(二)制药分离工程(二)萃取课件.ppt

1、第二章第二章 萃萃 取取 Chapter 2 ExtractionChapter 2 Extractionl萃取原理：萃取原理：利用溶质在互不相溶两相间分配系数的不同使溶质得到纯化或浓缩。lPrinciple： the substances can be purified or concentrated since partition coefficients of them are different between the two phases.l萃取技术的发展萃取技术的发展 The progress of extraction technique 传统有机溶剂萃取传统有机溶剂萃取 液膜萃

2、取、反胶团萃取液膜萃取、反胶团萃取 双水相萃取、超临界流体萃取双水相萃取、超临界流体萃取ltraditional organic solvent extraction liquid membrane and reverse micelle extraction aqueous two-phase and supercritical fluid extraction第一节第一节 基本概念基本概念Basic conceptsBasic concepts 一、萃取一、萃取(Extraction)Extraction)l定义：定义：利用液体或超临界流体为溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。l萃取剂萃

3、取剂：萃取操作中至少有一相为流体，称该流体为萃取剂。l萃取过程中，离开液-液萃取器的萃取剂相为萃取液萃取液；经萃取剂相接触后离开的料液相称为萃余液（残液）。 液体原料固体原料超临界流体浸取液固萃取双水相萃取液膜萃取反胶团萃取有机溶剂萃取液液萃取液体萃取剂l根据萃取剂类型分类：根据萃取剂类型分类：二、反萃取二、反萃取(Back-extraction)Back-extraction)l定义：定义：调节水相条件，将目标产物从有机相转入水相的操作。l作用：作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续分离操作。l一个完整的萃取过程中，常在萃取和反萃取操作之间增加洗涤操作，目的是除去与目标产物同时萃取到有机相的

4、杂质，提高反萃液中目标产物的纯度。 三、物理萃取与化学萃取三、物理萃取与化学萃取物理萃取物理萃取(Physical extraction)定义：溶质根据相似相溶原理在两相间达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生化学反应。 应用：广泛应用于抗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。l化学萃取化学萃取 Chemical extraction (reactive extraction)l定义：定义：利用脂溶性萃取剂与溶质之间的利用脂溶性萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质化学反应生成脂溶性复合分子实现溶质向有机相的分配。向有机相的分配。l萃取剂与溶质之间的化学反应包括离

5、子萃取剂与溶质之间的化学反应包括离子交换和络合反应等。交换和络合反应等。l稀释剂稀释剂：化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯：化学萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和笨等有机溶剂溶解萃取剂，改善萃取相化碳和笨等有机溶剂溶解萃取剂，改善萃取相的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。的物理性质，此时的有机溶剂称为稀释剂。 l化学萃取剂化学萃取剂l 由于氨基酸和一些极性较大的抗生素的由于氨基酸和一些极性较大的抗生素的水溶水溶性很强性很强，在有机相中的分配系数很小甚至为零，在有机相中的分配系数很小甚至为零，利用一般的物理萃取效率很低，须采用化学萃利用一般的物理萃取效率很低，须采用化学萃取。取。l 萃取剂与抗生

6、素形成复合物分子的疏水性比萃取剂与抗生素形成复合物分子的疏水性比抗生素高，从而在有机相中有很高的溶解度。抗生素高，从而在有机相中有很高的溶解度。因此，在抗生素萃取中，萃取剂又称因此，在抗生素萃取中，萃取剂又称带溶剂带溶剂。 应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸等生物产物的分离回收，也用于金属的提取。如利用季铵盐萃取氨基酸。lex：青霉素为有机酸，可与四丁胺等脂肪碱通过离子键：青霉素为有机酸，可与四丁胺等脂肪碱通过离子键结合而容易溶于氯仿中。结合而容易溶于氯仿中。l对于在一定对于在一定pH下容易物理分配于有机相中的目标产物下容易物理分配于有机相中的目标产物（如青霉素），亦可通过加入萃取剂，增大其在不

