【正文】 化學(xué)化工學(xué)院 一、溶劑萃取法 ? 利用溶質(zhì)組分在兩個(gè)互不混溶的液相中競(jìng)爭(zhēng)性溶解和發(fā)你配性質(zhì)上的差異來(lái)進(jìn)行分離操作。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 ① 物質(zhì)的溶解和相似相溶原理 ? 溶質(zhì)溶解的的過(guò)濾目前用相似相溶原理解釋?zhuān)捶肿娱g結(jié)構(gòu)的相似和能量的相似導(dǎo)致溶解。 ? 常用溶劑：酯類(lèi)、醇類(lèi)和酮類(lèi)。 萃余相濃度萃取相濃度??YXK分離因素（分離系數(shù)）： 若在同一體系中有兩種溶質(zhì) A和 B，它們?cè)谙嗤瑮l件下的分配常數(shù)分別為KA、 KB，則分離系數(shù) ?的定義為： ? = KA/KB = (CLA/CRA)/(CLB/CRB) 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 ⑤ 水相條件的影響 ? 由于產(chǎn)物所在的發(fā)酵液或水相中往往還存在與產(chǎn)物性質(zhì)相近的雜志，未完全利用的底物、無(wú)機(jī)鹽、供微生物生長(zhǎng)代謝的其他營(yíng)養(yǎng)成分等，必須考慮這些因素對(duì)萃取的影響。 F和 S在混合器內(nèi)混合萃取，達(dá)到平衡后的溶液送到分離器內(nèi)，得到 L和 R， L送至回收器， R為廢液。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 乳化和去乳化 ? 乳化 ：是一種液體（分散相）分散在另一種不相混溶的液體（連續(xù)相）中的現(xiàn)象。 ? ?常用頂替劑有戊醇，其表面活性很強(qiáng)，但碳鏈很短，不能形成保護(hù)膜 提高溫度可使黏度下降，使乳濁液穩(wěn)定性降低 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 ? ? 離子型乳化劑所形成的乳濁液的穩(wěn)定性，是因其分散相帶有電荷； ? ? 加入電解質(zhì)，可中和其電性，促使聚沉； ? 常用 NaCl、 NaOH、 HCl、 Al 3+等 CaCO3可被水浸潤(rùn)，但不能被有機(jī)溶劑潤(rùn)濕；將乳濁液通過(guò)CaCO3層時(shí)，乳濁液中的水分則被吸附。 ? 浸取的流程示意圖 雙螺旋輸送浸取器 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 中藥材水提醇法 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 浸取速率 ? 溶劑從固體顆粒中浸取可溶性物質(zhì)過(guò)程包括以下步驟： ① 溶劑從溶劑珠體傳遞到固體顆粒的表面； ② 溶劑擴(kuò)散滲入固體內(nèi)部和內(nèi)部微孔孔隙內(nèi)； ③ 溶質(zhì)溶解進(jìn)入溶劑； ④ 通過(guò)固體微孔孔隙通道中的溶液擴(kuò)散至固體表面并進(jìn)一步進(jìn)入溶劑主體； ? 以上步驟都會(huì)影響浸取速率，所以受影響的因素包括分子擴(kuò)散中的諸多因素。密度接近于液體，黏度和擴(kuò)散系數(shù)則接近于氣體，具有良好的溶解性和傳遞性，此特性在臨界點(diǎn)附近受壓力和溫度影響更顯著。也就是說(shuō)，超臨界流體中物質(zhì)的溶解度在恒溫下隨壓力 P(P＞ Pc時(shí) )升高而增大，而在恒壓下，其溶解度隨溫度（ T＞ Tc時(shí)）增高而下降，這一特性有利于從物質(zhì)中萃取某些易溶解的成分，而超臨界流體的高流動(dòng)性和擴(kuò)散能力，則有助于所溶解的各成分之間的分離，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。國(guó)內(nèi)自 20世紀(jì) 80年代起也開(kāi)展了雙水相萃取技術(shù)研究。缺點(diǎn)是成本較高、純化倍數(shù)較低、適合于粗分離。 ? 常見(jiàn)的雙水相系統(tǒng)： ① 高聚物 /高聚物體系： 聚乙二醇 (簡(jiǎn)稱 PEG) / 葡聚糖 (簡(jiǎn)稱Dextran) ② 高聚物 /無(wú)機(jī)鹽體系： 硫酸鹽體系。