生物工业下游技术第四章溶剂萃取法培训课件

生物工业下游技术第四章溶剂萃取法（优选）生物工业下游技术第四章溶剂萃取法2024/7/42溶剂萃取法溶剂萃取法概念：概念：生物工业中一种重要的分离提取方法。利用一生物工业中一种重要的分离提取方法。利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水种溶质组分（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的差异来相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质的差异来进行分离操作。进行分离操作。优点：优点：比化学沉淀法分离程度高；比化学沉淀法分离程度高；比离子交换法选择性好、传质快；比离子交换法选择性好、传质快；比蒸馏法能耗低；比蒸馏法能耗低；生产能力大、周期短、便于连续操作、容易实现自动生产能力大、周期短、便于连续操作、容易实现自动化控制等。化控制等。2024/7/43浸浸取取用有机溶剂把有用物质从固体原材料中提取到溶用有机溶剂把有用物质从固体原材料中提取到溶液中的过程。液中的过程。热水浸取茶叶；药酒；有机溶剂提取大豆、花生热水浸取茶叶；药酒；有机溶剂提取大豆、花生等中的食用油。等中的食用油。浸出油：是用化学制油方法使油脂从油料中分离浸出油：是用化学制油方法使油脂从油料中分离出来而形成的油品。采用出来而形成的油品。采用“六号六号”溶剂油将食用溶剂油将食用油原料充分油原料充分“浸泡浸泡”然后高温提取，经脱脂、脱然后高温提取，经脱脂、脱胶、脱水、脱色、脱臭、脱酸加工而成。油品色胶、脱水、脱色、脱臭、脱酸加工而成。油品色浅味淡易形成溶剂油的残留。浅味淡易形成溶剂油的残留。2024/7/44第一节第一节 溶剂萃取溶剂萃取2024/7/452024/7/46虾青素（虾青素（astaxanthin），其化学名称为），其化学名称为3,3-二二羟基羟基-4,4-二酮基二酮基-,-胡萝素胡萝素。分子式（通式）。分子式（通式）是：是：C40H52O4。2024/7/47一、萃取溶剂过程的理论基础一、萃取溶剂过程的理论基础1.1.物质溶解和相似相溶物质溶解和相似相溶物质溶解过程物质溶解过程:溶质溶质B B各质点分离成分子或离子等单个质点各质点分离成分子或离子等单个质点吸收能量吸收能量:非极性物质非极性物质 极性物质极性物质 氢键物质氢键物质 离子型物质离子型物质溶剂溶剂A A在溶质在溶质B B的作用下形成可容纳的作用下形成可容纳B B质点的空位质点的空位吸收能量吸收能量:非极性物质非极性物质 极性物质极性物质 氢键物质氢键物质2024/7/48物质溶解过程物质溶解过程溶质质点溶质质点B B进入溶剂进入溶剂A A形成的空位形成的空位释放能量释放能量:A A、B B均为非极性分子均为非极性分子 一非极性分子、一极性一非极性分子、一极性分子分子 均为极性分子均为极性分子 B B被被A A溶剂化溶剂化2024/7/49物质溶解过程物质溶解过程溶剂化：溶剂化：也称溶剂合化，是指一定数目的溶也称溶剂合化，是指一定数目的溶剂分子较牢固地结合在溶质质点上。若溶剂剂分子较牢固地结合在溶质质点上。若溶剂是水，则称为水（合）化。是水，则称为水（合）化。2024/7/410“相似相溶相似相溶”原理原理分子之间有两方面的相似：分子之间有两方面的相似：分子结构相似，如分子的组成、官能团、形分子结构相似，如分子的组成、官能团、形态结构的相似；态结构的相似；能量（相互作用力）相似，如相互作用力能量（相互作用力）相似，如相互作用力有极性的和非极性之分。有极性的和非极性之分。2024/7/411浸出油：是用化学制油方法使油脂从油料中分离出来而形成的油品。DMF还可作从石蜡中分离非烃成分的有效试剂。温度，溶解,扩散，浸出；DMF是多种高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等的优良溶剂，广泛用于塑料制膜、油漆、纤维等工业；又如，在高山上煮饭，水易沸腾，但饭不易熟。非极性浸出溶剂如乙醚、氯仿、石油醚。循环回流浸出法（索氏提取法）超临界CO2，CH2Cl2溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液萃取液（L或E）药粉润湿溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；回收溶剂浓缩提取液。乙酸乙酯(ethylacetate)又称醋酸乙酯。浸出溶剂应达到的要求安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。浓度梯度，浸出速度。029;沸点:189;结晶点()：1820例如咖啡因的溶解度为150，用苯甲酸钠作助溶剂，形成苯甲酸钠咖啡因，溶解度为11.