二制藥分離工程二萃取

1、第二章 萃 取 Chapter 2 Extraction,萃取原理：利用溶質(zhì)在互不相溶兩相間分配系數(shù)的不同使溶質(zhì)得到純化或濃縮。Principle： the substances can be purified or concentrated since partition coefficients of them are different between the two phases.,萃取技術(shù)的發(fā)展 The pr

2、ogress of extraction technique 傳統(tǒng)有機(jī)溶劑萃取 ? 液膜萃取、反膠團(tuán)萃取 ? 雙水相萃取、超臨界流體萃取traditional organic solvent extraction ? liquid membrane and reverse micelle extraction ? aqueous two-phase and sup

3、ercritical fluid extraction,第一節(jié) 基本概念,Basic concepts,一、萃取(Extraction),定義：利用液體或超臨界流體為溶劑提取原料中目標(biāo)產(chǎn)物的分離純化操作。萃取劑：萃取操作中至少有一相為流體，稱該流體為萃取劑。  萃取過程中，離開液-液萃取器的萃取劑相為萃取液；經(jīng)萃取劑相接觸后離開的料液相稱為萃余液（殘液）。,根據(jù)萃取劑類型分類：,二、反萃取(Back-extracti

4、on),定義：調(diào)節(jié)水相條件，將目標(biāo)產(chǎn)物從有機(jī)相轉(zhuǎn)入水相的操作。作用：為了進(jìn)一步純化目標(biāo)產(chǎn)物或便于后續(xù)分離操作。一個(gè)完整的萃取過程中，常在萃取和反萃取操作之間增加洗滌操作，目的是除去與目標(biāo)產(chǎn)物同時(shí)萃取到有機(jī)相的雜質(zhì)，提高反萃液中目標(biāo)產(chǎn)物的純度。,三、物理萃取與化學(xué)萃取,物理萃取(Physical extraction)定義：溶質(zhì)根據(jù)相似相溶原理在兩相間達(dá)到分配平衡，萃取劑與溶質(zhì)間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于抗

5、生素及天然植物中有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取青霉素。,化學(xué)萃取 Chemical extraction (reactive extraction)定義：利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)向有機(jī)相的分配。萃取劑與溶質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)包括離子交換和絡(luò)合反應(yīng)等。稀釋劑：化學(xué)萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和笨等有機(jī)溶劑溶解萃取劑，改善萃取相的物理性質(zhì)，此時(shí)的有機(jī)溶劑稱為稀釋劑。,化學(xué)萃取劑 

6、 由于氨基酸和一些極性較大的抗生素的水溶性很強(qiáng)，在有機(jī)相中的分配系數(shù)很小甚至為零，利用一般的物理萃取效率很低，須采用化學(xué)萃取。  萃取劑與抗生素形成復(fù)合物分子的疏水性比抗生素高，從而在有機(jī)相中有很高的溶解度。因此，在抗生素萃取中，萃取劑又稱帶溶劑。,應(yīng)用：用于氨基酸、抗生素和有機(jī)酸等生物產(chǎn)物的分離回收，也用于金屬的提取 。如利用季銨鹽萃取氨基酸。ex：青霉素為有機(jī)酸，可與四丁胺等脂肪堿通過離子鍵結(jié)合而容易溶于氯仿中。對(duì)于

7、在一定pH下容易物理分配于有機(jī)相中的目標(biāo)產(chǎn)物（如青霉素），亦可通過加入萃取劑，增大其在不同pH 的水相中對(duì)有機(jī)相的分配系數(shù)，使其在穩(wěn)定性高的pH 下進(jìn)行萃取操作。,四、分配定律(Distribution law),分配定律：一定溫度、壓力下，溶質(zhì)在互不相溶的兩相中達(dá)到分配平衡后，在兩相的濃度比為一常數(shù),即分配系數(shù)m。,其中：CL為萃取相溶質(zhì)濃度；CR為萃余相溶質(zhì)濃度。適用條件：相同分子形態(tài)存在于兩相中的溶質(zhì)的濃度之比。不適合化學(xué)萃