7、同（如青霉素），亦可通过加入萃取剂，增大其在不同pH 的水相中对有机相的分配系数，使其在稳定性高的的水相中对有机相的分配系数，使其在稳定性高的pH 下下进行萃取操作。进行萃取操作。四、分配定律四、分配定律(Distribution law) l分配定律分配定律：一定温度、压力下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡后，在两相的浓度比为一常数,即分配系数m。 RLCCm 其中：CL为萃取相溶质浓度；CR为萃余相溶质浓度。适用条件：相同分子形态存在于两相中的溶质的浓度之比。不适合化学萃取，因溶质在各相中并非以同一种分子状态存在。l多数情况下，溶质在各相中并非以同一种分子多数情况下，溶质在各相中并非以

8、同一种分子形态存在，特别是化学萃取中，这时分配系数形态存在，特别是化学萃取中，这时分配系数常用溶质在两相中的总浓度之比来表示，常用溶质在两相中的总浓度之比来表示，l适应条件：适应条件：l 当生成物浓度很低时，可表示成当生成物浓度很低时，可表示成HenryHenry型型平衡关系：平衡关系：y=mxy=mx；l 当溶质浓度很高时，用当溶质浓度很高时，用LangmuirLangmuir型平衡型平衡关系关系. .萃取因子萃取因子E：萃取平衡后萃取相与萃余相中目标产物质量之比，是衡量萃取效率的指标之一。RLRLFFmVVmE其中：VL和FL分别为萃取剂体积和流量；VR和FR分别为料液体积和流量。l分离因

9、子分离因子 ：产物与杂质分配系数之比，l反映萃取选择性或分离程度的高低。ipRiLiRpLpmmCCCC其中：CLp和CRp分别为目标产物在萃取相和萃余相中的浓度； CLi和CRi分别为杂质在萃取相和萃余相中的浓度； mp和mi分别为目标产物和杂质的分配系数。l特点：特点：处理量大、能耗低、速度快，且易于实现连续操作和自动化控制。lCharacteristic：higher processing capacity, lower power consumption, quicker speed of separation, and easy to achieve continue operati

10、on and autocontrol.l 有机溶剂萃取：也称溶剂萃取，是石油化工、湿法冶金和生物产物分离纯化的重要手段 第二节第二节 有机溶剂萃取有机溶剂萃取 Organic solvent extractionOrganic solvent extraction应用：应用：生物产物分离中用于抗生素、有机酸、维生素等发酵产物的提取。lApplication ：extraction of small molecule biotechnological products e.g. antibiotic, organic acid , vitamin and amino acid, etc. 一、影

11、响因素一、影响因素The influencing factorsThe influencing factors萃取剂萃取剂 Extractantl使目标产物有较大的分配系数和较高的选择性 选择：选择： 由相似相溶原理，选择与目标产物极性相近的有机溶剂；价廉易得；cheapl与水相不互溶；water-nonmiscible与水相有较大密度差，粘度小，表面张力适中，相分散和相分离容易；l毒性低，腐蚀性小，使用安全；l容易回收和再利用； 不与目标产物发生反应。 举例：常用于抗生素萃取的有机溶剂有醇类、乙酸酯类及甲基异丁基甲酮等。l水相水相pHpH pH in the aqueous phase对弱电

12、解质萃取，水相pH影响分配系数（如青霉素） inthecaseofextractionofweakelectrolytepHoftheaqueousphaseinfluencem(forexampletheextractionofpenicillin).AH AH l弱电解质的分配平衡弱电解质的分配平衡l 溶剂萃取常用于有机酸、氨基酸和抗生素等溶剂萃取常用于有机酸、氨基酸和抗生素等弱酸或弱碱性电解质萃取弱酸或弱碱性电解质萃取l 萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水萃取达到平衡状态时，一方面弱电解质在水相中达到解离平衡，另一方面未解离的游离电相中达到解离平衡，另一方面未解离的游离电解质在两相中

13、达到分配平衡。解质在两相中达到分配平衡。l 对弱酸性和弱碱性电解质，解离平衡关系为：对弱酸性和弱碱性电解质，解离平衡关系为：l萃取平衡时，弱酸的分配系数为：萃取平衡时，弱酸的分配系数为：弱碱的分配系数为： l由分配系数的计算可知，无论是物理萃取还是由分配系数的计算可知，无论是物理萃取还是化学萃取，水相化学萃取，水相pH值对弱电解质分配系数有显值对弱电解质分配系数有显著影响。著影响。l 物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH 降低而增大，而弱碱性电解质则正相反，而分降低而增大，而弱碱性电解质则正相反，而分配系数又直接影响萃取收率；另外，溶液的配系数又直接影响

