萃取技術(shù)資料

3概述一、根本概念及分類 概念：萃取是利用溶質(zhì)在互不混溶的兩相之間安排系數(shù)的不同而使溶質(zhì)得到純化或濃縮的技術(shù)。分類：液固萃取概念：用某種溶劑把有用物質(zhì)從固體原料中提取到溶液中的過(guò)程稱為固-液萃取，也稱浸取或浸出。應(yīng)用：劑從植物中提取藥物、香料或色素等。液液萃取提取上。優(yōu)點(diǎn)：比化學(xué)沉淀法分別程度高；比離子交換法選擇性好、傳質(zhì)快；比蒸餾法能耗低；生產(chǎn)力氣大、周期短、便于連續(xù)操作、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化把握溶劑萃取法和其他型分別技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了一系列型分別技術(shù)：〔Supercriticalfluidextraction〕〔Reversedmicelleextraction〕雙水相萃取技術(shù)〔Partitionoftwoaqueousphasesystem〕等。用于高品質(zhì)的自然物質(zhì)、胞內(nèi)物質(zhì)〔胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)、多肽、核酸等〕的分別提取上。根本概念物理萃取溶質(zhì)依據(jù)相像相溶的原理在兩相間到達(dá)安排平衡而進(jìn)展萃取的分別過(guò)程?；瘜W(xué)萃取利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反響生成脂溶性復(fù)合分子實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)向有diluent二、萃取技術(shù)的操作特點(diǎn)①萃取過(guò)程具有選擇性②能與其他純化步驟相協(xié)作③通過(guò)轉(zhuǎn)移到不同物理或化學(xué)特性的其次相中來(lái)削減由于降解引起的產(chǎn)品損失④可從埋伏的降解過(guò)程中分別產(chǎn)物⑤適用于各種不同的規(guī)模⑥傳質(zhì)速度快，生產(chǎn)周期短，便于連續(xù)操作萃取需要考慮以下問(wèn)題①生溶劑萃取技術(shù)就是在液體混合物(原料液)中參與一種與其根本不相混溶的液體作為溶離。選用的溶劑稱為萃取劑，以S表示；原料中簡(jiǎn)潔溶于S的組分，稱為溶質(zhì)，以A表示；難溶于SB6.2溶劑萃取把目標(biāo)物質(zhì)從第一個(gè)液相中依靠更強(qiáng)大的溶解力抽提到其次個(gè)液相中?！舶才哦鴮?shí)現(xiàn)的。工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的萃取流程：1.2.多級(jí)萃取流程單級(jí)萃取流程使用一個(gè)混合器和一個(gè)分別器的萃取操作：料液F與萃取溶劑SL和萃余相R，萃取相送到回收器，萃余相R劑分別〔如蒸餾、反萃取等，溶劑則可循環(huán)使用。多級(jí)萃取為提高收率常承受多級(jí)萃取，多級(jí)萃取又有多級(jí)逆流萃取和多級(jí)錯(cuò)流萃取的區(qū)分。度較稀，但萃取較完全。劑消耗少，萃取液產(chǎn)物平均濃度高，產(chǎn)物收率較高。工業(yè)上多承受多級(jí)逆流萃取流程。二、液-液萃取過(guò)程機(jī)理(1)簡(jiǎn)潔分子萃取(物理萃取)(2)中性溶劑絡(luò)合萃取酸性陽(yáng)離子交換萃取(4)離子絡(luò)合萃取不相溶的溶劑里，到達(dá)平衡后，它在兩相的濃度之比為一常數(shù)K，這個(gè)常數(shù)稱為安排系數(shù)，即：K＝萃取相濃度/萃余相濃度＝X／Y應(yīng)用條件：(1)稀溶液；(2)溶質(zhì)對(duì)溶劑之互溶度沒(méi)有影響；(3)必需是同一種分子類型，即不發(fā)生締合或離解。