水向油中溶解，第一步吸收能量大，第二步介电常数/（F/m）“相似相溶相似相溶”原理原理u两种惰性溶剂（烷烃、苯、四氯化碳等）互两种惰性溶剂（烷烃、苯、四氯化碳等）互溶，第一、二步吸收能量小，易由第三步放溶，第一、二步吸收能量小，易由第三步放出的能量所补偿；出的能量所补偿；u水向油中溶解，第一步吸收能量大，第二步水向油中溶解，第一步吸收能量大，第二步吸能不大，而第三步放出的能量不足以补偿吸能不大，而第三步放出的能量不足以补偿所需能量；所需能量；u水和乙醇的溶解，两者都有氢键，第一、二水和乙醇的溶解，两者都有氢键，第一、二步吸收能量大，但第三步溶质与溶剂都是极步吸收能量大，但第三步溶质与溶剂都是极性物质，溶解可以进行。性物质，溶解可以进行。2024/7/4122.2.溶剂互溶性规律溶剂互溶性规律氢键氢键是由一个氢原子和两个电负性原子结合是由一个氢原子和两个电负性原子结合构成的，如构成的，如AHB，“”为氢键，是具为氢键，是具有方向性的强作用力。形成氢键必须有能够有方向性的强作用力。形成氢键必须有能够接受电子的部分接受电子的部分AH，即电子受体，还必须，即电子受体，还必须有给出电子的部分有给出电子的部分B，即电子供体。，即电子供体。2024/7/4132.2.溶剂互溶性规律溶剂互溶性规律 按照生成氢键的能力，将溶剂分四种：按照生成氢键的能力，将溶剂分四种：N N型溶剂型溶剂，不能形成氢键，如烷烃、四氯化碳、，不能形成氢键，如烷烃、四氯化碳、苯等；苯等；A A型溶剂型溶剂，只有电子受体的溶剂，如氯仿、二，只有电子受体的溶剂，如氯仿、二 氯甲烷等，能与电子供体形成氢键；氯甲烷等，能与电子供体形成氢键；B B型溶剂型溶剂，只有电子供体的溶剂，如酮、醛、，只有电子供体的溶剂，如酮、醛、酯等，如叔胺等；酯等，如叔胺等；ABAB型溶剂型溶剂，同时具备电子受体和供体的溶，同时具备电子受体和供体的溶 剂。剂。2024/7/414ABAB型溶剂型溶剂AB1型：交链氢键缔合溶剂，如：水、多元醇、型：交链氢键缔合溶剂，如：水、多元醇、胺基取代醇、羟基羧酸、多元羧酸、多酚等。胺基取代醇、羟基羧酸、多元羧酸、多酚等。AB2型：直链氢键缔合溶剂，如：醇、胺、羧酸型：直链氢键缔合溶剂，如：醇、胺、羧酸等。等。AB3型：生成内氢键分子，如：邻硝基苯酚。型：生成内氢键分子，如：邻硝基苯酚。2024/7/415-不相混溶不相混溶完全混溶完全混溶-部分混溶部分混溶2024/7/4163.3.溶剂的极性溶剂的极性溶剂萃取的关键是萃取溶剂的选择，溶剂萃取的关键是萃取溶剂的选择，依据是依据是“相似相溶相似相溶”。介电常数是一个化合物摩尔极化程度介电常数是一个化合物摩尔极化程度的量度，通过它可以预测该化合物是极性的量度，通过它可以预测该化合物是极性或非极性的。或非极性的。2024/7/417另一些溶剂的介电常数另一些溶剂的介电常数溶剂溶剂介电常数介电常数/（F/m）溶剂溶剂介电常数介电常数/（F/m）水水78.52.5mol/L尿素尿素8420%乙醇乙醇705.0mol/L尿素尿素9140%乙醇乙醇60丙酮丙酮2260%乙醇乙醇48甲醇甲醇33100%乙醇乙醇24丙醇丙醇232.5mol/L甘氨酸甘氨酸1372024/7/4182024/7/419良好的溶剂良好的溶剂v有很大的萃取容量，即单位体积的萃取溶剂能萃有很大的萃取容量，即单位体积的萃取溶剂能萃取大量的产物；取大量的产物；v有良好的选择性，理想的情况是萃取产物而不萃有良好的选择性，理想的情况是萃取产物而不萃取杂质；取杂质；v与被萃取的液相互溶度要小，且黏度低、界面张与被萃取的液相互溶度要小，且黏度低、界面张力小或适中，这样有利于相的分散和两相分离；力小或适中，这样有利于相的分散和两相分离；v溶剂的回收和再生容易；溶剂的回收和再生容易；v化学稳定性好，不易分离，对设备腐蚀性小；化学稳定性好，不易分离，对设备腐蚀性小；v经济性好，价廉易得；经济性好，价廉易得；v安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。2024/7/420v闪点闪点flashingpoint又称闪燃点。可燃性液体性质的指又称闪燃点。可燃性液体性质的指标之一。是液体表面上的蒸气和空气的混合物与火标之一。是液体表面上的蒸气和空气的混合物与火接触而初次发生蓝色火焰的闪光时的温度。接触而初次发生蓝色火焰的闪光时的温度。v着火点着火点可燃物在空气或氧气中燃烧，必须要达到该物质着可燃物在空气或氧气中燃烧，必须要达到该物质着火燃烧所需要的最低温度，这个最低温度叫做该物火燃烧所需要的最低温度，这个最低温度叫做该物质的着火点。质的着火点。着火点又称燃点。指可燃性液体表面的蒸气和空气着火点又称燃点。指可燃性液体表面的蒸气和空气的混合物与火接触而发生火焰，且能维持继续燃烧的混合物与火接触而发生火焰，且能维持继续燃烧不少于不少于5s的温度。的温度。2024/7/421v沸点沸点:液体发生沸腾时的温度。当液体沸腾时，在其内部液体发生沸腾时的温度。当液体沸腾时，在其内部所形成的气泡中的饱和蒸汽压必须与外界施予的压所形成的气泡中的饱和蒸汽压必须与外界施予的压强相等，气泡才有可能长大并上升，所以，沸点也强相等，气泡才有可能长大并上升，所以，沸点也就是液体的饱和蒸汽压等于外界压强的温度。