溶剂萃取法

(6)、顶替法 加入表面活性更大，但不能形成坚固保 护膜的物质，格原先的乳化剂从界面上顶替出来，但由于 不能形成坚固保护膜，因而不能形成乳浊液。 常用的顶替剂是戊醇，它的表面活性很大，但碳链很 短，不能形成坚固的薄膜。
(7)、转型法
在O／W型乳浊液中，加入亲油性乳化剂，则乳浊液
有从O／W型转变成W／O型的趋向，但条件还不允许形
其中：F 自由度， c 组分数，P 相数。 若系统中除两种溶剂外，只含有一种溶质，则 c＝3。因为P＝2，代入相律，得F＝3。 当温度、压力一定时，F＝1，即一个变数就 能决定整个系统。亦即：一相的浓度如果固定，另 一相的浓度亦应固定，其关系可用分配定律表示。
（一）分配定律的导出：
在一定的温度和压力下达成平衡时，溶质在两相中的 化学位相等，即：
(3)、稀释法 在乳浊液中，加入连续相，可使乳化剂浓 度降低而减轻乳化。
(4)、加电解质 离子型乳化剂所成乳浊液常因分散相带电 荷而稳定，可加入电解质，以中和其电性而促使聚沉。
(5)、吸附法 例如，碳酸钙易为水所润湿，但不能为有机
溶剂所润湿，故将乳浊液通过碳酸钙层时，其中水分被吸附， 生产上将红霉素一次丁酯抽提液通过碳酸钙层，以除去微量 水分，有利于以后的提取。
国外报导采用溴代四烷基吡啶作为去乳化剂，效果很 好。它可由丁醇合成，价廉，既易溶于水，又易溶于丁酯
中，因此它既能破坏w／o型， 也能破坏O／W型。与溴代
十五烷基吡啶相比，乳浊液破坏较完全，能降低青霉素随 废液的损失，用量为0.03％——0.05％。
去乳化剂的选择方法 1、以HLB数可作为指标；
2、主要应用实验方法来决定。
当HLB数未知时，可根据其溶解度或分散程度粗略 估计，见表18—2。不同HLB的表面活性剂的用途见表 16—3。
在生物工业上，引起乳化 的常为蛋白质，由蛋白质引起
的乳化是相当稳定的，构成型
式多为W／O型。 发酵液, 蛋白质对表面张 力的影响最明显.
乳浊液稳定性大小可用乳浊液在离心机中(分离因素
标准化学位和组成无关， 但和温度、压力有关。所以有：
当温度一定时，标准化学位为常数，故得
如为稀溶液，可以浓度代替活度
应用式(18—1)时，须注意下列条件： 1)、必须是稀溶液。 2)、溶质对溶剂之互溶度没有影响： 3)、必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。
例如：青霉素。
分离因素(ß )
溶质A、B由于分配系数不同，在萃取相中的相对含量就 不同。如A的分配系数较B大，则萃取相中A的含量(浓度)较B 多，这样A和B就得到一定程度的分离。 萃取剂对A和B分离能力可用分离因素(ß )来表征：
将发酵液和有机溶剂按一定比例混合，加入一定量去乳 化剂，搅拌，(此时，仍产生一定程度的乳化)，然后用离心 机分离，观察分层和乳化破坏程度，就可比较去乳化能力。 去乳化剂用量也可按此实验方法决定。 3、去乳化剂不应破坏发酵单位和污染成品。
醇中，因此这种带溶剂有时也称为液体离子交换剂。
柠檬酸在酸性条件下，可与磷氧键类萃取剂如磷
酸三丁酯(TBP)形成中性络合物而进入有机相，有时也
称为反应萃取。
四、乳化和去乳化
乳化是一种液体分散在另一种不相混合的液体中的现 象。
乳化会使有机相和水相分层困难，出现两种夹带即： 1、发酵液废液中夹带有机溶剂微滴，发酵单位损失； 2、溶剂相中夹带发酵液微滴，给后续精制造成困难。
举例：青霉素
青霉素作为一种酸，可用酯肪碱作为带溶剂。如能和
正十二烷胺、四丁胺等形成复合物而溶于氯仿中。这样萃 取收率能够提高，且可以在较有利的PH范围内操作，适用 于青霉素的定量测定中。 这种正负离子结合成对的萃取，也称为离子对萃取。
举例：
土霉素在碱性下成负离子能与溴代十六烷基吡啶 相结合而溶于异辛醇中，然后再在酸性下萃取到水相。 也可以看作土霉素负离子与溴离子相交换而溶于异辛
3)、介质的粘度。介质粘度 较大时能增强保护膜的机械强度。 其中以第一个因素最重要。
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，这是因为这种固体粉末也能存在于界 面上而形成保护膜。
乳浊液的类型决定于水和油对它的润湿性的相对强弱。
如粉末对水的润湿性强于对油的润湿性(称为亲水性粉末)，则 根据自由能最小的原则，这种粉末被拉入水内，即大部分表 面为水所润湿，其接触角为锐角(图18—8a)，能促使形成水包 油O／W型乳油液(图18—9a)。相反，亲油性粉末作为乳化剂 时，得到的是W／O型乳浊液。
根据被萃取物的分子大小，萃取有两种主要类型： (1)、小分子类 抗生素、有机酸等，能用传统液—液萃取法 萃取到有机相中． (2)、大分子类 有酶、抗体、蛋白质等，传统的液体萃取 技术不适用，要采用双水相萃取。
溶剂萃取与其他技术相结合，产生的新型分离技术：