8、取，因溶質(zhì)在各相中并非以同一種分子狀態(tài)存在。,多數(shù)情況下，溶質(zhì)在各相中并非以同一種分子形態(tài)存在，特別是化學(xué)萃取中，這時(shí)分配系數(shù)常用溶質(zhì)在兩相中的總濃度之比來表示，適應(yīng)條件：     當(dāng)生成物濃度很低時(shí)，可表示成Henry型平衡關(guān)系：y=mx；     當(dāng)溶質(zhì)濃度很高時(shí)，用Langmuir型平衡關(guān)系.,,萃取因子E：萃取平衡后萃取相與萃余相中目標(biāo)產(chǎn)物質(zhì)量

9、之比，是衡量萃取效率的指標(biāo)之一。,其中：VL和FL分別為萃取劑體積和流量；VR和FR分別為料液體積和流量。,分離因子?：產(chǎn)物與雜質(zhì)分配系數(shù)之比， 反映萃取選擇性或分離程度的高低。,其中：CLp和CRp分別為目標(biāo)產(chǎn)物在萃取相和萃余相中的濃度； CLi和CRi分別為雜質(zhì)在萃取相和萃余相中的濃度； mp和mi分別為目標(biāo)產(chǎn)物和雜質(zhì)的分配系數(shù)。,特點(diǎn)：處理量大、能耗低、速度快，且易于實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作和自動(dòng)化

10、控制。Characteristic：higher processing capacity, lower power consumption, quicker speed of separation, and easy to achieve continue operation and autocontrol. 有機(jī)溶劑萃取：也稱溶劑萃取，是石油化工、濕法冶金和生物產(chǎn)物分離純化的重要手段,第二節(jié) 有機(jī)溶劑萃取 Organ

11、ic solvent extraction,應(yīng)用：生物產(chǎn)物分離中用于抗生素、有機(jī)酸、維生素等發(fā)酵產(chǎn)物的提取。,Application ：extraction of small molecule biotechnological products e.g. antibiotic, organic acid , vitamin and amino acid, etc.,一、影響因素The influencing factors,萃取劑

12、Extractant 使目標(biāo)產(chǎn)物有較大的分配系數(shù)和較高的選擇性 選擇： 由相似相溶原理，選擇與目標(biāo)產(chǎn)物極性相近的有 機(jī)溶劑；,價(jià)廉易得；cheap與水相不互溶；water-nonmiscible與水相有較大密度差，粘度小，表面張力適中，相分散和相分離容易；毒性低，腐蝕性小，使用安全；容易回收和再利用； 不與目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)。 舉例：常用于抗生素萃取的有機(jī)溶劑有醇類

13、、乙酸酯類及甲基異丁基甲酮等。,水相pH pH in the aqueous phase對(duì)弱電解質(zhì)萃取，水相pH影響分配系數(shù)（如青霉素）in the case of extraction of weak electrolyte pH of the aqueous phase influence m (for example the extraction of penicillin).,,弱電解質(zhì)的分配平衡  溶劑萃取常用

14、于有機(jī)酸、氨基酸和抗生素等弱酸或弱堿性電解質(zhì)萃取  萃取達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，一方面弱電解質(zhì)在水相中達(dá)到解離平衡，另一方面未解離的游離電解質(zhì)在兩相中達(dá)到分配平衡。  對(duì)弱酸性和弱堿性電解質(zhì)，解離平衡關(guān)系為：,,,萃取平衡時(shí)，弱酸的分配系數(shù)為：,弱堿的分配系數(shù)為：,,由分配系數(shù)的計(jì)算可知，無論是物理萃取還是化學(xué)萃取，水相pH值對(duì)弱電解質(zhì)分配系數(shù)有顯著影響。  物理萃取時(shí)，弱酸性電解質(zhì)的分配系數(shù)隨pH 降低而增