14、萃取收率；另外，溶液的pH也影响药物的稳定性。也影响药物的稳定性。应用：应用： 1）红霉素萃取）红霉素萃取 红霉素是碱性电解质，在乙酸戊酯和红霉素是碱性电解质，在乙酸戊酯和pH 9.8的水相之间的水相之间分配系数为分配系数为44.7，而水相，而水相pH 降至降至5.5时，分配系数降至时，分配系数降至14.4l红霉素反萃取红霉素反萃取 l 反萃取操作同样可通过调节反萃取操作同样可通过调节pH 值实现。红霉值实现。红霉素在素在pH9.4的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃的水相中用醋酸戊酯萃取，而反萃取用取用pH5.0的水溶液。的水溶液。pH对青霉素及有机酸分配系数的影响青霉素是较强的有机酸，pH 值对

15、其分配系数有很大影响。在较低pH 下有利于青霉素在有机相中的分配，当pH 大于6.0时，青霉素几乎完全分配与水相中。因此，选择适当的pH ，不仅有利于提高青霉素的收率，还可根据共存杂质的性质和分配系数，提高青霉素的萃取选择性。AAHAHmAHAHmAHHAKp0 HKHmmp0其中：Kp、m0、m分别表示青霉素的电离常数、分配系数和表观分配系数；AH 为青霉素在有机相中的浓度；AH为水相中游离青霉素的浓度；A 为水相中青霉素负离子的浓度。 HKmmpHmmpHp000 . 50 . 1l温度：温度：选择适当的操作温度，有利于目标产物选择适当的操作温度，有利于目标产物的回收和纯化。的回收和纯化。

16、l由于生物产物在较高温度下不稳定，故萃取操由于生物产物在较高温度下不稳定，故萃取操作一般在常温或较低温度下进行。作一般在常温或较低温度下进行。l 无机盐：无机盐：无机盐的存在可降低溶质在水相中无机盐的存在可降低溶质在水相中的溶解度，有利于溶质向有机相中分配。但盐的溶解度，有利于溶质向有机相中分配。但盐的添加量要适当，用量过多会使杂质转入有机的添加量要适当，用量过多会使杂质转入有机相，以利于目标产物的选择性萃取。相，以利于目标产物的选择性萃取。l乳化现象（乳化现象（Emulsification ）定义：水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象。影响：两相分层困难，并产生两种夹带萃余液

17、中夹带有机溶剂，造成目标产物损失；萃取相中夹带萃余液，给后处理带来困难。在通常的有机溶剂萃取操作中需尽量避免乳化现象的产生。水包油型（O/W型）乳浊液：油滴分散于水相； 油包水型（W/O型）乳浊液：水滴分散于油相。 产生原因及解决方法：解决方法： 发酵液中存在蛋白质等物质，具表面活性剂作用。 reason：proteinsandothersubstancesinthebrothhavethesamefunctionassurfactant.resolvent：最好对发酵液进行预处理，除去蛋白质，如絮凝最好对发酵液进行预处理，除去蛋白质，如絮凝lbestmethodispretreatmento

18、fbrothtoremoveproteinse.g.agglomeration.产生乳化后，根据乳化的程度和乳浊液的形式采取适当的破乳手段破乳手段。 after emulsification apply filtration or centrifugation to eliminate;l 乳化现象不严重：采用过滤或离心沉降的方法；乳化现象不严重：采用过滤或离心沉降的方法；l O/WO/W型乳浊液：加入亲油性表面活性剂型乳浊液：加入亲油性表面活性剂 ； l W/OW/O型乳浊液：加入亲水性表面活性剂；型乳浊液：加入亲水性表面活性剂；蛋白质含量与表面张力关系图蛋白质含量与表面张力关系图二、操作方

19、式及理论计算二、操作方式及理论计算 Operating mode and calculationOperating mode and calculation l工业萃取设备分类（工业萃取设备分类（ Classification of extraction equipment ）：）：塔式逆流错流多级单级澄清式混合萃取器columncurrentcountercurrentcrossmultilevellevelonesettlermixerextractorl单级萃取操作单级萃取操作One-level extractionRLRLFFmVVmE11E11EEWhere E is extract