分別因數(shù)假設(shè)原來(lái)的料液中除溶質(zhì)ABABABA的安排系數(shù)較BAB的大小可用分別因數(shù)β來(lái)表征：β＝K／Kβ越大，A、B的分別效果越好，即產(chǎn)物與雜質(zhì)越簡(jiǎn)潔A B分別。四、萃取劑的選擇一個(gè)良好的溶劑要滿足一下要求：〔通常是水相界面張力小或適中，有利于相的分散和兩相分別；溶劑的回收和再生簡(jiǎn)潔；化學(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，對(duì)設(shè)備腐蝕性?。粌r(jià)廉易得；安全性好，對(duì)人體無(wú)毒性或毒性低。生物工業(yè)上常用的溶劑有酯類、醇類和酮類等。影響萃取操作的因素：溫度：溫度↑互溶性增大；溫度↓產(chǎn)物穩(wěn)定性提高，粘度增加，集中性能減小。Ph溶媒比＝溶媒體積/萃取體積溶媒比↑萃取效果↑溶媒回收費(fèi)用↑溶劑相中，另一方面還能減小有機(jī)溶劑在水相中的溶解度。鹽分↑安排系數(shù)↑提高安排系數(shù)K，常添加帶溶劑。帶溶劑是指能和產(chǎn)物形成復(fù)合物，促使產(chǎn)物更易溶于有機(jī)溶劑相中，在確定條件下又要簡(jiǎn)潔分解的物質(zhì)。而溶于氯仿中。這樣萃取收率能夠提高，且可以在較有利的pH范圍內(nèi)操作。這種正負(fù)離子丁酯(TBP)形成中性絡(luò)合物而進(jìn)入有機(jī)相，這種形成絡(luò)合物的萃取稱為反響萃取。第三節(jié)雙水相萃取有機(jī)溶劑萃取的缺乏：很多蛋白質(zhì)都有極強(qiáng)的親水性，不溶于有機(jī)溶劑；蛋白質(zhì)在有機(jī)溶劑相中易變性失活。雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn)使固液分別和純化兩個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)展，一步完成；①適合熱敏物質(zhì)的提取，主要是胞內(nèi)酶；②親水性聚合物參與水中，形成兩相，在這兩相中，水分都占大比例8～9％樣生物活性蛋白質(zhì)在兩相中不會(huì)失活，且以確定比例安排于兩相中。雙水相萃取過(guò)濾和離心依靠于被分別顆粒的尺寸或密度的差異溶劑萃取法難于應(yīng)用于蛋白質(zhì)分別。值得留意的是溶液的分相不愿定完全依靠于有機(jī)溶物活性物質(zhì)從一個(gè)水相轉(zhuǎn)移到另一水相中，從而完成分別任務(wù)。1896年Beijerinck一混濁不透亮的溶液，隨后分成兩相，上相含有大局部明膠，下相含有大局部瓊脂(或可溶性淀粉)。再如以以下圖中，2.2％的葡聚糖水溶液與等體積的0.72％甲基纖維素鈉的水溶液相混合并靜置后，可得到兩個(gè)粘稠的液層。一、雙水相體系的形成相互間無(wú)法滲透，從而分為兩相。一般認(rèn)為，只要兩種聚合物水溶液的水溶性有所差異，混合時(shí)就可發(fā)生相分別，并且水溶性差異越大，相分別的傾向越大。參與鹽分，由于鹽析作用，聚合物與鹽類溶液也能形成兩相。體系形成的緣由二、雙水相萃取工藝流程雙水相萃取技術(shù)的工藝流程主要由三局部構(gòu)成：1〕2〕PEG3〕無(wú)機(jī)鹽的循環(huán)糖硫酸鹽＜甲基葡萄糖＜葡萄糖＜羥丙基葡聚糖＜甲基纖維素＜聚乙烯醇＜聚乙二醇＜聚子量增加而增加。pH會(huì)影響蛋白質(zhì)中可離解基團(tuán)的離解度，因而轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)所帶電荷和安排系數(shù)；另外，pH還影響系統(tǒng)緩沖物質(zhì)磷酸鹽的離解程度，從而影響安排系數(shù)。pHK2～3體系pH與蛋白質(zhì)等電點(diǎn)相差越大，蛋白質(zhì)在兩相中安排越不均勻。PEG/Dex于各相要保持電中性，這對(duì)帶電生物大分子，如蛋白質(zhì)和核酸等的安排，產(chǎn)生很大的影響。