就是液体的饱和蒸汽压等于外界压强的温度。液体的沸点跟外部压强有关。当液体所受的压强增液体的沸点跟外部压强有关。当液体所受的压强增大时，它的沸点升高；压强减小时；沸点降低。大时，它的沸点升高；压强减小时；沸点降低。例如，蒸汽锅炉里的蒸汽压强，约有几十个大气压，例如，蒸汽锅炉里的蒸汽压强，约有几十个大气压，锅炉里的水的沸点可在锅炉里的水的沸点可在200以上。又如，在高山以上。又如，在高山上煮饭，水易沸腾，但饭不易熟。这是由于大气压上煮饭，水易沸腾，但饭不易熟。这是由于大气压随地势的升高而降低，水的沸点也随高度的升高而随地势的升高而降低，水的沸点也随高度的升高而逐浙下降。逐浙下降。2024/7/422乙酸乙酯(ethylacetate)又称醋酸乙酯。虾青素（astaxanthin），其化学名称为3,3-二羟基-4,4-二酮基-,-胡萝素。溶剂萃取的关键是萃取溶剂的选择，依据是“相似相溶”。表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，易生成水包油型乳浊液；但温度应保持在不破坏有效成分的范围内。适用于小于57个理论级的各种规模的萃取操作。flashingpoint又称闪燃点。实验室中常在普通酒精中加入生石灰回流，再进行蒸馏，可得99.溶剂回收从萃取相或萃余相中分离有机溶剂，加以回收。又如，在高山上煮饭，水易沸腾，但饭不易熟。浓度梯度,浸出速度溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；AB3型：生成内氢键分子，如：邻硝基苯酚。液体发生沸腾时的温度。分子式（通式）是：C40H52O4。俗名酒精，是酒的主要成分。循环回流浸出法（索氏提取法）一、萃取溶剂过程的理论基础生产能力大、周期短、便于连续操作、容易实现自动化控制等。慢速浸出：1-3ml/min工业中常用的萃取溶剂工业中常用的萃取溶剂2024/7/423乙酸乙酯乙酸乙酯乙酸乙酯乙酸乙酯(ethylacetate)又称醋酸乙酯。分子式又称醋酸乙酯。分子式C4H8O2，相对分子质量为，相对分子质量为88.11。无色透明有芳香气味的液体。熔点无色透明有芳香气味的液体。熔点-83.6。沸点。沸点77.06。相对密度。相对密度0.902。折射率。折射率1.3719。闪点。闪点-3。自燃温度。自燃温度426。在空气中爆炸极限。在空气中爆炸极限2.2%9%。溶于氯仿、乙醇、乙醚，微溶于水。与水形成沸溶于氯仿、乙醇、乙醚，微溶于水。与水形成沸点为点为70.4的共沸物，与乙醇形成沸点为的共沸物，与乙醇形成沸点为71.8的共沸物。蒸气压的共沸物。蒸气压73133.3Pa(20)。2024/7/424甲醇甲醇甲醇是无色可燃的液体，有类似酒精的气甲醇是无色可燃的液体，有类似酒精的气味，沸点味，沸点65，跟水能以任意比率混溶。，跟水能以任意比率混溶。甲醇有毒，饮用甲醇有毒，饮用10mL，就能使眼睛失明，就能使眼睛失明，再多可使人中毒致死。在酒精中加入甲醇再多可使人中毒致死。在酒精中加入甲醇叫做变性酒精，饮用这种酒精，有致盲的叫做变性酒精，饮用这种酒精，有致盲的危险。危险。2024/7/425甲醇甲醇最早是用木材干馏法生产甲醇，所以甲醇最早是用木材干馏法生产甲醇，所以甲醇也叫木精，也叫木精，1920年以后逐渐停止使用这种年以后逐渐停止使用这种方法。近代主要用一氧化碳和氢气（俗称方法。近代主要用一氧化碳和氢气（俗称合成气）来制造甲醇。合成气）来制造甲醇。甲醇是优良的有机溶剂，还是制造甲醛等甲醇是优良的有机溶剂，还是制造甲醛等的原料。甲醇可以掺入汽油或柴油中作为的原料。甲醇可以掺入汽油或柴油中作为内燃机燃料。由于合成气用焦炭（煤干馏内燃机燃料。由于合成气用焦炭（煤干馏的产品）制备，用甲醇作燃料可以节省石的产品）制备，用甲醇作燃料可以节省石油资源，而且甲醇燃烧产物不污染环境。）油资源，而且甲醇燃烧产物不污染环境。）2024/7/426乙醇乙醇俗名酒精，是酒的主要成分。无色易燃的液体，俗名酒精，是酒的主要成分。无色易燃的液体，熔点为熔点为117.3，沸点为，沸点为78.5，相对密度为，相对密度为0.7893。能与水及大多数有机溶剂混溶。乙醇与。能与水及大多数有机溶剂混溶。乙醇与水的容量百分率在商业上叫做水的容量百分率在商业上叫做“度度”，用来表示，用来表示乙醇在水中的含量。乙醇在水中的含量。乙醇具有一般伯醇的化学性质，比较活泼，是有乙醇具有一般伯醇的化学性质，比较活泼，是有机合成的重要原料及溶剂。医药上常用做消毒剂机合成的重要原料及溶剂。医药上常用做消毒剂和防腐剂。乙醇还广泛用做饮料和燃料。过去，和防腐剂。乙醇还广泛用做饮料和燃料。过去，工业乙醇中常加入少量毒性物质如甲醇等（称变工业乙醇中常加入少量毒性物质如甲醇等（称变性酒精）以防止饮用。性酒精）以防止饮用。2024/7/427乙醇乙醇普通酒精是含普通酒精是含95.6乙醇和乙醇和4.4水的恒沸混合物，水的恒沸混合物，沸点为沸点为78.15，其中的少量水分无法用蒸馏法除，其中的少量水分无法用蒸馏法除去。