20、ion factor, and is mass fraction of product between the raffinate phase and the feed. 特点：只用一个混合器和一个澄清器；流程l简单，但萃取效率不高，产物在水相中含量l仍较高。 Characteristic：simple,buttheefficiencyislow,thecontentofproductishigherstillinraffinatephase.l多级错流萃取操作多级错流萃取操作Multilevel cross-current extraction优点： 由几个单级萃取单元串联组成，萃取剂分别加

21、入各萃取单元；萃取推动力较大，萃取效率较高 缺点: 仍需加入大量萃取剂，因而产品浓度稀，需消耗较多能量回收萃取剂。多级错流萃取的萃余分率和萃取分率多级错流萃取的萃余分率和萃取分率11111112121211EEEE 111121nnEEE11111121 nnEEEl多级逆流萃取操作多级逆流萃取操作lMultilevel counter-current extraction111nnEE1111nnnEEEl特点：亦由几个单级萃取单元串联组成，料液和萃取剂分别从两端连续加入，互成 逆流接触；在三种操作方式中，萃取效率 最高，萃取剂用量最少，因而工业上普遍采用。 Characteristic：t

22、heefficiencyismuchhigherandtheusageofextractantsislesstoo,sobecommonlyusedattheindustrialscale.l例例1 乙酸乙酯萃取放线菌素乙酸乙酯萃取放线菌素D，PH 3.5时分配时分配系数系数m=57, 3级错流萃取，令级错流萃取，令H 450dm3/h，三级萃取剂流量之和为三级萃取剂流量之和为39dm3/h，l求：（求：（1）L1L2=L3=13dm3/h时，萃取分率时，萃取分率（2） L120，L2=10，L3=9dm3/h时，萃取时，萃取分率分率l解：（解：（1) E=mL/H=5713/450=1.65

23、 1-3 3=(1+E)=(1+E)3 3 -1/(1+E) -1/(1+E)3 3 =0.946=0.946（2) E1=mL1/H=2.53 E2=mL2/H=1.27 E3=mL3/H=1.14 1-3 3=0.942=0.942l例例2 乙酸乙酯萃取放线菌素乙酸乙酯萃取放线菌素D，PH 3.5时分时分配系数配系数m=57, 3级错流萃取，令级错流萃取，令H 450dm3/h，三级萃取剂流量之和为三级萃取剂流量之和为39dm3/h，l计算采用多级逆流接触萃取使收率达到计算采用多级逆流接触萃取使收率达到99所所需的级数需的级数l lE=mL/H=5739/450=4.94 1-n n=(E

24、=(En+1 n+1 - - E)/(EE)/(En+1 n+1 - - 1)1) =0.99=0.99 n=2.74 n=2.74 需需3 3级级 n=3n=3时，时， 1-3 3 0.993 0.993 3级错流萃取级错流萃取1-3 3 0.946 0.946 分馏萃取对多级逆流萃取的改进分馏萃取对多级逆流萃取的改进l料液由中间某一级加入料液由中间某一级加入l进料进料k级，左侧萃取段，右侧洗涤段级，左侧萃取段，右侧洗涤段微分萃取（塔式萃取）微分萃取（塔式萃取）l塔式萃取设备与多级逆流萃取设备不同，塔内溶质在塔式萃取设备与多级逆流萃取设备不同，塔内溶质在其流动方向浓度变化是连续的，需要用微分

25、方程描述。其流动方向浓度变化是连续的，需要用微分方程描述。l例例 用醋酸丁酯从澄清发酵液中萃取青霉素用醋酸丁酯从澄清发酵液中萃取青霉素G(稀溶液稀溶液)，分配平衡关系式为，分配平衡关系式为y40 x，料液，料液和萃取剂流速分别为和萃取剂流速分别为0.001和和0.003ms，Kxa0.001s-1。为使萃取收率达。为使萃取收率达95，求所需塔，求所需塔高高l解：解：l HTUxUxKxa1ml因为收率为因为收率为95，所以，所以l xl(10.95)x。0.05 x。l又因为又因为yl0，从总物料衡算式，从总物料衡算式Ux (x。一。一xl)Uy得得ly。0.317 x。l由于由于x。*yom