一些無(wú)機(jī)離子的安排系數(shù)正離子安排系數(shù)K＋負(fù)離子安排系數(shù)K－K＋0.824I－1.42Na＋0.889Br－1.21NH4＋0.92Cl－1.12Li＋0.996F－0.912一般都可在室溫下操作。而且室溫時(shí)粘度較冷卻時(shí)低，有助于相的分別并節(jié)約了能源開支。四、雙水相萃取的應(yīng)用雙水相萃取法常用于胞內(nèi)酶提取。目前的胞內(nèi)酶約2500種，但投入生產(chǎn)的很少。緣由之一是提取困難。胞內(nèi)酶提取的第步精制。要成功地運(yùn)用兩水相萃取的方法，應(yīng)滿足以下條件①欲提取的酶和細(xì)胞應(yīng)安排在不同的相中；②酶的安排系數(shù)應(yīng)足夠大，使在確定的相體積比時(shí)，經(jīng)過(guò)一次萃取，就能得到高的收率；③兩相用離心機(jī)很簡(jiǎn)潔分別。兩水相反響器器。要進(jìn)展兩水相生物轉(zhuǎn)化反響應(yīng)滿足以下條件：①催化劑應(yīng)單側(cè)安排；2.底物應(yīng)安排于催化劑所處的相中；產(chǎn)物應(yīng)安排在另一相中；要有適宜的相比。如產(chǎn)物安排在上相中，則相比要大，反之則相比要小。件。承受兩水相系統(tǒng)進(jìn)展生物轉(zhuǎn)化反響有以下優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)力氣較高；②生物催化劑在兩水相系統(tǒng)中較穩(wěn)定；兩相間外表張力低，略微攪拌即能形成高度分10μm超臨界流體萃取SupercriticalFluidExtraction超臨界流體萃取(SCF)是2070是利用超臨界流體作為萃取劑，對(duì)物質(zhì)進(jìn)展溶解和分別的過(guò)程。超臨界流體具有氣體和液體之間的性質(zhì)，且對(duì)很多物質(zhì)均具有很強(qiáng)的溶解力氣，分別速率遠(yuǎn)比液體萃取快，可以實(shí)現(xiàn)高效的分別過(guò)程。超臨界流體的進(jìn)展182218791970年從咖啡豆提取咖1992一、超臨界流體的萃取的原理流體的臨界特征氣相、液相、固相三相成平衡態(tài)共存的點(diǎn)叫三相點(diǎn)。液、氣兩相成平衡狀態(tài)的點(diǎn)叫臨界點(diǎn)。在臨界點(diǎn)是所要求的溫度和壓力分別稱為臨界溫度T〕和臨界壓力〕。穩(wěn)定的純物質(zhì)及由其組成的固定組分混合物具有固有的臨界狀態(tài)點(diǎn)。臨界溫度Tc：物質(zhì)處于無(wú)論多高壓力下均不能被液化的最低溫度。臨界壓力(Pc)：與Tc超臨界區(qū)域：在壓溫圖中，高于臨界溫度和臨界壓力的區(qū)域稱為超臨界區(qū)。超臨界流體：假設(shè)流體被加熱或被壓縮至高于臨界點(diǎn)時(shí)，則該流體即為超臨界流體超臨界點(diǎn)時(shí)的流體密度稱為超臨界密度(ρc)，其倒數(shù)稱為超臨界比容(Vc)。超臨界流體(SCF)超臨界流體的特征超臨界流體(SCF)是處于臨界溫度和臨界壓力以上的非凝縮性的高密度流體。超臨界流體沒(méi)生格外明顯的變化，超臨界流體的主要特性密度類似液體壓力和溫度的變化均可轉(zhuǎn)變相變粘度,集中系數(shù)接近于氣體SCF超臨界流體的特征溶質(zhì)在超臨界流體中的溶解度隨超臨界流體密度的增大而增大萃取。稍高于臨界點(diǎn)溫度的區(qū)域，壓力稍有變化，即引起密度的很大變化，這時(shí)，超臨界流散性，與液體溶劑萃取相比，其過(guò)程阻力大大降低?？勺鳛槌R界流體的物質(zhì)：二氧化碳、一氧化亞氮、六氟化硫、乙烷、庚烷、氨等。