实验室中常在普通酒精中加入生石灰回流，去。实验室中常在普通酒精中加入生石灰回流，再进行蒸馏，可得再进行蒸馏，可得99.5的乙醇。再加入金属镁的乙醇。再加入金属镁和少量碘（催化剂）回流后蒸馏，可得无水乙醇和少量碘（催化剂）回流后蒸馏，可得无水乙醇（又叫绝对乙醇）。（又叫绝对乙醇）。工业上是利用苯乙醇水能形成三元恒沸混合工业上是利用苯乙醇水能形成三元恒沸混合物（沸点物（沸点64.9），苯乙醇能形成二元恒沸混），苯乙醇能形成二元恒沸混合物（沸点合物（沸点68.3）的性质制备无水乙醇的。首）的性质制备无水乙醇的。首先加入足够量的苯进行蒸馏，先蒸出三元恒沸物，先加入足够量的苯进行蒸馏，先蒸出三元恒沸物，再蒸去二元恒沸物，最后可得再蒸去二元恒沸物，最后可得99以上的无水乙以上的无水乙醇。醇。2024/7/428丙酮丙酮丙酮在常温压下为具有特殊芳香气味的易挥发性无色透明丙酮在常温压下为具有特殊芳香气味的易挥发性无色透明液体。易燃烧，其蒸气空气能形成爆炸性混合物，遇明火液体。易燃烧，其蒸气空气能形成爆炸性混合物，遇明火或高热易引起燃烧。或高热易引起燃烧。化学性质较活泼。其液体比水轻。能与水、酒精、乙醚、化学性质较活泼。其液体比水轻。能与水、酒精、乙醚、氯仿、乙炔、油类及碳氢化合物相互溶解，能溶解油脂和氯仿、乙炔、油类及碳氢化合物相互溶解，能溶解油脂和橡胶。丙酮蒸气有麻醉效应。橡胶。丙酮蒸气有麻醉效应。用于有机溶剂、醋酐、氯仿、染料、石腊的精炼、橡胶、用于有机溶剂、醋酐、氯仿、染料、石腊的精炼、橡胶、润滑油的制造。润滑油的制造。分子量：分子量：58.08;熔点：熔点：-94.6；沸点：沸点：56.48；通过玉米发酵法分馏制得；石油裂解法制得；木材干馏。通过玉米发酵法分馏制得；石油裂解法制得；木材干馏。2024/7/429乙醚乙醚乙醚或称二乙醚其外观为无色透明易流动的液体。乙醚或称二乙醚其外观为无色透明易流动的液体。有芳香味，具有吸湿性，味甜。比重有芳香味，具有吸湿性，味甜。比重0.7135，闪，闪点点40，沸点，沸点34.6，微溶于水，能溶于乙醇、，微溶于水，能溶于乙醇、苯、氯仿等有机溶剂。苯、氯仿等有机溶剂。乙醚是非常好的有机溶剂，能溶解蜡、油脂、溴、乙醚是非常好的有机溶剂，能溶解蜡、油脂、溴、碘、磷、硫等。乙醚及其蒸气均极易燃烧。其蒸碘、磷、硫等。乙醚及其蒸气均极易燃烧。其蒸气与空气相混能发生爆炸，爆炸极限为气与空气相混能发生爆炸，爆炸极限为1.8536.5%(体积体积)。在强烈日光照射下，能使容器急速。在强烈日光照射下，能使容器急速膨胀而导致爆炸，燃烧时所发生的毒气可使人昏膨胀而导致爆炸，燃烧时所发生的毒气可使人昏迷，甚至致死。迷，甚至致死。2024/7/430分子式分子式HCON（CH3）2。无色高沸点液体。熔点无色高沸点液体。熔点:-60.5,沸点沸点149156，相对密度，相对密度0.9487。能与水、乙醇、乙醚、醛、酮、酯、卤代烃和芳烃等能与水、乙醇、乙醚、醛、酮、酯、卤代烃和芳烃等混溶。在空气中加热至混溶。在空气中加热至350以上时即失水，生成一以上时即失水，生成一氧化碳和二甲胺。氧化碳和二甲胺。DMF是很好的非质子极性溶剂，能是很好的非质子极性溶剂，能溶解多数有机物和无机物。许多离子型反应在溶解多数有机物和无机物。许多离子型反应在DMF中中要比在一般的质子溶剂中更易进行，例如在室温下羟要比在一般的质子溶剂中更易进行，例如在室温下羟酸盐与卤代烃在酸盐与卤代烃在DMF中反应，能生成高产率的酯。中反应，能生成高产率的酯。二甲基甲酰胺（二甲基甲酰胺（DMF）HCON(CH3)22024/7/431DMFDMF是多种高聚物如聚乙烯是多种高聚物如聚乙烯、聚氯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酰胺等的优良溶剂，广泛用聚丙烯腈、聚酰胺等的优良溶剂，广泛用于塑料制膜、油漆、纤维等工业；也可作于塑料制膜、油漆、纤维等工业；也可作除去油漆的脱漆剂。除去油漆的脱漆剂。它能溶解某些低溶解度的颜料，使颜料带有它能溶解某些低溶解度的颜料，使颜料带有染料的特点。染料的特点。DMF还可作从石蜡中分离非还可作从石蜡中分离非烃成分的有效试剂。它对对苯二甲酸烃成分的有效试剂。它对对苯二甲酸和间和间苯二甲酸的溶解性有良好的选择性，可在苯二甲酸的溶解性有良好的选择性，可在DMF中将它们分离。中将它们分离。2024/7/432二甲基亚砜（二甲基亚砜（DMSO）:(CH3)2SO密密度：度：(20)g/ml1.0201.029;沸点沸点:189;结结晶点晶点()：1820分子式分子式：(CH3)2OS性状性状：无色稠厚透明液体。无气味。微有苦味。：无色稠厚透明液体。无气味。微有苦味。有很强的吸湿性。溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯有很强的吸湿性。溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；不溶于除乙炔以外的脂肪烃。