溶剂萃取和浸取 有机溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素 等发酵产物工业规模的提取上。利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水相和有机溶剂 相）中竟争性溶解和分配性质上的差异来进行分离操作的。有机溶剂萃取萃取a)比化学沉淀法分离程度高； b)比离子交换法选择性好、传质快； c)比蒸馏法能耗低； d)生产能力大、周期短、便于连续操作、易实现自动化控制。优点溶剂萃取法和其他新型分离技术相结合，产生了一系列新型分离技术： q超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction） q反胶团萃取（Reversed micelle extraction） q双水相萃取技术（Partition of two aqueous phase system）等。用于高品质的天然物质、胞内物质（胞内酶、蛋白质、多肽、核酸等） 的分离提取上。用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取 到溶液中的过程称为浸取或浸出。v用温水从甜菜中提取糖， v用有机溶剂从大豆、花生等油料作物中提取食用油， v用水或有机溶剂从植物中提取药物、香料或色素等。v把目标物质从第一个液相中依靠更强大的溶解 力抽提到第二个液相中。v物质的溶解和相似相溶原理。v萃取是通过溶质在两个液相之间的竟争性溶解 （分配）而实现的。一、溶剂萃取第一节 萃取a. 有很大的萃取容量； b. 良好的选择性； c. 与被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低 、界面张力小或适中，有利于相的分散和两相分离； d. 溶剂的回收和再生容易； e. 化学稳定性好，不易分解，对设备腐蚀性小； f. 价廉易得； g. 安全性好，闪点高，对人体无毒性或毒性低。一个良好的溶剂要满足以下要求：生物工业上常用的溶剂有酯类、醇类和酮类等。生物工业上常用的溶剂有酯类、醇类和酮类等。 影响萃取操作的因素：a. 温度b. pH值c. 溶媒比d. 盐分e. 乳化程度温度互溶性增大； 温度产物稳定性提高，粘度增加，扩散性能减小。影响分配系数，影响物质解离情况溶媒比溶媒体积/萃取体积 溶媒比萃取效果溶媒回收费用盐分分配系数尽量破坏乳浊液，如轻度乳化，要加热过滤离心（热 敏物质不用加热）；重度乳化，加SDS、溴化十五烷基 吡啶等去乳化剂。二、工业萃取方式工业萃取的流程混合分离溶剂回收混合器 （如搅拌混合器）分离器（如碟片式离心机）溶剂回收装置 （如蒸馏塔）料液F与萃取溶剂S一起加入混合器内搅拌混合萃取， 达到平衡后的溶液送到分离器内分离得到萃取相L和萃余相R， 萃取相送到回收器，萃余相R为废液。 在回收器内产物与溶剂分离（如蒸馏、反萃取等），溶剂则可循环使用。 1.单级萃取萃取器分离器回收器FSRP（产物）使用一个混合器和一个分离器的萃取操作：为提高收率常采用多级萃取， 多级萃取又有多级逆流萃取和 多级错流萃取的区别。 2.多级萃取多级错流萃取流程的特点：每级均加新鲜溶剂，故溶剂消 耗量大，得到的萃取液产物平均浓度较稀，但萃取较完全 ； 混合分离器1混合分离器2混合分离器n料液溶剂萃取液萃余液萃余液萃取液萃取液萃余液溶剂溶剂多级逆流萃取流程的特点：料液走向和萃取剂走向相反， 只在最后一级中加入萃取剂，萃取剂消耗少，萃取液产物 平均浓度高，产物收率较高。 工业上多采用多级逆流萃取流程。 混合分离器1混合分离器2混合分离器n料液产物溶剂萃余液萃余液废液溶剂三、乳化和去乳化 乳化产生后会使有机溶剂相和水相分层困难，出现两种夹带，即发酵 液废液中夹带有机溶剂微滴和溶剂相中夹带发酵液的微滴，前者意味 着发酵单位的损失，后者会给以后的精制造成困难。离心机分离也不 能将两相分离完全，所以必须破坏乳化。乳化的结果可能形成两种形式的乳浊液： 一种是水包油型（O/W），另一种为油包水型（W / O）。1.1.乳化乳化一种液体（分散相）分散在另一种不相混 溶的液体（连续相）中的现象。在发酵液中，蛋白质是引起乳化的最重要的表面活性物质。在发酵液中，蛋白质是引起乳化的最重要的表面活性物质。 由蛋白质引起的乳化多为水包油型（由蛋白质引起的乳化多为水包油型（O/WO/W）。）。当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（O/W） 乳浊液；反之则易生成油包水型（W / O）乳浊液。生产过程出现的乳浊液是水包油型（O/W），还是油包水型 （W / O），主要由表面活性剂的性质决定。破乳的方法有很多， a.过滤或离心分离破乳法、 b.化学法、 c.物理法（加热、稀释、吸附等）、 d.转型法（如在O/W中加入亲油性乳化剂，使乳化液有生 成W / O的倾向，但又不稳定，从而达到破乳目的）。2. 2. 破乳化破乳化最好的方法是防止乳化，应设法去除蛋白质。最好的方法是防止乳化，应设法去除蛋白质。 有机溶剂萃取的不足： 许多蛋白质都有极强的亲水性，不溶于有机溶剂 ； 蛋白质在有机溶剂相中易变性失活。