用作萃取劑的超臨界流體應(yīng)具備以下條件：①化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定②臨界溫度應(yīng)接近常溫或操作溫度③操作溫度應(yīng)低于被萃取溶質(zhì)的分別格廉價(jià)，無(wú)毒(食品和醫(yī)藥工業(yè))常用的流體介質(zhì)二氧化碳：臨界溫度：31.1℃；臨界壓力：7.2MPa臨界條件簡(jiǎn)潔到達(dá)、化學(xué)性質(zhì)不活潑、無(wú)色無(wú)味無(wú)毒、安全性好、價(jià)格廉價(jià)、純度高、簡(jiǎn)潔獲得等優(yōu)點(diǎn)超臨界流體的P－V－T圖中表示了以CO2為例的PTT超臨界流體萃取特點(diǎn)(優(yōu)點(diǎn))①萃取和分別合二為一②壓力和溫度都可以成為調(diào)整萃取過(guò)程的參數(shù)③萃取溫度低④臨界CO24、超臨界CO2500中、低分子量的鹵化碳、醛、酮、酯、醇、醚是格外易溶的。低分子量。非極性的脂族烴(20分子量很低的極性有機(jī)物(如羧酸)是可溶的。酰胺、脲、氨基甲酸乙酯、偶氮染料的溶解性較差。極性基團(tuán)(如羧基、羥基、氮)的增加通常會(huì)降低有機(jī)物的溶解性。脂肪酸及其甘油三酯具有低的溶解性。然而。單酯化作用可增加脂肪酸的溶解性。同系物中溶解度髓分子量的增加而降低。生物堿、類胡蘿卜素、氨基酸、水果酸和大多數(shù)無(wú)機(jī)鹽是不溶的。二、超臨界流體萃取的工藝超臨界流體萃取的根本過(guò)程超臨界流體萃取的過(guò)程是由萃取階段和分別階段組合而成的。超臨界萃取過(guò)程的分類1〕2)等壓法3〕吸附法4〕適用范圍比照等溫、等壓和吸附3種根本流程的能耗可見(jiàn)，吸附法理論上不需壓縮能耗和熱交換能多數(shù)自然產(chǎn)物分別過(guò)程很難通過(guò)吸附劑來(lái)收集產(chǎn)品溫度變化對(duì)CO2流體的溶解度影響遠(yuǎn)小于壓力變化的影響。等壓法有用價(jià)值較少。通常超臨界CO2萃取過(guò)程大多承受轉(zhuǎn)變壓力的等溫法流程。超臨界萃取過(guò)程的影響因素①壓力 ②溫度③液體密度④溶劑比⑤顆粒度⑥夾帶劑丙酮、丙烷等。萃取技術(shù)的應(yīng)用生物活性物質(zhì)和生物制品的提取CO2萃取技術(shù)主要應(yīng)用于有害成分成分的脫除、有效成分的提取、食品原料的處理等幾個(gè)方面。例如：用SFE從咖啡、茶中脫咖啡因；啤酒花萃取；從植物中萃取風(fēng)味物質(zhì)；從各種動(dòng)植物中萃取各種脂肪酸、提取色素；從奶油和雞蛋中去除膽固醇等。脫咖啡因超臨界流體萃取技術(shù)得到最早大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用的是自然咖啡豆的脫咖啡因。啤酒花萃取一般的有機(jī)溶劑萃取法制取的啤酒花萃取液為暗綠色膏狀〔即啤酒花浸膏物質(zhì)，而且還殘留有機(jī)溶劑。液體CO2和SC-CO2抽提的酒花萃取物顏色為微欖綠，在20～25MPa，404h14％，α995.2%，而且不萃取農(nóng)藥，芳香成分不氧化。SC-CO2萃取啤酒花的生產(chǎn)裝置流程示意圖其他從工業(yè)性應(yīng)用的萃取分別角度，SC-CO2萃取技術(shù)在醫(yī)藥、食品、扮裝品等工業(yè)領(lǐng)域中有較寬的應(yīng)用面。①醫(yī)藥工業(yè)酶、維生素等的精制回收動(dòng)植物中藥效成分的萃取〔生物堿、生育酚、EPA、DHA、鴉片、嗎啡、精油等〕醫(yī)藥品原料的濃縮、精煉、脫溶劑酵母、菌體產(chǎn)物的萃取②食品工業(yè)植物油脂的萃取動(dòng)物油脂的萃取奶脂中脫除膽固醇等食品脫脂咖啡、紅茶脫咖啡因、酒花萃取香辛料萃取植物色素的萃取共沸混合物分別，含醇飲料的軟化脫色、脫臭，煙草脫尼古?、郯缪b品及香料工業(yè)自然香料萃取，合成香料的分別和精制扮裝品原料萃取，精制〔界面活性劑、脂肪酸脂、甘油單酯等〕超臨界流體萃取技術(shù)在食品工業(yè)中存在的主要問(wèn)題能量的力氣或削減氣體壓縮所需的能量參數(shù)。其他萃取技術(shù)一、固體浸取技術(shù)概念〔Leachin中抽提到溶液中的過(guò)程。浸取操作一般認(rèn)為浸取經(jīng)受三階段：浸潤(rùn)階段溶解階段集中階段浸取的三階段和細(xì)胞間隙進(jìn)細(xì)胞組織內(nèi)部。溶解階段：溶劑進(jìn)入細(xì)胞后，可溶性成分漸漸溶解，溶質(zhì)轉(zhuǎn)入到溶劑中。