发展起来的一种新型萃取分离技术，主要适合于蛋白质的提取和分离。;;;1、反胶束溶液形成的条件和特征;;;;;;4、反胶束的形状与大小 反胶束的尺寸和形状随表面活性剂——溶剂系统的变化而变化，同时也受温度、压力、离子强度的影响。 反胶束的形状通常为球形，也有人认为是椭球形或棒形。其半径一般为10-100nm。 反胶束的大小取决于反胶束的含水量Wo，Wo为反胶束中水分子数与表面活性剂分子数之比。 因为表面活性剂基本上参与形成反胶束，因而Wo约等于[H2O]/[表面活性剂]。即有机溶剂中的水的摩尔浓度与表面活性剂的摩尔浓度之比。Wo值取决于表面活性剂和溶剂的种类，水相中盐的种类和浓度等等。;;影响反胶束萃取蛋白质的主要因素有： 与表面活性剂有关的因素：表面活性剂的种类 表面活性剂的浓度 有机溶剂的种类 助表面活性剂的种类及浓度 与水相有关的因素：pH值 离子的种类 离子强度 与目标蛋白质有关的因素：蛋白质的等电点 蛋白质的大小 蛋白质的浓度 蛋白质表面电荷分布 与环境有关的因素： 系统的温度 系统的压力;水相pH对萃取的影响： 水相pH值决定了蛋白质的表面电荷的状态，从而对萃取过程造成影响。只有当反胶束内表面电荷，也就是表面活性剂极性基团所带的电荷与蛋白质表面电荷相反时，两者产生静电引力，蛋白质才能进入反胶束。 对于阳离子表面活性剂，溶液的pH值需高于蛋白质的等电点，反胶束萃取才能进行。 对于阴离子表面活性剂，当pHpI时，萃取率几乎为零。这时蛋白质的静电荷为负值，当pHpI时，萃取率急剧增高，蛋白质所带的静电荷与表面活性剂极性头部所带的电荷相反，两者的静电作用对萃取蛋白质有利。;离子强度对萃取的影响： 在较低的离子强度时，萃取率较高，随着离子强度的增高到一定值时，萃取率开始下降，直至几乎为零。 离子强度对萃取的影响主要是： A 离子强度增高后，反胶束内表面的双电层变薄，减弱了蛋白质与反胶束内表面之间静电吸引，从而降低了蛋白质的溶解度。 B 反胶束内表面的双电层变薄后，使反胶束变小，蛋白质不能进入其中。 C 离子强度增加后，增大了离子向反胶束内“水池”的迁移，并取代其中的蛋白质，使蛋白质从反胶束中盐析出来。; 表面活性剂类型： 阴离子型表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子型表面活性剂都可用于形成反胶束， 要选用有利增强蛋白质表面电荷和反胶束内表面电荷间静电作用与增加反胶束大小的表面活性剂。 表面活性剂的浓度： 增大表面活性剂的浓度可增加反胶束的数量，从而增大对蛋白质的溶解能力， 但表面活性剂浓度过高时，有可能在溶液中形成比较复杂的聚集体。;1. 分离蛋白质混合物 分子量相近的蛋白质，由于他们的pI值及其他的因素具有不同的溶解度，可利用反胶束溶液的选择性溶解进行分离。如：三种低分子量蛋白混合物：细胞色素C、核糖核酸酶a和溶菌酶。通过控制水相pH和KCl浓度可将他们分离开来。 2. 从发酵液中提取胞外酶 用280mol/m3的HOT/异辛烷反胶束溶液，从芽孢杆菌全发酵液中提取和纯化碱性蛋白酶，收率达50%。 3. 直接提取胞内酶 菌体细胞在表面活性剂的作用下破裂，析出包内酶随即进入反胶束的水池中，再通过加入合适的溶液改变环境酶又被反萃取进入水溶液。 4. 反胶束萃取用于蛋白质复性 5. 反胶束用于酶的研究。;基因工程产品的商业化迫切需要开发适合于大规模生产的、经济简便、快速高效的分离纯化技术， 双水相萃取技术又称水溶液两相分配技术，是近年来出现的引人注目的、极具前途的新型分离技术。