15、大，而弱堿性電解質(zhì)則正相反，而分配系數(shù)又直接影響萃取收率；另外，溶液的pH也影響藥物的穩(wěn)定性。,,應(yīng)用： 1）紅霉素萃取   紅霉素是堿性電解質(zhì)，在乙酸戊酯和pH 9.8的水相之間分配系數(shù)為44.7，而水相pH 降至5.5時(shí)，分配系數(shù)降至14.4,,紅霉素反萃取   反萃取操作同樣可通過調(diào)節(jié)pH 值實(shí)現(xiàn)。紅霉素在pH9.4的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃取用pH5.0的水溶液。,pH對(duì)青霉素及有機(jī)酸分配系數(shù)的影響,

16、青霉素是較強(qiáng)的有機(jī)酸，pH 值對(duì)其分配系數(shù)有很大影響。在較低pH 下有利于青霉素在有機(jī)相中的分配，當(dāng)pH 大于6.0時(shí)，青霉素幾乎完全分配與水相中。因此，選擇適當(dāng)?shù)膒H ，不僅有利于提高青霉素的收率，還可根據(jù)共存雜質(zhì)的性質(zhì)和分配系數(shù)，提高青霉素的萃取選擇性。,,溫度：選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟龋欣谀繕?biāo)產(chǎn)物的回收和純化。由于生物產(chǎn)物在較高溫度下不穩(wěn)定，故萃取操作一般在常溫或較低溫度下進(jìn)行。  無機(jī)鹽：無機(jī)鹽的存在可降低溶質(zhì)在水相

17、中的溶解度，有利于溶質(zhì)向有機(jī)相中分配。但鹽的添加量要適當(dāng)，用量過多會(huì)使雜質(zhì)轉(zhuǎn)入有機(jī)相，以利于目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性萃取。,乳化現(xiàn)象（Emulsification ）定義：水或有機(jī)溶劑以微小液滴形式分散于有機(jī)相或水相中的現(xiàn)象。影響：兩相分層困難，并產(chǎn)生兩種夾帶萃余液中夾帶有機(jī)溶劑，造成目標(biāo)產(chǎn)物損失；萃取相中夾帶萃余液，給后處理帶來困難。在通常的有機(jī)溶劑萃取操作中需盡量避免乳化現(xiàn)象的產(chǎn)生。水包油型（O/W型）乳濁液：油滴分散于水相；&

18、#160; 油包水型（W/O型）乳濁液：水滴分散于油相。,產(chǎn)生原因及解決方法： 發(fā)酵液中存在蛋白質(zhì)等物質(zhì)，具表面活性劑作用。reason：proteins and other substances in the broth have the same function as surfactant.resolvent：最好對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，除去蛋白質(zhì)，如絮凝best method is pretreatment of brot

19、h to remove proteins e.g. agglomeration.,,產(chǎn)生乳化后，根據(jù)乳化的程度和乳濁液的形式采取適當(dāng)?shù)钠迫槭侄巍?after emulsification apply filtration or centrifugation to eliminate; ①乳化現(xiàn)象不嚴(yán)重：采用過濾或離心沉降的方法；  ②O/W型乳濁液：加入親油性表面活性劑 ；   ③W/O型乳濁液：加入親水性

20、表面活性劑；,蛋白質(zhì)含量與表面張力關(guān)系圖,二、操作方式及理論計(jì)算 Operating mode and calculation,工業(yè)萃取設(shè)備分類（ Classification of extraction equipment ）：,單級(jí)萃取操作One-level extraction,,Where E is extraction factor, and ? is mass fraction of product between the

21、 raffinate phase and the feed.,特點(diǎn)：只用一個(gè)混合器和一個(gè)澄清器；流程 簡(jiǎn)單，但萃取效率不高，產(chǎn)物在水相中含量 仍較高。Characteristic：simple, but the efficiency is low, the content of product is higher still in raffinate phase.,多級(jí)錯(cuò)流萃取操作Multilevel cross-cu

22、rrent extraction,,優(yōu)點(diǎn)： 由幾個(gè)單級(jí)萃取單元串聯(lián)組成，萃取劑分別加入各萃取單元；萃取推動(dòng)力較大，萃取效率較高 缺點(diǎn): 仍需加入大量萃取劑，因而產(chǎn)品濃度稀，需消耗較多能量回收萃取劑。,多級(jí)錯(cuò)流萃取的萃余分率和萃取分率,多級(jí)逆流萃取操作Multilevel counter-current extraction,特點(diǎn)：亦由幾個(gè)單級(jí)萃取單元串聯(lián)組成，料液和萃取劑分別從兩端連續(xù)加入，互成 逆流接觸；在