第二节 双水相萃取一、双水相萃取的优点 使固液分离和纯化两个步骤同时进行，一步完成； 适合热敏物质的提取，主要是胞内酶； 亲水性聚合物加入水中，形成两相，在这两相中，水分 都占大比例（8595），这样生物活性蛋白质在两 相中不会失活，且以一定比例分配于两相中。二、双水相的形成1. 如两种聚合物间存在强的吸引力，则它们结合后存在于 一相中；如两种聚合物间有斥力，即某种分子希望在它 周围的分子是同种分子而不是异种分子，达到平衡后会 形成两相，两种聚合物分处一相。2. 加入盐分，由于盐析作用，聚合物与盐类溶液也能形成 两相。常用聚合物：聚乙二醇葡聚糖 聚乙二醇无机盐系统无毒原则三、影响分配的系数1. 聚合物的分子量2. 聚合物的浓度3. 盐类4. pH值分子量越小，蛋白质容易分配于富含该聚合物的相中。l当接近分配的临界点蛋白质均匀分配于两相中，分配系数接近1； l成相聚合物的总浓度或聚合物/盐浓度的比例增加时，系统远离平衡 点，此时两相性质的差别增加，蛋白质容易趋向于某一极。盐浓度增加促使蛋白质两极分化对物质解离度影响目前已知的胞内酶约2500种，但投入生产的很少。 原因之一是提取困难。胞内酶提取的第一步系将细胞 破碎得到匀浆液，但匀浆液黏度很大，有微小的细胞 碎片存在，欲将细胞碎片除去，过去是依靠离心分离 的方法，但非常困难。双水相系统可用于细胞碎片以 及酶的进一步精制。1. 双水相萃取法常用于胞内酶提取。四、双水相萃取的应用要成功地运用两水相萃取的方法，应满足下列条件：要成功地运用两水相萃取的方法，应满足下列条件： 欲提取的酶和细胞应分配在不同的相中； 酶的分配系数应足够大，使在一定的相体积比时，经过一次萃取，就能得到高的收率； 两相用离心机很容易分离。在两水相系统中进行转化翻译功能，如酶促反应，可以把产物移入另一相中，消除产物抑制，因而提高了产率。这实际上是一种反应和分离耦合的过程，有时也称为萃取生物转化；如果发生的是一种发酵过程，则也称为萃取发酵，因而此时也可以把两水相系统称为两水相反应器。2. 两水相反应器要进行两水相生物转化反应应满足下列条件： 催化剂应单侧分配； 底物应分配于催化剂所处的相中；产物应分配在另一相中；要有合适的相比。如产物分配在上相中，则相比要大，反之则相比要小。这些条件不可能同时满足，分配理论也不完善，因此 常需要根据试验选择最优系统和操作条件。采用两水相系统进行生物转化反应有下列优点： 与固定床反应器相比，不需载体，不存在多孔载体中的扩散阻力，故反应速度较快，生产能力较高； 生物催化剂在两水相系统中较稳定；两相间表面张力低，轻微搅拌即能形成高度分散系统，分散相液滴在10m以下，有很大的表面积，有利于底物和产物的传递。第三节 亲和萃取蛋白质在两水相系统中的分配系数一般不是很大，为了提高分配系数和萃取效率，可以将亲和层析和两水相萃取结合起来，成为亲和萃取或亲和分配，即把一种配基与一种成相聚合物一共价相结合，使该配基随成相聚合物分配在某一相中。在成相聚合物上连接配基的方法和亲和层析中一样。配基可以是酶的底物、抑制剂、抗体、受体或燃料等，对目标 蛋白质有很强的生物亲和力，因而使后者倾向于分配在配基-聚 合物的相中。通常选择在PEG上接上配基，当配基-PEG的浓度增加时，蛋 白质的分配系数也逐渐增加。当蛋白质的全部结合位点都在配 基所占据时，即达到饱和，蛋白质的分配系数达到极大值。第四节 浸取1. 浸取过程的应用产产物固体溶质质溶剂剂 咖啡粗烤咖啡咖啡溶质质水 豆油大豆豆油己烷烷 大豆蛋白豆粉蛋白质质NaOH溶液，pH 9 香料丁香、胡椒、麝香草香料成分80%乙醇 蔗糖甘蔗、甜菜蔗糖水 维维生素B碎米维维生素B乙醇-水 玉米蛋白质质玉米玉米蛋白质质90%乙醇 胶质质胶原胶质质稀酸 果汁水果块块果汁水 鱼鱼油碎鱼块鱼块鱼鱼油己烷烷，丁醇，CH2Cl2 鸦鸦片提取物罂罂粟鸦鸦片提取物CH2Cl2或超临临界CO2 胰岛岛素牛、猪胰腺胰岛岛素酸性醇 肝提取物哺乳动动物的肝肽肽、缩缩氨酸水 低水分水果高水分水果水50%的糖液脱盐盐海藻海藻海盐盐稀盐盐酸 去咖啡因的咖啡绿绿咖啡豆咖啡因氯氯代甲烷烷，超临临界CO2 中草药药汁中草药药材药药用成分水 药药酒中草药药材药药用成分酒2.浸出的问题（1）溶剂的选择u“相似相容”原理。u在工业规模上，希望溶剂对目的物质的分配系数大且对目的物质的选择性高，价格低廉，无毒，无腐蚀性，闪点高，无爆炸性，易去除和回收。u不能影响食品风味。u食品工业中常用的浸取剂有：水、酸、无毒的含盐水溶液、乙醇或其他小分子醇、己烷、二氯甲烷、甲基乙基酮和丙酮、低分子量的酯和植物油等。生物工业的浸取过程中往往包含增溶作用。 原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量 较小的生物物质转变。 如原果胶向果胶的转化；胶原向胶质的转变；啤酒酿造的 麦芽淀粉向可溶性糖的转化等。 这些过程中含有酶或酸碱催化的生物大分子水解反应或促这些过程中含有酶或酸碱催化的生物大分子水解反应或促 使大分子溶解的作用。使大分子溶解的作用。（2）增溶作用（3）固体原料的预处理适当粉碎，如用有机溶剂浸取前，要对含水原料进行干燥等。