比活率為原發(fā)酵液的 1. 5 倍 ,蛋白酶在水相中的收率高于 60 %。 五、反膠團(tuán)（膠束）萃取 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 影響反膠團(tuán)萃取的因素 （ 1）溶液的 pH pH影響蛋白質(zhì)的電荷數(shù)量和電荷性質(zhì) （ 2）溶液的離子強(qiáng)度 影響微膠團(tuán)的靜電狀態(tài) 凡是對(duì)蛋白質(zhì)所含電荷有影響的因素，如 pH，以及對(duì)反膠束的靜電狀態(tài)有影響的因素，均能改變蛋白質(zhì)的增溶作用。 ? 在反膠束中，表面活性劑的非極性基團(tuán)在外與非極性的有機(jī)溶劑接觸，而極性基團(tuán)則排列在內(nèi)形成一個(gè)極性核。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 影響雙水相萃取的因素 ① 聚合物及其分子量的影響：不同聚合物的水相系統(tǒng)顯示出不同的疏水性； ② pH 值的影響：改變兩相的電位差； ③ 離子環(huán)境對(duì)蛋白質(zhì)在兩相體系分配的影響：在雙水相聚合物系統(tǒng)中，加入電解質(zhì)時(shí)，其陰陽(yáng)離子在兩相間會(huì)有不同的分配。一般認(rèn)為只要兩聚合物水溶液的憎水程度有差異，混合時(shí)就可發(fā)生相分離，且憎水程度相差越大，相分離的傾向也就大。 理論基礎(chǔ) 是表面自由能和表面電荷的影響。 始于20世紀(jì) 60年代，從 1956年瑞典倫德大學(xué) Albertsson發(fā)現(xiàn)雙水相體系。 ? 臨界壓力（ Pc）：在臨界溫度下，氣體能被液化的最低壓力。 ? 超臨界流體 (SCF)是指在臨界溫度（ Tc）和臨界壓力 (Pv)以上的流體。 ? ? 去乳化劑 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 二、浸 取 ? 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 浸取 ，也叫做 浸出 。 ? 乳化形成兩種乳濁液：水包油型和油包水型。 ③ 多級(jí)逆流萃取 ? 多級(jí)逆流萃取包括若干萃取級(jí)，在第一級(jí)中加入料液，并逐漸向下一級(jí)移動(dòng)，而在最后一級(jí)中加入萃取劑，并逐漸向前一級(jí)移動(dòng)。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 工業(yè)萃取方式和理論收得率 ? 工業(yè)萃取的過(guò)程包括：混合、分離和溶劑回收。 ? 分配定律 ：在一定溫度和壓力下，溶質(zhì)分布在兩個(gè)互不相溶的溶劑里，達(dá)到平衡后，它在良鄉(xiāng)的濃度比為一個(gè)常數(shù) K，通常叫分配常數(shù)。 ? 溶劑選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的介電常數(shù)，尋找極性相接近的溶劑作為萃取溶劑。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 二、溶劑萃取過(guò)程的理論基礎(chǔ) ? 溶劑萃取的目標(biāo)是將目標(biāo)物質(zhì)從第一個(gè)液相中依靠更強(qiáng)大的溶解力抽提到第二個(gè)液相中。 ? 基本流程：技術(shù)關(guān)鍵是采用離子交換膜，是具有離子交換基團(tuán)的網(wǎng)狀立體結(jié)構(gòu)的高分子膜，離子可以選擇性通過(guò)膜。 ? 732樹(shù)脂離子交換時(shí)溶液 pH=～ ； ? DK110樹(shù)脂離子交換時(shí)，溶液 pH=～ 。 卡 B: R1= NH2 R2=NH2 C18H37N5O10 MW = [α] D =+130176。 ? 若將樹(shù)脂裝柱進(jìn)行操作，流出液中產(chǎn)物離子達(dá)到某一濃度時(shí)，操作即應(yīng)停止，樹(shù)脂進(jìn)行再生后再使用。 ? 合成樹(shù)脂時(shí)單體中交聯(lián)劑（二乙烯苯）含量百分?jǐn)?shù)叫 交聯(lián)度 。