23、三種操作方式中，萃取效率 最高，萃取劑用量最少，因而工業(yè)上普遍采用。Characteristic：the efficiency is much higher and the usage of extractants is less too, so be commonly used at the industrial scale.,,例1 乙酸乙酯萃取放線菌素D，PH 3.5時(shí)分配系數(shù)m=57, 3級(jí)錯(cuò)流萃取，令H ＝450dm3/h

24、，三級(jí)萃取劑流量之和為39dm3/h，求：（1）L1＝L2=L3=13dm3/h時(shí)，萃取分率（2） L1＝20，L2=10，L3=9dm3/h時(shí)，萃取分率,,解：（1) E=mL/H=57×13/450=1.65 1-ф3=[(1+E)3 -1]/(1+E)3 =0.946（2) E1=mL1/H=2.53 E2=mL2/H=1.27 E3=mL3/H=1.14

25、 1-ф3’=0.942,,例2 乙酸乙酯萃取放線菌素D，PH 3.5時(shí)分配系數(shù)m=57, 3級(jí)錯(cuò)流萃取，令H ＝450dm3/h，三級(jí)萃取劑流量之和為39dm3/h，計(jì)算采用多級(jí)逆流接觸萃取使收率達(dá)到99％所需的級(jí)數(shù),,E=mL/H=57×39/450=4.94 1-фn=(En+1 - E)/(En+1 - 1) =0.99 n=2.74 需3級(jí) n=3時(shí)， 1-ф3 ＝0.99

26、3 > 3級(jí)錯(cuò)流萃取1-ф3 ＝ 0.946,分餾萃取－對(duì)多級(jí)逆流萃取的改進(jìn),料液由中間某一級(jí)加入進(jìn)料k級(jí)，左側(cè)萃取段，右側(cè)洗滌段,,,,,,,,,微分萃?。ㄋ捷腿。?塔式萃取設(shè)備與多級(jí)逆流萃取設(shè)備不同，塔內(nèi)溶質(zhì)在其流動(dòng)方向濃度變化是連續(xù)的，需要用微分方程描述。,,,例 用醋酸丁酯從澄清發(fā)酵液中萃取青霉素G(稀溶液)，分配平衡關(guān)系式為y＝40x，料液和萃取劑流速分別為0.001和0.003m／s，Kxa＝0.001

27、s-1。為使萃取收率達(dá)95％，求所需塔高,,解： HTUx＝Ux／Kxa＝1m因?yàn)槭章蕿?5％，所以 xl＝(1—0.95)x。＝0.05 x。又因?yàn)閥l＝0，從總物料衡算式Ux (x。一xl)＝Uy得y。＝0.317 x。由于x。*／＝y(tǒng)o／m，xl *＝y(tǒng)l／m＝0，故從式(4．?5)得所以，NTUx =即需要3m高的萃取塔,第三節(jié) 雙水相萃取 Aqueous two-phase extracti

28、on雙水相萃取是近年來發(fā)展起來的一種新萃取方法，主要用于酶和蛋白質(zhì)的萃取。其特點(diǎn)是用兩種不互相溶的聚合物，如聚乙二醇（PEG）和葡聚糖（Dex）進(jìn)行萃取，而不用常規(guī)的有機(jī)溶劑為萃取劑。因?yàn)樗@得的兩相，均含有很高的水含量，一般達(dá)70－90％，故稱雙水相系統(tǒng)。  雙水相萃取法：利用物質(zhì)在不相容的兩水相間分配系數(shù)的差異進(jìn)行萃取的方法。,雙水相系統(tǒng)的形成圖,優(yōu)點(diǎn)：(1):平衡時(shí)間短,含水量高,界面張力小,特別適合于生物活性物