能溶解环氧和氯仿；不溶于除乙炔以外的脂肪烃。能溶解环氧乙烷、苯甲酸、樟脑、糖类、油脂等，也能溶解二乙烷、苯甲酸、樟脑、糖类、油脂等，也能溶解二氧化硫、二氧化氮、氯化钙和硝酸钠等。与金属能氧化硫、二氧化氮、氯化钙和硝酸钠等。与金属能形成稳定的配位化合物。形成稳定的配位化合物。2024/7/433DMSO用途用途：一般分析实验用试剂；气相色谱固：一般分析实验用试剂；气相色谱固定液，紫外光谱分析中用作溶剂；用作乙炔、定液，紫外光谱分析中用作溶剂；用作乙炔、二氧化硫及其它气体的溶剂，农药溶剂，合二氧化硫及其它气体的溶剂，农药溶剂，合成纤维的聚合及纺丝溶剂，萃取剂，活性染成纤维的聚合及纺丝溶剂，萃取剂，活性染料稳定剂。还用于机体组织的保存，射钱烧料稳定剂。还用于机体组织的保存，射钱烧伤的防护，有机合成，制药工业。用于芳烃伤的防护，有机合成，制药工业。用于芳烃抽提、树脂及染料的反应介质、腈纶聚合、抽提、树脂及染料的反应介质、腈纶聚合、抽丝的溶剂。抽丝的溶剂。2024/7/434常用语常用语将供提取的溶液称为将供提取的溶液称为料液（料液（F）从料液中提取出来的物质从料液中提取出来的物质溶质溶质用来萃取产物的溶剂用来萃取产物的溶剂萃取剂（萃取剂（S）溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液萃取液（萃取液（L或或E）被萃取出溶质后的料液被萃取出溶质后的料液萃余液（萃余液（R）2024/7/4354.水相条件的影响水相条件的影响发酵液或水相中存在与产物性质相近的杂质、未发酵液或水相中存在与产物性质相近的杂质、未完全利用的底物、无机盐、代谢中间产物等对萃完全利用的底物、无机盐、代谢中间产物等对萃取过程会产生影响。取过程会产生影响。pH温度温度盐析盐析带溶剂（助、潜溶剂）带溶剂（助、潜溶剂）2024/7/436概念：生物工业中一种重要的分离提取方法。常用仪器：索氏提取器物理法：加热、稀释、吸附等；分离将乳浊液分离成萃取相和萃余相；应能最大限度地溶解和浸出有效成分，而尽量避免浸出无效成分或有害物质；分子量较小的生物物质转变。溶剂回收从萃取相或萃余相中分离有机溶剂，加以回收。采用“六号”溶剂油将食用油原料充分“浸泡”然后高温提取，经脱脂、脱胶、脱水、脱色、脱臭、脱酸加工而成。flashingpoint又称闪燃点。还能减少有机溶剂在水相中的溶解度。溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；液体发生沸腾时的温度。循环回流浸出法（索氏提取法）例如咖啡因的溶解度为150，用苯甲酸钠作助溶剂，形成苯甲酸钠咖啡因，溶解度为11.溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；步吸收能量大，但第三步溶质与溶剂都是极价格低廉，无腐蚀性，无毒，闪点高，无爆炸性，在产品中易于除去并且易于回收；029;沸点:189;结晶点()：1820有良好的选择性，理想的情况是萃取产物而不萃取杂质；气相色谱固定液，紫外光谱分析中用作溶剂；pH直接影响表观分配系数。直接影响表观分配系数。在在pH2萃取青霉素，醋酸丁酯萃取液中青霉萃取青霉素，醋酸丁酯萃取液中青霉烯酸可达青霉素含量的烯酸可达青霉素含量的12.5%;在在pH3条件条件下，青霉烯酸占青霉素含量的下，青霉烯酸占青霉素含量的4%。2024/7/437温度温度温度影响生物化学物质的稳定性，所以一温度影响生物化学物质的稳定性，所以一般在室温或低温下操作。般在室温或低温下操作。2024/7/438盐析盐析无机盐一般可降低产物在水中的溶解度而使无机盐一般可降低产物在水中的溶解度而使其更易转入有机溶剂相中；还能减少有机溶其更易转入有机溶剂相中；还能减少有机溶剂在水相中的溶解度。剂在水相中的溶解度。提取提取B12时，加入硫铵可促使时，加入硫铵可促使B12自水相转移自水相转移到有机相中。到有机相中。2024/7/439带带溶溶剂剂能能与与产产物物形形成成混混合合物物，使使产产物物更更易易溶溶于于有有机溶剂相中。机溶剂相中。例例如如咖咖啡啡因因的的溶溶解解度度为为1 50，用用苯苯甲甲酸酸钠钠作作助助溶溶剂，形成苯甲酸钠咖啡因，溶解度为剂，形成苯甲酸钠咖啡因，溶解度为1 1.2。如甲硝唑在水中溶解度为如甲硝唑在水中溶解度为10%(W/V)10%(W/V)，如果采用水，如果采用水-乙醇混合溶剂，则溶解度提高乙醇混合溶剂，则溶解度提高5 5倍。苯巴比妥在倍。苯巴比妥在90%90%乙醇中有最大溶解度。乙醇中有最大溶解度。带溶剂带溶剂2024/7/440二、工业萃取方式和理论收得率二、工业萃取方式和理论收得率工业上萃取操作包括三个步骤：工业上萃取操作包括三个步骤：混合混合料液和萃取液充分混合形成具有很料液和萃取液充分混合形成具有很大表面积的乳浊液，产物自料液转入萃取大表面积的乳浊液，产物自料液转入萃取剂；剂；分离分离将乳浊液分离成萃取相和萃余相；将乳浊液分离成萃取相和萃余相；溶剂回收溶剂回收从萃取相或萃余相中分离有机从萃取相或萃余相中分离有机溶剂，加以回收。