已被广泛的应用于生物化学、细胞生物学和生物化工领域， 用此种方法已提取的酶已达数十种，其分离也达到了相当的规模，如甲酸脱氢酶的分离已达到了几十公斤的湿细胞规模，半乳糖苷酶的提取已进行了中试规模实验，该法具有广阔的应用前景。;;一、双水相的形成;;;;3、双水相萃取的原理 双水相系统形成的两相均是水溶液，它特别适用于生物大分子和细胞粒子。 自20世纪50年代以来，双水相萃取已逐渐应用于不同物质的分离纯化，如动物细胞、微生物细胞、病毒、叶绿体、线粒体、细胞膜、蛋白质、核酸等。 溶质在两水相间的分配主要由其表面性质所决定，通过在两相间的选择性分配而得到分离。分配能力的大小可用分配系数K来表示。K=ct/cb，式中，ct、cb为被萃取物质在上、下相的浓度，mol/L。 分配系数K与溶质的浓度和相体积比无关，它主要取决于相系统的性质、被萃取物质的表面性质和温度。;悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相互作用： （a）氢键 （b）电荷力 （c）疏水作用 （d）范德华力 （e）构象效应 总之，分配系数由多种因素决定，如粒子大小、疏水性、表面电荷、粒子或大分子的构象等。这些因素微小的变化可导致分配系数较大的变化，因此双水相萃取有较好的选择性。;4、用于生物分离的双水相系统;二、相图;双水相萃取的相图;;;;三、影响双水相系统萃取的因素;;2．成相高聚物的相对分子质量 一般来说，蛋白质等高分子量物质易集中于低分子量相。 高聚物的相对分子质量对分配的影响符合下列一般原则：对于给定的相系统，如果一种高聚物被低相对分子质量的同种高聚物所代替，被萃取的大分子物质，如：蛋白质、核酸、细胞粒子等，将有利于在低相对分子质量的高聚物一侧分配。 如：PEG-Dextron系统中，PEG相对分子质量降低，或Dextron相对分子质量增高，蛋白质分配系数增大；相反，如果PEG相对分子质量高，或Dextron相对分子质量降低，蛋白质分配系数则减小。 也就是说当成相高聚物浓度、盐浓度、温度等其他条件保持不变时，被分配的蛋白质易为相系统中低相对分子质量高聚物所吸引，而易为高相对分子质量高聚物所排斥。;3.电化学分配 双水相萃取时，盐对带电大分子的分配影响很大。例如，DNA萃取时，离子组分微小的变化可使DNA从一相几乎完全转移到另一相。 生物大分子的分配主要决定于离子的种类和各种离子之间的比例，而离子强度在此显得并不重要。 值得一提的是，界面电位几乎与离子强度无关，而且在含一定的盐时，离子浓度在0.005~0.1mol/L范围内，蛋白质的分配系数受离子强度的影响很小。 也就是说，对一定的盐来说，蛋白质的有效净电荷与离子强度无关。;;;;四、双水相萃取的优点;五、双水相萃取的应用;;六、双水相萃取技术发展趋势;;2．双水相体系同其他分离技术结合提高分离效率。 ①双水相体系同生物转化相结合 双水相萃取同生物转化相结合，可解决许多生物转化中存在的两个问题：一个是由于双水相体系对菌体和酶没有毒性，同时又可将产物萃入上相可消除产物的抑制效应，二是使分布在下相的细胞或酶循环使用，从而为固定化细胞及固定化酶的应用开辟了新???。 ②双水相同膜分离技术相结合。 将膜分离同双水相萃取技术结合起来，可解决双水相体系容易乳化和生物大分子在两相界面的吸附等问题并能加速萃取速率。 ③双水相萃取同亲和层析相结合—亲和双水相。 亲和双水相，即在PEG或Dextran上接上一定的亲和配基，这样不但使体系具有双水相处理量大的特点，而且具有亲和层析专一性高的特点。;本章思考题

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