发酵液乳化的原因： a 蛋白质的存在，起到表面活性剂 b 固体粉末对界面的稳定作用
这样形成的分散体系称乳浊液。
乳化带来的问题：有机相和水相分相困难， 出现夹带，收率低，纯度低。
乳化
1）乳浊液形成原因
表面活性物质聚集在两相界面上，使表面张力降低。 表面活性剂分子 亲水基团 亲油基团 亲油 亲水亲水基团伸向水中，亲油基 Nhomakorabea伸向油中。
乳浊液类型
当将有机溶剂（通称为油）和水混在一起搅拌时，可 能产生两种形式的乳浊液。 乳浊液类型：水包油型；油包水型
求: pH4.4 pH2.5 pH2.0时的K? 47 1 pH4.4时: K 4 .4 2 .75 1 10 pH2.5时: K=30 pH2.0时: K=39.9 ∴ pH↓K↑ 解释原理: pH < pK时，[pen] > [pen-] 易溶于丁酯
由萃取机理和 K～pH 的关系式可得出如下结论： 酸性物质 萃取 反萃取 生化物质的稳定性 乳化程度 pH<pK pH>pK 碱性物质 pH>pK pH<pK
溶剂萃取概述
萃取过程
溶质Ａ
料液 ｝ 稀释剂Ｂ
萃取液Ｓ＋Ａ(B)
溶剂Ｓ
萃余液Ｂ＋Ａ(s)
Light phase
溶剂萃取概述
杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
Heavy phase
溶剂萃取概述
萃取的基本概念
①萃取 : 溶质从料液转移到萃取剂的过程。 ②反萃取：溶质从萃取剂转移到反萃剂的过程。
在完成萃取操作后，为进一步纯化目标产物或便于下一步
分离操作的实施，将目标产物从有机相转入水相的操 作就称为反萃取（Back extraction)
③物理萃取和化学萃取：物理萃取的理论基础是 分配定律，而化学萃取服从相律及一般化学反 应的平衡定律。
溶剂萃取概述
萃取的基本概念
萃取法是利用液体混合物各组分在某有机溶剂中 的溶解度的差异而实现分离的。 料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液， 溶质：其中欲提取的物质， 萃取剂：用以进行萃取的溶剂， 萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃 取剂中，得到的溶液， 余液：被萃取出溶质的料液称为。
通过相转移减少产品水解
适用于不同规模 传质快 周期短，便于连续操作 毒性与安全环境问题
18.1 萃取过程的理论基础
液液萃取是以分配定律为基础 分配定律：一定T、P下，溶质在两个互不相溶的溶剂中 分配，平衡时，溶质在两相中浓度之比为常数。
K-分配系数
K C1 C2 萃取相的浓度 萃余相的浓度
丁酯逆流萃取
萃取液
乳酸沉淀
分解转碱
红霉素乳酸盐
调
pH9.8,
溶于丙酮
红霉素碱
加水
红霉素碱成品
结晶
为什么青霉素在酸性（pH≤2.5）条件下，而红霉素却要
在碱性（pH≥9.8）条件下才能被萃取到丁酯中去呢？
1 根据表观分配系数公式可知， 弱酸的表观分配系数：K=K0 /(1 ＋10 pH － pK ) 弱酸的表观分配系数： K=K0 /(1 ＋10 pK － pH ) 对于弱酸：pH< pK 时，分配系数大 对于弱碱：pH> pK 时，分配系数大 2 不同pH条件影响弱电解质电离，从而影响分子的极性， 根据相似相溶原则，在弱极性的丁酯中极性小的分子溶
◆ T影响两溶剂的互溶度影响
一般生化物质的萃取在室温或较低温度下进行
3. 盐析：
无机盐——氯化钠、硫酸铵，作用： 生化物质在水中溶解度↓；两相比重差↑ 两相互溶度↓ 例：pen从水相→丁酯中，加氯化钠洗涤， 消除有机相水滴，提高质量和收率； spm的丁酯萃取液 + 饱和盐水洗涤， 减少spm在水中溶解度；消除有机相水滴；分相容易。
举例：
青霉素 ( pK2.75 ) 工业钾盐 ：
预处理及过滤
发酵液
滤洗液
调
萃 取
pH2.02.5 1/3 v/v
丁酯逆流萃取
萃取液
NaCl 盐析脱水
丁酯逆流萃取
结晶液
活性炭脱色
共沸蒸馏结晶
pen－k 成品
红霉素( pK9.4 ) ：
预处理和过滤 萃 取
发酵液
滤液
调 pH9.810.2, 1/4V/V
第一讲
溶剂萃取概述
萃取：当含有生化物质的溶液与互不相溶的第二相接 触时，生化物质倾向于在两相之间进行分配，当条件 选择得恰当时，所需提取的生化物质就会有选择性地 发生转移，集中到一相中，而原来溶液中所混有的其 它杂质（如中间代谢产物、杂蛋白等）分配在另一相 中，这样就能达到某种程度的提纯和浓缩。 萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在 发酵和其它生物工程生产上的应用也相当广泛， 萃取操作不仅可以提取和增浓产物，使产物获得初步 的纯化，所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、 激素等发酵产物 的提取上。
