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生物分离工程 第7章-萃取1共110页

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生物分离工程PPT课件

生物分离工程PPT课件
如果 1 ，则目标产物未得到任何程度
的分离纯化。
无论是以浓缩还是以分离为目的操作过程， 目标产物均应以较大的比例回收：
R FPCTP 100% FcCTC
生物分离操作多为间歇过程（分批操作）， 若原料液和产品溶液的体积分别为VC和VP 则回收率为
RVPCTP 100% VcCTC
分离效率的评价
• 浓缩程度 • 分离纯化程度 1. 回收率
上图表示一个连续稳态的分离过程，其中F表示流 速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂 质，C、P和W分别表示原料、产品和废料。
浓缩程度一般用浓缩率(concentration factor)表达， 是一个以浓缩为目的的分离过程的最重要指标。
•机械分离
分离操作
•传质分离。 传质分离的对象主要是均相物系，又分输送分离扩散分离。 输送分离根据溶质在外力作用下产生的移动速度的差异实 现分离，又称速度分离法，其传质推动力主要有压力差、 电位梯度和磁场梯度等，如超滤、反渗透、电渗析、电泳 和磁泳等。扩散分离根据溶质在两相中分配平衡状态的差 异实现分离，又称平衡分离法，传质推动力为偏离平衡态 的浓度差，如蒸馏、蒸发、吸收、萃取、结晶、吸附和离 子交换等。
• 物理性质 力学性质：重力、离心力、筛分； 热力学性质：状态变化、相平衡； 传质性质：粘度、扩散、热扩散； 电磁性质：电泳、电渗析、磁化。
• 化学性质 化学热力学：化学平衡； 反应动力学：反应速率； 光化学性质：激光激发、离子化。
• 生物学性质 分子识别：生物亲和作用、生物学识别； 输送性质：生物膜输送， 反应、响应、控制：酶反应、免疫系统。
为了得到一定纯度的生物产品， 下游加工过程需要采用多种方法、实行多步 分离操作，整个下游加工过程的总回收率为

生化分离工程2萃取分离(1)幻灯片PPT

生化分离工程2萃取分离(1)幻灯片PPT

3
2.1 溶剂萃取
▪ 分配定律
▪ 在溶剂萃取过程中，将供提取的溶液称为料液；从料 液中待提取的物质称为溶质；用来萃取目的产物的溶 剂称为萃取剂；溶质转移到萃取剂中与萃取剂形成的 溶液称为萃取液；被萃取出溶质后的料液称萃余液。
▪ 平衡时溶质在两相中的浓度之比为一常数K，即：
K ＝ 萃取相浓度/萃余相浓度＝ c1／c2
▪ 多级错流萃取流程：
1－φ＝1－[1／(E1＋1)(E2＋1)…(En＋1)] (2-8) ▪ 多级逆流萃取流程：
2005-3-21 1－φ＝(En＋1－E)／(En＋1－1)
(125 -
▪ 例1：赤霉素在10℃、pH值2.5时的分配系数(乙
酸乙酯／水)为35，用等体积乙酸乙酯单级萃取一 次问理论收得率为多少？
② 两相完全不互溶，在分离器中能完全分离。
▪ 设K为分配系数，VF为料液体积，VS为萃取剂体积，E 为萃取因子(extraction factor)即萃取平衡后，溶质在 萃取相与萃余相中质量的比值，则：
E＝K·VS／VF＝K／m
(2-5)
▪ 式中 m＝VF／VS＝料液体积／萃取剂体积
▪ 令未被萃取的体积分数为φ，则：
▪ 两相中的游离酸分子的分配平衡用分配系数K0表征 ▪ 电离平衡用电离常数KP来表征。
2005-3-21
图2-1 青霉素的分配平衡与电离平衡
5
▪ K0和KP是客观存在的，但一般测定得到的是
[P·COOH＋P·COO－]的总浓度c2，在这种情
况下，
c1／c2＝K
这里的K称之为表观分配系数。而K和K0、 KP的关系式可经理论推导如下：
度太高而限制了它们的应用。PEG和Dex因其无毒
2005-性3-21和良好的可调性而得到广泛应用。

《分离工程第七章》PPT课件

《分离工程第七章》PPT课件
52
• 1、什么是亲和反胶团萃取？ • 2、什么是亲和沉淀？
思考题
53
本章内容到此结束
谢谢大家
54
感谢下 载
55
感谢下 载
56
称亲和作用。
• 通过亲和作用发生的结合称特异性结
合（specific binding）或亲和结合
（affinity binding）。
2
• 亲和纯化技术
• 定义：利用生物分子间的这种特异性结 合作用的原理进行生物物质分离纯化的 技术。
• 应用：通常与其他分离纯化技术相结合 ，如亲和层析技术、亲和膜分离技术等 。
化合物，再与氨基偶联 • 甲苯磺酰氯法：双功能试剂法 二乙烯砜
22
环氧化法
Activation
OH + CH2 CH
O
C Cl H2
表氯醇
O C CH CH2 H2 O
+
P
NH2
O C NH P H2
23
配基偶联方法
• 载体经活化后，就可以进行与配基的偶联反应。具体方法如下： • 碳二亚胺缩合法(脱水) • 酸酐法 • 叠氮化法 • 重氮化法
•思考题：简述亲合错流过滤技术分离 蛋白质的操作过程？
42
第五节
其他亲和纯化技 术
一、亲和双水相分配
• 原理：利用偶联亲和配基的PEG为成相聚合物进行目标产物的双水相萃取，可在亲和配 基的亲和结合作用下促进目标产物在PEG相的分配，提高目标产物的分配系数和选择性 。
• 操作：包括亲和分配（进料）、杂蛋白反萃取（清洗）和目标产物反萃取（洗脱）等 步骤。
作用、配位键、弱共价键等。
• 生物亲和作用是一种复杂的生物现象
，这也是亲和作用特异性高的主要原