3〕集中階段：進(jìn)入細(xì)胞組織內(nèi)的溶劑漸漸形成濃溶液，高于細(xì)胞外濃度，產(chǎn)生了濃度差，溶質(zhì)不斷地向外集中，直到內(nèi)外濃度相等達(dá)平衡為止度差浸取設(shè)備為固定床、移動(dòng)床和分散接觸式。二、反膠團(tuán)萃取反膠團(tuán)〔reversedmicelles〕是兩性外表活性劑在非極性有機(jī)溶劑中親水性基團(tuán)自發(fā)地向列而成的，并具熱力學(xué)穩(wěn)定的有序構(gòu)造。反膠團(tuán)的微小界面和微小水相具有兩個(gè)特異性功能：①具有分子識(shí)別并允許選擇性透過(guò)的半透膜的功能；②在疏水性環(huán)境中具有使親水性大子的特異性分別場(chǎng)〔分別、濃縮等方法。反膠團(tuán)萃取技術(shù)的特點(diǎn)反膠團(tuán)萃取技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)①有很高的萃取率和反萃取率并具有選擇性；②分別、濃縮可同時(shí)進(jìn)展，過(guò)程簡(jiǎn)便；③能解決蛋白質(zhì)〔如胞內(nèi)酶〕在非細(xì)胞環(huán)境中快速失活的問(wèn)題；④外表活性劑往往具有細(xì)胞破壁成效，可直接從完整細(xì)胞中提取具有活性的蛋白質(zhì)和酶；⑤本錢低，溶劑可反復(fù)使用等。反膠團(tuán)的形成反膠團(tuán)的構(gòu)造當(dāng)向水溶劑中參與外表活性劑時(shí)，如外表活性劑的濃度超過(guò)確定的數(shù)值時(shí)，形成正膠normalmicell。當(dāng)向非極性溶劑中參與確定量的外表活性劑時(shí)，會(huì)形成反膠團(tuán)或反向膠團(tuán)reversedmicelle。在反膠團(tuán)中有一個(gè)極性核心，它包括由外表活性劑極性端組成的內(nèi)外表、平衡離子和水，被稱之為“水池”waterpoo。這個(gè)“水池”具有極性，可以溶解具有極性的分子和親水性的生物大分子。在AOT〔丁二酸二〔2-乙基己基〕酯磺酸鈉〕反膠團(tuán)中，水合化一分AOT6～8W〔〕＞16反膠團(tuán)的制備液液接觸法馬上含蛋白質(zhì)的水相與含外表活性劑的有機(jī)相接觸。注入法將含有蛋白質(zhì)的水溶液直接注入到含有外表活性劑的非極性有機(jī)溶劑中去較快并可把握反膠團(tuán)的平均直徑和含水量。溶解法〔W＝3～30〕的有機(jī)溶液與蛋白質(zhì)固體粉末一起攪拌，使蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)中，該法所需時(shí)間較長(zhǎng)。含蛋白質(zhì)的反膠團(tuán)也是穩(wěn)定的。反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的根本原理反膠團(tuán)萃取是有機(jī)相-水相間的安排萃取。是從主體水相向溶解于有機(jī)溶劑相中反膠團(tuán)微水相中的安排萃取。同時(shí)也是一個(gè)濃縮操作。轉(zhuǎn)變水相條件可實(shí)現(xiàn)反萃取?！八畾ぁ蹦Ｐ汀瞱ater-shellmode〕蛋白質(zhì)向非極性溶劑中反膠團(tuán)的納米級(jí)水池中的溶解，如以下圖的四種可能。萃取設(shè)備快速有效地進(jìn)展傳質(zhì)，并使兩相得到準(zhǔn)時(shí)、完善的分別。分類：〔1〕按兩相接觸方式劃分 逐級(jí)接觸——濃度呈階躍式變化，微分接觸式——濃度連續(xù)變化〔2〕按外界是否輸入機(jī)械能劃分重力流淌設(shè)備、外加能量的設(shè)備。塔、填料塔。優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)多級(jí)連續(xù)操作，便于調(diào)整級(jí)數(shù)。不需高大的廠房和簡(jiǎn)潔的關(guān)心設(shè)備。缺點(diǎn)①占地大，溶劑儲(chǔ)量大。