26、，xl *ylm0，故从式，故从式(4?5)得得l所以，所以，NTUx =l即需要即需要3m高的萃取塔高的萃取塔第三节第三节 双水相萃取双水相萃取 Aqueous two-phase extractionAqueous two-phase extraction双水相萃取是近年来发展起来的一种新萃取方法，双水相萃取是近年来发展起来的一种新萃取方法，主要用于酶和蛋白质的萃取。其特点是用两种不主要用于酶和蛋白质的萃取。其特点是用两种不互相溶的聚合物，如聚乙二醇（互相溶的聚合物，如聚乙二醇（PEG）和葡聚糖）和葡聚糖（Dex）进行萃取，而不用常规的有机溶剂为萃）进行萃取，而不用常规的有机溶剂为萃取剂。

27、因为所获得的两相，均含有很高的水含量，取剂。因为所获得的两相，均含有很高的水含量，一般达一般达7090，故称双水相系统。，故称双水相系统。 双水相萃取法：利用物质在不相容的两水相间分双水相萃取法：利用物质在不相容的两水相间分配系数的差异进行萃取的方法。配系数的差异进行萃取的方法。双水相系统的形成图双水相系统的形成图优点：(1):平衡时间短,含水量高,界面张力小,特别适合于生物活性物质的分离纯化 (2):操作简单 (3):易于放大 l双水相系统：双水相系统：某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可形成两相系统。lAqueous two-phase system (ATPS)：prepare

28、d by mixing two different polymers, or a polymer and a salt above certain concentrations with water as the major component.l应用：应用：蛋白质特别是胞内蛋白质的分离纯化。lApplication：suitable for extracting protein, especially intracellular protein.一、双水相系统一、双水相系统ATPSATPSl形成原因：形成原因：聚合物的不相容性，即聚合物分子的空间阻碍作用，无法形成均一相，具有相分离倾向，一定

29、条件下分成两相。lReason：becauseofincompatibilityi.e.stericexclusionbetweenthemoleculesofdifferentpolymers,thatmakethesolutiontrendtowardsphaseseparation,andformtwophasesonagivencondition.l常用于分离的双水相系统：常用于分离的双水相系统：双聚合物：聚乙二醇(PEG)/葡聚糖(Dx)。该系统上相富含PEG，下相富含Dx；易于与后续处理连接易于与后续处理连接聚合物与无机盐：聚乙二醇(PEG)/磷酸钾（KPi)。该系统上相富含PEG

30、，下相富含KPi。盐浓度高，蛋白质盐浓度高，蛋白质易盐析，易盐析， 废水处理困难废水处理困难 ATPS commonly used： polymer/polymer：PEG/Dx.PEGisthemaincomponentinthetopphase,whiledextranconstitutesthebottomphase. polymer/salt：PEG/KPi.ThetopphaseisenrichedinPEG,andthebottomphaseKPi.l 非离子表面活性剂水胶束两相体系l 阴阳离子表面活性剂两水相体系l双水相系统的相图（双节线）双水相系统的相图（双节线）lPhase

31、diagram of ATPS（binodal line） 系线：连接双节线上两点的直线。系线：连接双节线上两点的直线。 tieline：thestraightlinesconnectingtwodotsonthebinodalline. 同一系线上各点：两相组成相同，体积不同。lAnydotsonthesametieline：constitutionsofthetwophasesaresame,butvolumesaredifferent.系线长度：衡量两相间相对差别的尺度。越长则两相间性质差别越大，反之则越小；趋向于零时，（双节线上的点，临界点），两相差别消失，成为均一相。Thelengt

32、hoftieline：canindicatethedifferenceofpropertybetweenthetwophases.Themorelongatielineis,themoredifferentpropertiesofthetwophasesare,speciallywhenthelengthisequaltozero,representingthedotcalledcriticalpointonthebinodalline,thereisntadifferencebetweenthetwophases,i.e.homogeneousphasereform.l杠杆定律杠杆定律二、双

33、水相中的分配平衡二、双水相中的分配平衡 The distribution equilibrium in ATPSThe distribution equilibrium in ATPSl溶质在双水相中的分配系数：溶质在双水相中的分配系数： The partition coefficient of solute in ATPS：12ccm 其中：C2和C1分别表示平衡状态下上相和下相中溶质的浓度。Where C2 and C1are the concentrations of the solute in the top phase and the bottom phase, respective