溶剂，加以回收。2024/7/441单级萃取单级萃取2024/7/442多级萃取多级萃取2024/7/443多级萃取多级萃取2024/7/4442024/7/4452024/7/446溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；二甲基亚砜（DMSO）:(CH3)2SO用于有机溶剂、醋酐、氯仿、染料、石腊的精炼、橡胶、润滑油的制造。还能减少有机溶剂在水相中的溶解度。水和乙醇的溶解，两者都有氢键，第一、二乙醚及其蒸气均极易燃烧。两种惰性溶剂（烷烃、苯、四氯化碳等）互气相色谱固定液，紫外光谱分析中用作溶剂；溶剂萃取的关键是萃取溶剂的选择，依据是“相似相溶”。分子式C4H8O2，相对分子质量为88.过去，工业乙醇中常加入少量毒性物质如甲醇等（称变性酒精）以防止饮用。药粉润湿（优选）生物工业下游技术第四章溶剂萃取法水向油中溶解，第一步吸收能量大，第二步半极性浸出溶剂如乙醇、丙酮；能与水、乙醇、乙醚、醛、酮、酯、卤代烃和芳烃等混溶。被萃取出溶质后的料液萃余液（R）029;沸点:189;结晶点()：1820性物质，溶解可以进行。如甲硝唑在水中溶解度为10%(W/V)，如果采用水-乙醇混合溶剂，则溶解度提高5倍。B型溶剂，只有电子供体的溶剂，如酮、醛、虾青素（astaxanthin），其化学名称为3,3-二羟基-4,4-二酮基-,-胡萝素。三、乳化与破乳化三、乳化与破乳化乳化乳化一种液体（分散相）分散在另一一种液体（分散相）分散在另一种不相溶的液体（连续相）中的现象。种不相溶的液体（连续相）中的现象。后果后果使有机溶剂和水相分层困难，出使有机溶剂和水相分层困难，出现两种夹带，即发酵废液中夹带有机溶剂现两种夹带，即发酵废液中夹带有机溶剂微滴（目的产物损失）和溶剂相中夹带发微滴（目的产物损失）和溶剂相中夹带发酵液的微滴（后处理困难）。酵液的微滴（后处理困难）。形式形式水包油型（水包油型（O/W）；油包水型）；油包水型（W/O）。）。2024/7/4472024/7/448分散分散另一种另一种液体液体乳剂乳剂非均相非均相水包油型水包油型油包水型油包水型2024/7/449形成稳定的乳浊液形成稳定的乳浊液界面上保护膜是否形成；界面上保护膜是否形成；液滴是否带电；液滴是否带电；介质是否带电。介质是否带电。有机相有机相水水 相相乳化层乳化层2024/7/450破乳化破乳化生产中出现的水包油型或油包水型，主要生产中出现的水包油型或油包水型，主要由表面活性剂的性质决定。由表面活性剂的性质决定。表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，易生成水包油型乳浊液；易生成水包油型乳浊液；蛋白质引起的乳化多为水包油型。蛋白质引起的乳化多为水包油型。2024/7/451破乳方法破乳方法过滤或离心分离过滤或离心分离化学法：加入电介质中和离子型乳浊液的化学法：加入电介质中和离子型乳浊液的电荷；电荷；物理法：加热、稀释、吸附等；物理法：加热、稀释、吸附等；顶替法：加入表面活性更大的物质；顶替法：加入表面活性更大的物质；转型法：在水包油中加入亲油型乳化剂。转型法：在水包油中加入亲油型乳化剂。2024/7/452四、萃取设备简介四、萃取设备简介单级萃取设备单级萃取设备多级萃取设备多级萃取设备2024/7/453单单级级萃萃取取设设备备2024/7/4542024/7/455多极萃取设备多极萃取设备2024/7/456029;沸点:189;结晶点()：18209），苯乙醇能形成二元恒沸混合物（沸点68.有效成分从组织中解吸、溶解乙酸乙酯(ethylacetate)又称醋酸乙酯。例如咖啡因的溶解度为150，用苯甲酸钠作助溶剂，形成苯甲酸钠咖啡因，溶解度为11.介电常数/（F/m）N型溶剂，不能形成氢键，如烷烃、四氯化碳、苯等；按照生成氢键的能力，将溶剂分四种：循环回流浸出法（索氏提取法）3）的性质制备无水乙醇的。安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。俗名酒精，是酒的主要成分。（优选）生物工业下游技术第四章溶剂萃取法形式水包油型（O/W）；溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；适用于小于57个理论级的各种规模的萃取操作。029;沸点:189;结晶点()：1820分子式（通式）是：C40H52O4。油品色浅味淡易形成溶剂油的残留。AB3型：生成内氢键分子，如：邻硝基苯酚。6，微溶于水，能溶于乙醇、苯、氯仿等有机溶剂。步吸收能量大，但第三步溶质与溶剂都是极特点：特点：操作方操作方便、密便、密闭性好闭性好萃取剂萃取剂用量少用量少占地面占地面积少积少2024/7/457特点：特点：适用于适用于小于小于5 57 7个理论级个理论级的各种规的各种规模的萃取模的萃取操作。操作。