碱性
酸性(pK酸杂<pK生) 碱性(pK碱杂>pK生)
碱性(pK碱杂<pK生)
2. 温度T
◆ T↑，分子扩散速度↑，故萃取速度↑
◆ T影响分配系数
例：pen ― T↑ 水中的溶解度↑ ∴ 萃取时 T↓使K↑；反萃时 T↑使K反↑ 红霉素、螺旋霉素― T↑ 水中的溶解度↓ ∴ 萃取时 T↓使K↑；反萃时 T↑使K反↑
与杂质的分离程度归纳
生化物质 酸性 杂 质 碱性(pK碱杂>pK生) 酸性(pK酸杂<pK生) 酸性(pK酸杂>pK生) 萃取操作条件的控制 萃取时 杂质自然除去 pK酸杂 < pH < pK生 萃取时无法去除 反萃取pK酸杂>pH > pK生 萃取时杂质自然除去 pK碱杂 > pH > pK生 萃取时无法去除 反萃取pK碱杂 <pH < pK生
溶剂萃取概述
实验室液液萃取过程
分液漏斗
有机相 水相
一般工业液液萃取过程
萃取液 （待分离物 质＋少量杂质 洗 涤 剂 萃 取 洗 涤 反 萃 剂 待 萃 物 质 萃取剂＋稀释剂 （待返回使用） 反 萃 取
料液 （待分离物 质＋杂质
萃取剂 ＋稀释剂 杂质+少量 待萃物质
产物（待萃物质） 萃残液 （杂质）
生物萃取与传统萃取相比的特殊性
生物工程不同于化工生产，主要表现在生物分离 往往需要从浓度很稀的水溶液中除去大部分的水， 而且反应液中存在多种副产物和杂质，使生物萃 取具有特殊性。
① ② ③ ④
成分复杂 传质速率不同 相分离性能不同 产物的不稳定性
溶剂萃取法的特点
萃取过程有选择性 能与其它步聚相配合
思考题： 将青霉素由水相萃取到丁酯相中，其pK=2.75，萃取条 件：pH=2.5，T=10℃，VF∶VS = 1∶1，测得萃取前发酵 液（水相）效价20000 u/ml，平衡后废液效价645.2 u/ml，求分配系数K和K0
弱酸的表观分配系数：K=K0 /(1 ＋10 pH － pK ) 弱酸的表观分配系数： K=K0 /(1 ＋10 pK － pH )
弱电解质的表观分配系数K：
分配达平衡时，溶质在两相的总浓度之比
对于弱酸性电解质
K K0
Kp
H =K H
/(1 ＋10 pH － pK ) 0
对于弱碱性电解质
K K0 Kp K
p
H
=K0 /(1 ＋10 pK － pH )
K0－只与T、P有关； K－与T、P和pH有关 K可通过实验求出，而K0不能，可由公式求出。
油滴 O/W 水滴 W/O
水
油
亲水性基团强度 > 亲油性基团强度（HLB 数越大） ，O/W； 亲油性基团强度 > 亲水性基团强度 （HLB 数越小） W/O ， 发酵液的乳化现象主要由蛋白质引起。
乳化
固体粉末乳化剂：除表面活性剂外，能同时为两种液体 所润湿的固体粉末也能作为乳化剂，如粉末对水的润湿 性强于对油的润湿性，则根据自由能最小的原则，形成 水包油O/W型乳浊液。反之形成油包水型
3．带溶剂
对于水溶性强的溶质，可利用脂溶性萃取剂 与溶质间的化学反应生成脂溶性复合分子， 使溶质向有机相转移。 ①抗生素萃取剂：月桂酸、脂肪碱或胺类等。 ②氨基酸萃取剂：氯化三辛基甲铵。 溶质与带溶剂之间的作用：离子对萃取、离 子交换萃取、反应萃取。
4．乳 化
乳化：水或有机溶剂以微小液滴分散在有 机相或水相中的现象。
2．有机溶剂的选择
根据相似相溶的原理，选择与目标产物极性相近
的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大的分配系数 （根据介电常数判断极性）； 有机溶剂与水不互溶，与水有较大的密度差，黏 度小，表面张力适中，相分散和相分离容易； 应当价廉易得，容易回收，毒性低，腐蚀性小， 不与目标产物反应。 常用于生化萃取的有机溶剂有丁醇、丁酯、乙酸乙 酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等。
解度比水中大
为什么青霉素在酸性（pH≤2.5）条件下，而红霉素却要 在碱性（pH≥9.8）条件下才能被萃取到丁酯中去呢？
青霉素 酸碱性 pH<pK pH>pK 弱酸性(2.75) 游离分子 ―–‖ 红霉素 弱碱性(9.4) “+‖ 游离分子
根据相似相溶原则，在弱极性的丁酯中游离分子极性小，溶解 度比水中大，故从水相转入丁酯相中，而发酵液中存在的其它 杂质由于极性情况与抗生素不同，故很少进入丁酯中，这样就 达到一定程度的纯化
青霉素的分配平衡
弱电解质的分配系数：
热力学分配系数K0 ：萃取平衡时，单分子化 合物溶质在两相中浓度之比。
Kp=
弱酸性电解质K0＝ [AH]/[AH]= 弱碱性电解质K0 ＝ [B]/[B]=