逆胶束萃取 (Reversed Micelle Extraction)
二、溶剂的选择
对萃取溶剂的要求：
1、对产物的溶解度大。
2、选择性好。 3、溶剂与被萃取的液相互溶度要小，粘度低，界面张 力适中，使相的分散和两相分离有利。 4、溶剂的回收和再生容易，化学稳定性。
5、溶剂价廉易得。
6、溶剂的安全性好，如闪点高、低毒等。 常用的溶剂有乙酸乙酯、乙酸丁酯和丁醇等。
可根据类似物容易溶解类似物的原则来选择溶剂 （极性上的类似）。
溶剂中，且此复合物在一定条件下又要容易分解。
应用场合：
1、有的产物的水溶性很强，在通常有机溶剂中溶解度
都很小，则如要采用溶剂萃取法来提取，可借助于带溶剂。 2、即使水溶性不强的产物，有时为提高其收率和选择 性，也可考虑采用带溶剂。
举例：链霉素
水溶性较强的碱(如链霉素)可与脂肪酸(如月桂酸)形
成复合物而能溶于丁醇、醋酸丁酯、异辛醇中，在酸性下 (pH 5.5—5.7)，此复合物分解成链霉素而可转入水相。 链霉素在中性下能与二异辛基磷酸酯相结合，而从水 相萃取到三氯乙烷中，然后在酸性下，再萃取到水相。
举例：提取维生素B12时加入硫酸铵，对B12自水 相转移到有机溶剂中有利。提取青霉素时加入NaCl，对青 霉素从水相转移到有机溶剂中有利。
盐析剂的用量要适当，用量过多会使杂质也一起转入 溶剂中。当盐析剂用量大时，也应考虑回收和再利用问题。
（四）、 带溶剂
带溶剂：能和欲提取的生物物质形成复合物，而易溶于
成W／O型乳浊液，因而在转变过程中，乳浊液就破坏。
同样，在W／O型乳浊液中，加入亲水性乳化剂，也
会使乳浊浓破坏。
上述这些方法虽有一定效果，但需耗费能量和物质， 而且都在乳化发生后再破处，故宜将发酵液先顶处理，除 去其中的表面活性物质(蛋白质)，即消除水相乳化的起因. 例如: 某有机酸发酵液，经酸化预处理后，蛋白质含量 从0.396％下降到0.1810％，其它物性变化甚少，进行清液 萃取时，就未发生乳化现象。
介电常数是一个化合物摩尔极化程度的量度，如
果已知这个值，就可预知此化合物是否极性。
介电常数D的求法
若已知一个物质的介电常数D，即可用此物质在一个电 容器中两极板之间所得的静电容量C来量度:
可以测定被提取物
（产物）的介电常数，
来寻找相当的溶剂。
三、水相条件的影响
影响萃取操作的因素很多，主要有pH、温度、盐析、 带溶剂等。
超临界萃取 (Supercritical fluid Extraction)
液膜萃取 (Liquid membrane Extraction) 用于生物制品如酶、蛋白质、核酸、多肽和氨基酸 等的提取精制。 本章重点介绍有机溶剂萃取法的理论与实践。
一、分配定律
萃取平衡时，根据相律，有：
F＝c－P十2
（一）、乳浊液的形成
乳浊液的两种形式： 1、以油滴分散在水中，称为水包油型或O／W型。
2、水以水滴分散在油中，称为油包水型或W／O型。
油与水不相溶，混在一起能很快分层，不能形成乳浊 液。一般要有表面活性剂存在时，才容易发生乳化，这种 物质称为乳化剂。 表面活性剂：分子一端具有 亲水基，另一端具有亲油基，且 能降低界面张力。 能够把不相 溶的油与水连在一起，且其分子 处在任一相中都不稳定，而当处 在两相界面上，亲水基伸向水、 亲油基伸向油时就比较稳定。
⑤、适用于各种不同的规模； ⑥、传质速度快，生产周期短，便于连续操作．容易实 现计算机控制。
液—液萃取的操作步骤： ①、萃取剂和料液混合接触，进行萃取；
②、分离互不相溶的两相，并回收溶剂；
③、萃余液(残液)脱溶剂。
溶剂萃取在生物产品分离中的典型应用：
(1)、从发酵培养液中萃取产物
(2)、从生物反应液或生物转化液中萃取产物 。
（四）、常用的去乳化剂
在生物合成工业上使用的去乳化剂有两种： 1、阳离子表面活性剂：溴代十五烷基吡啶。 2、阴离子表面活性剂：十二烷基磺酸钠。 当然并，不排斥试用其它高效去乳化剂的可能性。
1、溴代十五烷基吡啶
棕褐色稠厚液体，在水中溶解度约6％，在有机溶剂 中溶解度较小，因此，适用于破坏W／O型乳浊液，去乳
（二）、 温度
生化产物在温度较高时不稳定，萃取应在室温或较低 温度下进行。但如低温对萃取速度影响较大，为提高萃取速 度可适当升高温度。 此外，温度也会影响分 配系数。 例如: 温度对红霉素分 配系数的影响。
（三）、 盐析
加入盐析剂（硫酸铵等）可使产物在水中溶解度降低， 而易于转入溶剂中去。另一方面也能减少有机溶剂在水中 的溶解度。
一定)分离一定时间后，分出的有机相体积与原来有机溶
剂体积之比作为指标来表征。
比值愈小，乳浊液愈稳定。
（三）、乳浊液的破坏
破坏方法: (1)、过滤和离心分离 当乳化不严重时，可用过滤或离 心分离的方法。分散相在重力或离心力场中运动时，常可引 起碰撞而聚沉。在实验室中，用玻璃棒轻轻搅动乳浊液也可 促使其破坏。 (2)、如热 能使粘度降低，易促使乳浊液破坏。如生化 物质对热稳定，可考虑此法。