34、ly.= 影响分配系数的主要因素：影响分配系数的主要因素：溶质与双水相 系统间的静电作用和疏水作用。 Principal factors of influencing partition coefficient：The electrostatic and hydrophobic interactions between solute and ATPSRTFZHFSHFSHFmln 其中：HF和HFS分别表示双水相系统和蛋白质的疏水性； F、R和T分别为法拉第常数、气体常数和绝对温度； Z为溶质的净电荷数；为相间电位。三、影响萃取效果的因素三、影响萃取效果的因素 The factors of i

35、nfluencing on extraction efficiencyThe factors of influencing on extraction efficiencyl成相聚合物成相聚合物Polymer分子量：降低聚合物的分子量，则蛋白质易于分配于富含分子量：降低聚合物的分子量，则蛋白质易于分配于富含该聚合物的相中。该聚合物的相中。 Molecularweight：themorelightmolecularweightofapolymeris,themoreeasyitisthatproteinisdistributedtothephaserichinthepolymer. 总浓度：越大

36、则两相性质的差别越大，系线越长，蛋白质越容易分配于其中的某一相。 Totalconcentration：themorehigh,themoredifferentthepropertisofthetwophasesare,thatmeansthetielineislonger,andproteinmoreliableofdistributingintooneofthetwophases.l盐的种类和浓度盐的种类和浓度The kind and concentration of salt影响：Influence：mmFZZRTlnWhere m+ and m are the partition co

37、efficients of the cation and anion of the electrolyte, respectively, Z and Z are the charge amounts of the cation and anion of the electrolyte, respectively. 影响HFS：由于盐析作用，盐浓度增加则蛋白质表面疏水性增大。 InfluenceHFS：theconcentrationincreaseofsaltcanmakesurfacehydrophobicpropertyofproteinincreasebasedontheeffectof

38、salting-out. 影响双水相系统：改变上、下相中成相物质的组成和相体积比。 InfluenceATPS：changethecompositionofthephasecomponentsinthetwophases,andthevolumeratiobetweenthetwophases.lpHpH值值 影响蛋白质的表面电荷数Z：影响蛋白质的解离度。 InfluenceZ：thesurfacechargeamountofprotein,i.e.theionicityofprotein. 影响：影响磷酸盐的解离。 Influence：theionizationofphosphate.l温度

39、温度Temperature 主要影响双水相系统的相图。 InfluencethephasediagramofATPSprimarily. 大规模双水相萃取操作一般在室温下进行，主要基于以下考虑： GenerallyATPextractionoperationcarriesoutatroomtemperature,thatisbecauseof： PEG对蛋白质有稳定作用；the effect of PEG on the stability of protein；l溶液粘度较低，容易相分离；the lower viscosity of solution, and being liable to

40、achieve phase separation；l节省冷却费用。saving the cooling expense.四、双水相萃取操作四、双水相萃取操作ATP extraction operationATP extraction operationl双水相系统的选择：双水相系统的选择： The selection of ATPS：根据目标蛋白质和杂质的疏水性、分子量、等电点和表面电荷等性质上的差别，综合利用静电作用、疏水作用和添加适当种类和浓度的盐，可选择性萃取目标产物。 Accordingtothedifferenceofcharacterse.g.hydrophobicity,mole

41、cularweight,isoelectricpoint,etc.betweenthetargetproteinandimpuritieschoosingaATPSandaddingproperkindandconcentrationofsaltcanachievetheextractionoftheproduct.设计试差实验，确定最佳萃取系统：常利用多组10mL刻度离心管进行分配平衡实验。 Designexperimenttodecidetheoptimalextractionsystem.Generallythetestofdistributionequilibriumcarriesou

42、tbyusingmultigroup10mLcentrifugaltubes.l配制高浓度的聚合物和盐的备用溶液，利用其配制一系列不同浓度、pH和离子强度的双水相；lpreparehigherconcentrationsolutionofpolymersandsalts,sogetaseriesofATPwithdifferentconcentration,pH,andionstrength;l加入料液后，再加水稀释，然后充分混合；lafteradditionofmaterialliquordiluteto10mL,andmixtoachievetheextraction;l离心使两相完全分离