2024/7/458第二节第二节 浸取浸取 2024/7/4592024/7/460一、浸取过程的应用一、浸取过程的应用2024/7/461浸取过程举例浸取过程举例产物产物固体固体溶质溶质溶剂溶剂咖啡咖啡粗烤咖啡粗烤咖啡咖啡溶质咖啡溶质水水豆油豆油大豆大豆豆油豆油己烷己烷大豆蛋白大豆蛋白豆粉豆粉蛋白质蛋白质NaOH溶液，溶液，pH9香料香料丁香、胡椒、麝香草丁香、胡椒、麝香草香料成分香料成分80%乙醇乙醇蔗糖蔗糖甘蔗、甜菜甘蔗、甜菜蔗糖蔗糖水水微生素微生素B碎米碎米微生素微生素B乙醇乙醇水水玉米蛋白质玉米蛋白质玉米玉米玉米蛋白质玉米蛋白质90%乙醇乙醇胶质胶质胶原胶原胶质胶质烯酸烯酸果汁果汁水果块水果块果汁果汁水水鱼油鱼油碎鱼块碎鱼块鱼油鱼油己烷，丁醇，己烷，丁醇，CH2Cl2鸦片提取物鸦片提取物罂粟罂粟鸦片提取物鸦片提取物超临界超临界CO2，CH2Cl22024/7/462浸取过程举例浸取过程举例产物产物固体固体溶质溶质溶剂溶剂胰岛素胰岛素牛、猪胰脏牛、猪胰脏胰岛素胰岛素酸性醇酸性醇肝提取物肝提取物哺乳动物的肝哺乳动物的肝肽、缩氨酸肽、缩氨酸水水灰皮灰皮兽皮兽皮去胶质的蛋白去胶质的蛋白质碳水化合物质碳水化合物Ca（OHOH）2 2水溶液水溶液低水分水果低水分水果高水分水果高水分水果水水50%的糖液的糖液脱盐海藻脱盐海藻海藻海藻海盐海盐稀盐酸稀盐酸去咖啡因的咖啡去咖啡因的咖啡绿咖啡豆绿咖啡豆咖啡因咖啡因氯代甲烷，超临界氯代甲烷，超临界COCO2 2中草药汁中草药汁中草药材中草药材药用成分药用成分水水药酒药酒中草药材中草药材药用成分药用成分酒酒2024/7/463二、浸取速率二、浸取速率溶剂从固体颗粒中浸取可溶性物质的过程：溶剂从固体颗粒中浸取可溶性物质的过程：溶剂从溶剂主体传递到固体颗粒的表面；溶剂从溶剂主体传递到固体颗粒的表面；溶剂扩散渗入固体内部和内部微孔隙内；溶剂扩散渗入固体内部和内部微孔隙内；溶质溶解进入溶剂；溶质溶解进入溶剂；通过固体微孔隙通道中的溶液扩散到固体表面并通过固体微孔隙通道中的溶液扩散到固体表面并进一步进入溶剂主体。进一步进入溶剂主体。2024/7/4642024/7/465三、浸出的其他问题三、浸出的其他问题1.溶剂的选择：溶剂的选择：l相似相溶原理；相似相溶原理；l溶剂对目的物的选择性高；溶剂对目的物的选择性高；l价格低廉，无腐蚀性，无毒，闪点高，无爆价格低廉，无腐蚀性，无毒，闪点高，无爆炸性，在产品中易于除去并且易于回收；炸性，在产品中易于除去并且易于回收；l不能影响食品的味道或改变风味，更不能有不能影响食品的味道或改变风味，更不能有致癌物质。致癌物质。2024/7/466三、浸出的其他问题三、浸出的其他问题2.增溶作用增溶作用原先不溶或难溶的生物大分子向可溶性的、原先不溶或难溶的生物大分子向可溶性的、分子量较小的生物物质转变。分子量较小的生物物质转变。3.固体原料的预处理固体原料的预处理粉碎原料粉碎原料、干燥等。干燥等。2024/7/467n 浸出过程u 浸润阶段浸润阶段u 溶解阶段溶解阶段 有效成分从组织中有效成分从组织中解吸、溶解解吸、溶解u 扩散阶段扩散阶段细胞内（细胞内（浓度高、渗透压高浓度高、渗透压高）浓度差、渗透压差浓度差、渗透压差溶剂溶剂（动态平衡动态平衡）u 置换阶段置换阶段 用用低浓度低浓度浸出液置换高浓度浸出液浸出液置换高浓度浸出液浓度梯度浓度梯度 ,浸出速度浸出速度2024/7/468n 影响浸出的主要因素u 浸出时间浸出时间u 药材粗细药材粗细药材粗，表面积小，浸出效率低，太细，浸出杂质多。药材粗，表面积小，浸出效率低，太细，浸出杂质多。u 浸出溶剂浸出溶剂最常用，但选择性差，霉变具有防腐作用最常用，但选择性差，霉变具有防腐作用不同浓度乙醇可选择浸出不同有效成分。不同浓度乙醇可选择浸出不同有效成分。但但缺点是有药理作用，价格较贵，易燃。缺点是有药理作用，价格较贵，易燃。乙醇乙醇：水水：浸出时间浸出时间,浸出量浸出量 2024/7/4697135，闪点40，沸点34.能与水、乙醇、乙醚、醛、酮、酯、卤代烃和芳烃等混溶。从料液中提取出来的物质溶质例如咖啡因的溶解度为150，用苯甲酸钠作助溶剂，形成苯甲酸钠咖啡因，溶解度为11.flashingpoint又称闪燃点。循环回流浸出法（索氏提取法）甲醇是无色可燃的液体，有类似酒精的气味，沸点65，跟水能以任意比率混溶。它能溶解某些低溶解度的颜料，使颜料带有染料的特点。挥发性溶剂：乙醇、乙醚、氯仿等性物质，溶解可以进行。溶质B各质点分离成分子或离子等单个质点029;沸点:189;结晶点()：1820溶于氯仿、乙醇、乙醚，微溶于水。无机盐一般可降低产物在水中的溶解度而使其更易转入有机溶剂相中；能溶解环氧乙烷、苯甲酸、樟脑、糖类、油脂等，也能溶解二氧化硫、二氧化氮、氯化钙和硝酸钠等。应能最大限度地溶解和浸出有效成分，而尽量避免浸出无效成分或有害物质；性物质，溶解可以进行。生产能力大、周期短、便于连续操作、容易实现自动化控制等。溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；俗名酒精，是酒的主要成分。