29、質(zhì)的分離純化 (2):操作簡(jiǎn)單 (3):易于放大,雙水相系統(tǒng)：某些親水性高分子聚合物的水溶液超過一定濃度后可形成兩相系統(tǒng)。Aqueous two-phase system (ATPS)：prepared by mixing two different polymers, or a polymer and a salt above certain concentrations with water as the major comp

30、onent.應(yīng)用：蛋白質(zhì)特別是胞內(nèi)蛋白質(zhì)的分離純化。Application：suitable for extracting protein, especially intracellular protein.,一、雙水相系統(tǒng)ATPS,形成原因：聚合物的不相容性，即聚合物分子的空間阻礙作用，無法形成均一相，具有相分離傾向，一定條件下分成兩相。Reason：because of incompatibility i.e. steric

31、exclusion between the molecules of different polymers, that make the solution trend towards phase separation, and form two phases on a given condition.,常用于分離的雙水相系統(tǒng)：雙聚合物：聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)。該系統(tǒng)上相富含PEG，下相富含Dx；易于與后續(xù)處理連接聚合物與

32、無機(jī)鹽：聚乙二醇(PEG)/磷酸鉀（KPi)。該系統(tǒng)上相富含PEG，下相富含KPi。鹽濃度高，蛋白質(zhì)易鹽析， 廢水處理困難 ATPS commonly used：polymer/polymer：PEG/Dx. PEG is the main component in the top phase, while dextran constitutes the bottom phase.polymer/salt：PE

33、G/KPi. The top phase is enriched in PEG, and the bottom phase KPi. 非離子表面活性劑水膠束兩相體系 陰陽(yáng)離子表面活性劑兩水相體系,雙水相系統(tǒng)的相圖（雙節(jié)線）Phase diagram of ATPS（binodal line）,,系線：連接雙節(jié)線上兩點(diǎn)的直線。tie line：the straight lines connecting two dots

34、 on the binodal line.同一系線上各點(diǎn)：兩相組成相同，體積不同。Any dots on the same tie line：constitutions of the two phases are same, but volumes are different.,系線長(zhǎng)度：衡量?jī)上嚅g相對(duì)差別的尺度。越長(zhǎng)則兩相間性質(zhì)差別越大，反之則越小；趨向于零時(shí)，（雙節(jié)線上的點(diǎn)，臨界點(diǎn)），兩相差別消失，成為均一相。The leng

35、th of tie line：can indicate the difference of property between the two phases. The more long a tie line is, the more different properties of the two phases are, specially when the length is equal to zero, representing th

36、e dot called critical point on the binodal line, there isn’t a difference between the two phases, i.e. homogeneous phase reform.,,杠桿定律,二、雙水相中的分配平衡 The distribution equilibrium in ATPS,溶質(zhì)在雙水相中的分配系數(shù)： The partition coeffic

37、ient of solute in ATPS：,其中：C2和C1分別表示平衡狀態(tài)下上相和下相中溶質(zhì)的濃度。Where C2 and C1are the concentrations of the solute in the top phase and the bottom phase, respectively.,影響分配系數(shù)的主要因素：溶質(zhì)與雙水相 系統(tǒng)間的靜電作用和疏水作用。 Principal factors

38、of influencing partition coefficient：The electrostatic and hydrophobic interactions between solute and ATPS,其中：HF和HFS分別表示雙水相系統(tǒng)和蛋白質(zhì)的疏水性； F、R和T分別為法拉第常數(shù)、氣體常數(shù)和絕對(duì)溫度； Z為溶質(zhì)的凈電荷數(shù)；??為相間電位。,三、影響萃取效果的因素 Th

39、e factors of influencing on extraction efficiency,成相聚合物Polymer分子量：降低聚合物的分子量，則蛋白質(zhì)易于分配于富含該聚合物的相中。Molecular weight：the more light molecular weight of a polymer is, the more easy it is that protein is distributed to the

40、phase rich in the polymer.總濃度：越大則兩相性質(zhì)的差別越大，系線越長(zhǎng)，蛋白質(zhì)越容易分配于其中的某一相。Total concentration：the more high, the more different the propertis of the two phases are, that means the tie line is longer, and protein more liable of d