在酸性溶液中，這類(lèi)樹(shù)脂幾乎不發(fā)生交換反應(yīng)，其交換能力隨溶液 pH增高而增高。 ? 由于是強(qiáng)酸性基團(tuán)，電離程度不受外界 pH的影響，在pH114范圍內(nèi)均能起交換作用，一般沒(méi)有使用 pH的限制。 組成因素為 ： Ca2+離子從溶液通過(guò)樹(shù)脂表面的液膜或邊界層，達(dá)到樹(shù)脂表面； Ca2+離子從樹(shù)脂表面向孔道中遷移，并達(dá)到有效交換位置 ；在交換點(diǎn)上兩種離子進(jìn)行交換反應(yīng)； 鈉離子從樹(shù)脂內(nèi)部遷移到樹(shù)脂表面 ；鈉離子穿過(guò)樹(shù)脂表面的液膜進(jìn)入水溶液中。這時(shí)樹(shù)脂和溶液中同時(shí)具有兩種離子。實(shí)際上證明用大網(wǎng)格聚合物吸附劑提取效果更好。 ? 吸附樹(shù)脂的吸附能力不但與吸附劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理性能有關(guān)，而且與溶質(zhì)和溶液的性質(zhì)有關(guān)。以下。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 味精離子交換樹(shù)脂脫色工藝 ? 預(yù)處理及轉(zhuǎn)型： 4%氫氧化鈉溶液去雜質(zhì)，洗至 pH8， 4%鹽酸轉(zhuǎn)型，無(wú)離子水洗至流出溶液 pH7左右，用 5%氯化鈉溶液洗至進(jìn)出液 pH相同； ? 上柱脫色及水洗：中和液 23 176。把波美比重計(jì)浸入所測(cè)溶液中，得到的度數(shù)叫波美度。強(qiáng)化加入硫化鈉溶液。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 ④ 、 各種離子交換樹(shù)脂吸附劑 ? 各種有機(jī)離子交換樹(shù)脂也是屬于極性吸附劑，因?yàn)槭莾尚曰衔?，可以進(jìn)行離子交換，所以也叫離子交換樹(shù)脂。 ? 活性炭 吸附選擇性差 ，不能進(jìn)行精煉。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 吸附劑的種類(lèi) ① 吸附劑的要求 ② 疏水性或非極性吸附劑 ③ 親水性或極性吸附劑 ④ 各種離子交換樹(shù)脂吸附劑 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 ① 、 吸附劑的要求 ? 吸附劑不能溶于操作的溶液中； ? 吸附劑本身是一種多細(xì)孔粉末狀物質(zhì)，顆粒密度小，表面積大，但孔隙也不要太多，否則溶質(zhì)不容易被解吸； ? 吸附劑必須顆粒大小均勻； ? 吸附能力大，容易被洗脫。 b. 化學(xué)吸附 化學(xué)吸附是由于吸附劑與吸附物之間的電子轉(zhuǎn)移，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的，屬于庫(kù)侖力范圍。 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 二、吸附原理和吸附劑種類(lèi) 1. 吸附的原理 2. 吸附劑的種類(lèi) 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 吸附的原理 ? 固體表面的分子或原子與液體表面分子一樣，處于特殊的狀態(tài)，具有不飽和的剩余力，即存在著表面力，所以他們能夠吸附外界物質(zhì)，使這些外界物質(zhì)在吸附劑表面附近形成多分子層或單分子層，從而降低表面能，使自身達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 ? 常用 PEG600020220； ? PEG的沉淀效果除與沉淀劑的濃度有關(guān)外，還受離子強(qiáng)度、pH和溫度的影響 發(fā)酵工程 Fermentation Engineering 李先磊 化學(xué)化工學(xué)院 五、聚電解質(zhì)沉淀法 ? 離子型的多糖化合物： 酸性多糖用的較多，如羧甲基纖維素、海藻酸鹽、果膠酸鹽、卡拉膠等 陰離子聚合物：如聚丙烯酸