n 影响浸出的主要因素u 浸出温度浸出温度 温度温度，溶解，溶解,扩散扩散，浸出，浸出 ；但温度应保持在不破坏有效成分的范围内。但温度应保持在不破坏有效成分的范围内。u 浓度梯度浓度梯度 浓度梯度浓度梯度，浸出速度，浸出速度。u 浸出压力浸出压力 组织坚实的药材，组织坚实的药材，压力压力，润湿润湿 ，浸出浸出 u 新技术的应用新技术的应用 2024/7/470 n 药材预处理u 药材品质检查药材品质检查 药材来源与品种的鉴定药材来源与品种的鉴定 有效成分或总浸出物的测定有效成分或总浸出物的测定 含水量的测定含水量的测定u 药材的粉碎药材的粉碎2024/7/471n 溶剂的选择u 浸出溶剂应达到的要求浸出溶剂应达到的要求u 常用的浸出溶剂常用的浸出溶剂极性浸出溶剂如水；极性浸出溶剂如水；半极性浸出溶剂如乙醇、丙酮；半极性浸出溶剂如乙醇、丙酮；非极性浸出溶剂如乙醚、氯仿、石油醚。非极性浸出溶剂如乙醚、氯仿、石油醚。应能最大限度地应能最大限度地溶解和浸出有效溶解和浸出有效成分，而尽量避成分，而尽量避免浸出无效成分免浸出无效成分或有害物质或有害物质；本身无药本身无药理作用理作用不与药材中有不与药材中有效成分发生不效成分发生不应有的化学反应有的化学反应，不影响含应，不影响含量测定；量测定；经济、易经济、易得、使用得、使用安全等安全等2024/7/472 n 常用的浸出方法u煎煮法煎煮法u 浸渍法浸渍法u 渗漉法渗漉法u 回流法回流法u 循环回流浸出法（索氏提取法）循环回流浸出法（索氏提取法）2024/7/473n 常用的浸出方法u 煎煮法煎煮法 指药材加水煮沸，去渣取汁的一种方法。指药材加水煮沸，去渣取汁的一种方法。药材药材粉碎成粉粉碎成粉加水浸没加水浸没浸泡适宜时间浸泡适宜时间,加热至沸加热至沸浸出一定时间浸出一定时间,分离分离煎出液煎出液药渣药渣依前法煎出依前法煎出23次次合并煎出液合并煎出液离心或沉降过滤离心或沉降过滤低温浓缩低温浓缩制剂制剂成品成品工艺流程如下：工艺流程如下：2024/7/474工艺流程如下：工艺流程如下：n 常用的浸出方法u 浸渍法浸渍法 药材药材适当粉碎适当粉碎置于有盖容器中置于有盖容器中密盖，时时振摇密盖，时时振摇加溶剂适量加溶剂适量常温暗处浸渍规定时间常温暗处浸渍规定时间上清液上清液倾取倾取滤过滤过残渣残渣滤液滤液压榨压榨压榨液压榨液合并合并静置静置24h滤过滤过即得即得 将药材用适宜的溶剂在常温或温热条件下浸将药材用适宜的溶剂在常温或温热条件下浸泡，使其有效成分被浸出的一种方法。泡，使其有效成分被浸出的一种方法。2024/7/475n 常用的浸出方法u 渗漉法渗漉法 渗漉工艺流程渗漉工艺流程药材粉碎药材粉碎药粉润湿药粉润湿装器装器排气排气静置浸渍静置浸渍渗漉渗漉漉液的收集和提取漉液的收集和提取 渗漉法的特点渗漉法的特点 渗漉法的使用范围渗漉法的使用范围:有效成分含量低及高浓度浸出制剂 2024/7/476u 渗漉法的特点渗漉法的特点 动态浸出动态浸出 浓度梯度大，浸出效果好浓度梯度大，浸出效果好 溶剂用量少溶剂用量少 慢速浸出：慢速浸出：1-3ml/min 1-3ml/min 快速浸出：快速浸出：3-5ml/min3-5ml/min药材溶剂浸出液高浓度浸出液低浓度浸出液图 动态浸出过程2024/7/477 n 常用的浸出方法u 回流法回流法操作流程：操作流程：药材药材粉碎粉碎浸泡润湿浸泡润湿回流回流 回收溶剂回收溶剂浓缩提取液。浓缩提取液。挥发性溶剂：乙醇、乙醚、氯仿等挥发性溶剂：乙醇、乙醚、氯仿等 特点：反复套用溶剂特点：反复套用溶剂 适用范围：适用范围：挥发性、不溶于水的药材挥发性、不溶于水的药材2024/7/478 n 常用的浸出方法u 循环回流浸出法（索氏提取法）常用仪器常用仪器：索氏提取器索氏提取器循环回流浸出法的特点：循环回流浸出法的特点：反复浸出多次的回流法反复浸出多次的回流法适用范围适用范围2024/7/479非极性浸出溶剂如乙醚、氯仿、石油醚。经济、易得、使用安全等非极性浸出溶剂如乙醚、氯仿、石油醚。回收溶剂浓缩提取液。反复浸出多次的回流法实验室中常在普通酒精中加入生石灰回流，再进行蒸馏，可得99.乙醇与水的容量百分率在商业上叫做“度”，用来表示乙醇在水中的含量。6，微溶于水，能溶于乙醇、苯、氯仿等有机溶剂。表面活性剂的亲水基团强度大于亲油基团，易生成水包油型乳浊液；029;沸点:189;结晶点()：1820029;沸点:189;结晶点()：1820溶于氯仿、乙醇、乙醚，微溶于水。溶于水、乙醇、丙酮、乙醚、苯和氯仿；分子式（通式）是：C40H52O4。特点：反复套用溶剂挥发性溶剂：乙醇、乙醚、氯仿等A型溶剂，只有电子受体的溶剂，如氯仿、二用低浓度浸出液置换高浓度浸出液溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的溶液萃取液（L或E）n 浸出工艺与设备 单级浸出工艺：溶剂一次加入溶剂一次加入 多级浸出工艺：溶剂分次加入溶剂分次加入 连续逆流浸出工艺：浸出浸出效率高效率高浸出液浸出液浓度高浓度高浸出浸出速度快速度快特点:2024/7/480