41、istributing into one of the two phases.,鹽的種類和濃度The kind and concentration of salt影響??： Influence ??：,Where m+ and m－ are the partition coefficients of the cation and anion of the electrolyte, respectively, Z＋ and Z－ ar

42、e the charge amounts of the cation and anion of the electrolyte, respectively.,影響?HFS：由于鹽析作用，鹽濃度增加則蛋白質(zhì)表面疏水性增大。Influence ?HFS：the concentration increase of salt can make surface hydrophobic property of protein increase b

43、ased on the effect of salting-out.影響雙水相系統(tǒng)：改變上、下相中成相物質(zhì)的組成和相體積比。Influence ATPS：change the composition of the phase components in the two phases, and the volume ratio between the two phases.,pH值影響蛋白質(zhì)的表面電荷數(shù)Z：影響蛋白質(zhì)的解離度。In

44、fluence Z：the surface charge amount of protein, i.e. the ionicity of protein.影響??：影響磷酸鹽的解離。Influence ??：the ionization of phosphate.,溫度Temperature主要影響雙水相系統(tǒng)的相圖。Influence the phase diagram of ATPS primarily.大規(guī)模雙水相萃取操作

45、一般在室溫下進(jìn)行，主要基于以下考慮：Generally ATP extraction operation carries out at room temperature, that is because of：,PEG對(duì)蛋白質(zhì)有穩(wěn)定作用；the effect of PEG on the stability of protein；溶液粘度較低，容易相分離；the lower viscosity of solution, and b

46、eing liable to achieve phase separation；節(jié)省冷卻費(fèi)用。saving the cooling expense.,四、雙水相萃取操作ATP extraction operation,雙水相系統(tǒng)的選擇： The selection of ATPS：根據(jù)目標(biāo)蛋白質(zhì)和雜質(zhì)的疏水性、分子量、等電點(diǎn)和表面電荷等性質(zhì)上的差別，綜合利用靜電作用、疏水作用和添加適當(dāng)種類和濃度的鹽，可選擇性萃取目標(biāo)產(chǎn)物。Ac

47、cording to the difference of characters e.g. hydrophobicity, molecular weight, isoelectric point, etc. between the target protein and impurities choosing a ATPS and adding proper kind and concentration of salt can achiev

48、e the extraction of the product.,設(shè)計(jì)試差實(shí)驗(yàn)，確定最佳萃取系統(tǒng)：常利用多組10mL刻度離心管進(jìn)行分配平衡實(shí)驗(yàn)。Design experiment to decide the optimal extraction system. Generally the test of distribution equilibrium carries out by using multigroup 10mL cent

49、rifugal tubes.,配制高濃度的聚合物和鹽的備用溶液，利用其配制一系列不同濃度、pH和離子強(qiáng)度的雙水相；prepare higher concentration solution of polymers and salts, so get a series of ATP with different concentration, pH, and ion strength;加入料液后，再加水稀釋，然后充分混合；after

50、addition of material liquor dilute to 10mL, and mix to achieve the extraction;,離心使兩相完全分離；centrifugate and make the two phases separate completely；分別測(cè)定上、下相中目標(biāo)產(chǎn)物濃度或生物活性，計(jì)算分配系數(shù)。determine the concentrations or bioactivitie

51、s of the target product in the top and bottom phase respectively, and calculate the partition coefficient.,胞內(nèi)蛋白質(zhì)的萃取Extraction of intracellular protein優(yōu)勢(shì)：可選擇性地使細(xì)胞碎片分配于下相，目標(biāo)產(chǎn)物分配于上相，同時(shí)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物的部分純化和細(xì)胞碎片的除去。Advantage：make t

52、he cell debris distribute into the bottom phase, and the product distribute into the top phase, that can achieve the purifying of product partly, and the removal of debris at the same time.,實(shí)際操作： Operation in practice：,細(xì)