43、；centrifugateandmakethetwophasesseparatecompletely；l分别测定上、下相中目标产物浓度或生物活性，计算分配系数。ldeterminetheconcentrationsorbioactivitiesofthetargetproductinthetopandbottomphaserespectively,andcalculatethepartitioncoefficient.l胞内蛋白质的萃取胞内蛋白质的萃取Extraction of intracellular protein优势：可选择性地使细胞碎片分配于下相，目标产物分配于上相，同时实现目标产物

44、的部分纯化和细胞碎片的除去。 Advantage：makethecelldebrisdistributeintothebottomphase,andtheproductdistributeintothetopphase,thatcanachievethepurifyingofproductpartly,andtheremovalofdebrisatthesametime.实际操作： Operationinpractice：细胞匀浆液浓度选择：为降低成本，应尽量高，但过高会扰乱系统，降低分配系数，系统粘度增高，相分离困难。一般上限为200400g湿细胞/Kg萃取系统。相平衡与相分离：l相平衡：将

45、固状（或浓缩）聚合物和盐直接加入细胞匀浆液中，同时搅拌使之溶解，形成双水相，同时由于双水相系统表面张力很小，相分散容易，达到分配平衡时间很短，一般只需几秒；phaseseparation：canbespeededupbycentrifugation,andphaseseparationcanfinishwithinlessthan40secondsforcelldebrisintheextractionsystem.l相分离：利用离心沉降可大大加快相分离速度，并易于连续化操作。对含细胞碎片的萃取系统，少于40秒。lphaseseparation：canbespeededupbycentrifu

46、gation,andphaseseparationcanfinishwithinlessthan40secondsforcelldebrisintheextractionsystem.五、应用五、应用Application and advantageApplication and advantage(1) 蛋白质纯化(2) 酶相转移催化(3) 细胞器分离(4) 小分子物质萃取l多步萃取多步萃取Multistep extraction 细胞匀浆液中目标产物可经过多步萃取获得较高的纯化倍数。l大规模双水相萃取大规模双水相萃取 ATP extraction at a large scale 由于相混

47、合能耗低，相平衡时间短，故双水相萃取规模放大非常容易，10mL刻度离心管的实验结果可准确放大到处理200Kg细胞匀浆液规模。highcapacity(biomasstovolumeratio);straightforwardscale-up;adaptedtotheextractionequipmentusedforwater-organicsolventsystems.胞内蛋白质的萃取胞内蛋白质的萃取 六、相体系回收1 环境2 成本l成相聚合物的回收成相聚合物的回收(1) 压力敏感型两水相压力敏感型两水相(2) 热促相分离高聚物热促相分离高聚物EO-PO(3) pH敏感型高聚物（聚两性离子高

48、聚物，敏感型高聚物（聚两性离子高聚物， 多聚电解质多聚电解质)(4) 光敏感相分离高聚物光敏感相分离高聚物l压力诱导相分离压力诱导相分离l热诱导相分离热诱导相分离pH pH 诱导相分离诱导相分离l结结 论论l合成一种对光敏感，可回收再利用的两水相合成一种对光敏感，可回收再利用的两水相成相聚合物成相聚合物l光照回收率均在光照回收率均在98以上，热敏回收率在以上，热敏回收率在95%以上，可以很好地实现聚合物回收以上，可以很好地实现聚合物回收 l 青霉素青霉素G转化率达到转化率达到79.8%，较单水相提高，较单水相提高15%l尚需寻找另一种可回收高聚物，使得两水相尚需寻找另一种可回收高聚物，使得两水

49、相中两种高聚物都能得到回收。中两种高聚物都能得到回收。两水相技术研究进展两水相技术研究进展(1) 廉价相体系的开发(2) 两水相萃取转化(3) 亲和两水相l定义：定义：液膜是由水溶液或有机溶剂（油）构成的液体薄膜，将与之不能互溶的液体分隔开来，使其中一侧液体中的溶质选择性透过液膜进入另一侧，实现溶质间的分离。 Definition：liquid film composed of aqueous solution or organic solvent, that divide nonmiscible liquids, and permit solute to permeate from one

50、side of the membrane to the other side selectively. 第四节第四节 液膜萃取液膜萃取 Liquid membrane extractionLiquid membrane extractionl特点：特点：液膜结构独特，分离性能高效，可实现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.l应用：应用：有机酸、氨基酸和抗生素等小分子生物产物的分离纯化。lApp