53、胞勻漿液濃度選擇：為降低成本，應(yīng)盡量高，但過高會(huì)擾亂系統(tǒng)，降低分配系數(shù)，系統(tǒng)粘度增高，相分離困難。一般上限為200－400g濕細(xì)胞/Kg萃取系統(tǒng)。,相平衡與相分離：相平衡：將固狀（或濃縮）聚合物和鹽直接加入細(xì)胞勻漿液中，同時(shí)攪拌使之溶解，形成雙水相，同時(shí)由于雙水相系統(tǒng)表面張力很小，相分散容易，達(dá)到分配平衡時(shí)間很短，一般只需幾秒；phase separation：can be speeded up by centrifugatio

54、n, and phase separation can finish within less than 40 seconds for cell debris in the extraction system.,相分離：利用離心沉降可大大加快相分離速度，并易于連續(xù)化操作。對(duì)含細(xì)胞碎片的萃取系統(tǒng)，少于40秒。phase separation：can be speeded up by centrifugation, and phase se

55、paration can finish within less than 40 seconds for cell debris in the extraction system.,五、應(yīng)用Application and advantage,(1) 蛋白質(zhì)純化(2) 酶相轉(zhuǎn)移催化(3) 細(xì)胞器分離(4) 小分子物質(zhì)萃取,多步萃取Multistep extraction細(xì)胞勻漿液中目標(biāo)產(chǎn)物可經(jīng)過多步萃取獲得較高的純化倍數(shù)。,大規(guī)模雙

56、水相萃取 ATP extraction at a large scale由于相混合能耗低，相平衡時(shí)間短，故雙水相萃取規(guī)模放大非常容易，10mL刻度離心管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可準(zhǔn)確放大到處理200Kg細(xì)胞勻漿液規(guī)模。 high capacity (biomass to volume ratio); straightforward scale-up; adapted to the extraction equipment use

57、d for water-organic solvent systems.,胞內(nèi)蛋白質(zhì)的萃取,六、相體系回收　1 環(huán)境2 成本,成相聚合物的回收,(1) 壓力敏感型兩水相(2) 熱促相分離高聚物EO-PO(3) pH敏感型高聚物（聚兩性離子高聚物， 多聚電解質(zhì))(4) 光敏感相分離高聚物,,壓力誘導(dǎo)相分離,,熱誘導(dǎo)相分離,,pH 誘導(dǎo)相分離,,結(jié) 論合成一種對(duì)光敏感，可回收再利用的兩水相成相聚合物光照回收率均在

58、98％以上，熱敏回收率在95%以上，可以很好地實(shí)現(xiàn)聚合物回收 青霉素G轉(zhuǎn)化率達(dá)到79.8%，較單水相提高15%尚需尋找另一種可回收高聚物，使得兩水相中兩種高聚物都能得到回收。,,兩水相技術(shù)研究進(jìn)展(1) 廉價(jià)相體系的開發(fā)(2) 兩水相萃取轉(zhuǎn)化(3) 親和兩水相,定義：液膜是由水溶液或有機(jī)溶劑（油）構(gòu)成的液體薄膜，將與之不能互溶的液體分隔開來，使其中一側(cè)液體中的溶質(zhì)選擇性透過液膜進(jìn)入另一側(cè)，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)間的分離。

59、Definition：liquid film composed of aqueous solution or organic solvent, that divide nonmiscible liquids, and permit solute to permeate from one side of the membrane to the other side selectively.,第四節(jié) 液膜萃取 Liquid mem

60、brane extraction,特點(diǎn)：液膜結(jié)構(gòu)獨(dú)特，分離性能高效，可實(shí)現(xiàn)萃取和反萃取一步完成。 Characteristic：higher efficiency, and specially can achieve extraction and back-extraction at the same time.應(yīng)用：有機(jī)酸、氨基酸和抗生素等小分子生物產(chǎn)物的分離純化。Application：separation and p

61、urification of small molecular biotechnological products, e.g. organic acid, amino acid, antibiotic, etc.,一、液膜的種類The kinds of liquid membrane,乳狀液膜Emulsion liquid membrane (ELM),生物分離中主要應(yīng)用（W/O)/W型，其內(nèi)、外相為水相，液膜主要成分為有機(jī)溶劑。

62、 The type of (W/O)/W is primarily applied to bioseparation, and it’s inner phase and outer phase are all aqueous solution, while the major component of membrane is organic solvent.,結(jié)構(gòu)與組成Construction and composition,制備過

63、程Preparing process ：向溶有表面活性劑和添加劑的油中加入水溶液，進(jìn)行高速攪拌或超聲波處理，制成W/O型乳化液；將上步制得的乳化液分散到第二水相（通常為待分離的料液）進(jìn)行第二次乳化即可制成(W/O)/W型乳狀液膜，此時(shí)第二水相為連續(xù)相。,支撐液膜Supported liquid membrane (SLM)制備：將多孔高分子固體膜浸在膜溶劑中，使膜溶劑充滿膜的孔隙而形成。preparation：dip the

64、 multihole macromolecule solid membrane into the membrane solvent, so solvent can fill the holes of the membrane and form SLM.特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，放大容易；但膜相使用中容易流失，造成分離性能下降。 characteristic：simple construction, easy scale-up, but

65、 the solvent of membrane phase may be lost in use.,流動(dòng)液膜Flow liquid membrane (FLM)也是一種支撐液膜，但可彌補(bǔ)膜相also a kind of SLM, but the membrane phase is not easy to be lost.易流失的缺點(diǎn)；膜相強(qiáng)制流動(dòng)或減小厚度可減小傳質(zhì)阻力。,二、萃取機(jī)理Extraction mechanis

66、m,根據(jù)待分離溶質(zhì)種類的不同，主要分為：,單純遷移 Simple transfer ：又稱物理滲透，主要基于溶質(zhì)間分配系數(shù)的差別實(shí)現(xiàn)分離。無溶質(zhì)濃縮效應(yīng)。,反萃相化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)遷移： Chemical reaction of back-extraction phase promoting transfer：又稱為Ⅰ型促進(jìn)遷移，在有機(jī)酸等弱酸性電解質(zhì)的分離中，可利用強(qiáng)堿（如NaOH）溶液為反萃相。溶質(zhì)在反萃相可得到濃縮

67、，并且反應(yīng)速度快。,膜相載體輸送Carrier transport ：又稱Ⅱ型促進(jìn)遷移。在膜相加入可與目標(biāo)產(chǎn)物發(fā)生可逆化學(xué)反應(yīng)的萃取劑（流動(dòng)載體）。特點(diǎn)：可提高溶質(zhì)的滲透性和選擇性，而且載體輸送具有能量泵的作用，使目標(biāo)溶質(zhì)從低濃區(qū)沿反濃度梯度方向向高濃區(qū)持續(xù)遷移。,根據(jù)向流動(dòng)載體供能方式不同，分為：反向遷移：供能物質(zhì)與目標(biāo)溶質(zhì)遷移方向相反。氨基酸及有機(jī)酸的載體輸送是典型的反向遷移。同向遷移：供能物質(zhì)與目標(biāo)溶質(zhì)遷移方向相同。

68、鉀離子的載體輸送（鉀離子泵）是典型的同向遷移。,三、影響因素(乳狀液膜萃取) Influencing factors (ELM extraction),膜相組成The composition of membrane phase膜溶劑粘度影響乳狀液膜穩(wěn)定性、液膜厚度和傳質(zhì)系數(shù)；當(dāng)分離需要流動(dòng)載體時(shí)，應(yīng)對(duì)其有較高的溶解度。Membrane solventViscosity: influence ELM on stabilit

69、y, thickness, and mass transfer coefficientThere is a higher ability of dissolving the carrier in the case of that is necessary.,表面活性劑SurfactantHLB值：影響乳狀液膜的穩(wěn)定性，通常用HLB＝3~6的表面活性劑配制(W/O)/W型乳狀液膜。HLBV：have an effect on the

70、 stability of ELM. Generally the surfactants of HLB＝3~6 are used for preparing (W/O)/W type ELM 普遍采用非離子型表面活性劑，如Span80（失水山梨醇單油酸酯），配制乳狀液膜，因其在低濃度下乳化效果好。Commonly nonionic surfactants, e.g. Span80, are applied to preparing