生物分离工程萃取

生物分离工程萃取

液液萃取模型
Light phase(密度小，为萃取相) 杂质
溶质 萃取剂 原溶剂
Heavy phase（密度大，为料液相）
一、基本概念
一、基本概念
• 料液相中溶质浓度的变化用萃取速率表示：
• 萃取速率不仅受两相性质的影响，更重要的受萃取 操作形式的影响（接触方式）。但是溶质在两相中 的分配平衡是状态的函数，与萃取操作形式无关 （两相接触状态）当两相的状态一定时，达到分配 平衡时，溶质在两相的浓度是一定的。
一、基本概念
• 传质指化学过程中发生了物质质量的传递,包括精馏
蒸发 吸收 萃取 浸提 膜过滤等等化学过程。传质系 数是指单位面积上在单位推动力的作用下的质扩散速 率。
• 反萃取：将目标产物从有机相转入水相的萃取操作。 • 完整的萃取操作除了萃取和反萃取外，还在两者之间
增加了洗涤作。
• 洗 涤：本质是萃取；目的是除去与目标产物同时萃
三、液液萃取设备及其设计的理论基础
• 有机相从左至右通入，水相从右向左通入。推动力为
浓度差，实质为化学势的差异。 • 第i 级的物料衡算式
三、液液萃取设备及其设计的理论基础
•
对于第一级 时，把公式 到物料平衡式得：
和
带入
• •
• •
对于第二级，
对于第n 级 最终萃余相中溶质浓度x1与进料中xF=xn+1之间的关系：
取到有机相的杂质。
• 洗涤剂：用于洗涤的萃取剂。
一、基本概念
二、分配定律与分配平衡
• 实现萃取的主要因素是不同溶质在两相中分配平衡的差异。 • 分配定律：Nerst1891年提出的，在恒温恒压条件下，溶质
在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的 相对分子质量相（同一种分子形态）等，则其在两相中的 平衡浓度之比为一常数：

生物分离工程 第7章-萃取1

生物分离工程 第7章-萃取1

浸取的影响因素
1．相平衡 浸取过程中的相平衡用分配系数KD表示 KD ＝y / x
y——达到平衡时溶质在液相中的浓度 x——平衡时溶质在固相中的浓度 2．溶剂的选择
KD大且对目的物质的选择性高，溶剂的价格应低廉，无腐蚀性， 无毒，闪点高，无爆炸性，产品中易去除,容易回收。 3．增溶作用
原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的 生物物质转变，但不能过度。也有向不溶性转变的。 4．固体原料的预处理： 如粉碎、干燥等。
适用于脂肪酸、植物碱、醚类、 酮类、甘油酯、芳香成分等物质 的萃取分离。
第一节 液-固萃取
液-固萃取又叫浸取或浸出，是将固相物质萃 取到溶剂相中，在许多行业中得到应用。
产物
咖啡 果汁 药酒 大豆蛋白表2 浸取的应用举例 Nhomakorabea固体
溶质
粗烤咖啡 水果
中药材 豆粉
咖啡溶质 果汁
药用成分 蛋白质
溶剂
水 水 酒 NaOH溶液
萃取洗涤反萃取萃取剂稀释剂料液待分离物质杂质萃取液待分离物质少量杂质洗涤剂萃残液杂质杂质少量待萃物质产物待萃物质待返回使用萃取剂稀释剂反萃剂待萃物质溶剂萃取的操作流程废水溶剂溶质水溶质溶剂溶质溶剂废水蒸汽液液萃取过程图萃取器溶剂溶质塔汽提塔冷凝器分离器热交换器萃取过程具有选择性
第七章 萃取 （Extraction）
11、可加入机介面触控书面，直接在中央控制室操控。 12、配合振动过滤，液渣分离及过滤效果非常好。 13、自动排液（第一次萃取）排料（第二次萃取）。 14、排出的药渣可经过挤压机，将残留的萃取液在挤出。 15、挤压后的药渣可经输送带输送至室外。 16、工作环境，温度较低及干净。 17、完全密闭合乎安全卫生要求。 18、附冷凝器，可在大气压力下完全密闭操作，使香气及酒

萃取分离技术推荐课件

萃取分离技术推荐课件
= 10-2/(1+3×10)=3.22×10-4mol/L
E= D/(D+V水/V有) =3/(3 + 100/1000)=96.8%
2021/8/22
22
（3）E由D、V水/V有决定， D￪ 、V水/V有￬， E￪
（4 ）连续萃取
连续萃取：溶质经一次萃取后，分离两相，再用 新鲜的有机溶剂萃取剩余在水相中的溶质，再 分离，如此反复。
C0V水
若V有=V水 C1V水 C0VD 水有 VV水V有V 有 D1C 0D111C0
2021/8/22
24
萃取二次，平衡时：水溶液中A总浓度C2
同理
C 2C 1(1 1D )C 0(1 1D )2112 C 01
萃取三次，平衡时：水溶液中A总浓度C3
C 3C 2(1 1D )C 0(1 1D )3113C 0 31
萃取百分率：表示被萃取的组分已萃入有机相的 总量与原始溶液中被萃取组分总量比值的百分 数。用E表示。
某一物质A的水溶液，体积为V水，用有机溶
剂萃取时，有机溶剂的体积为V有
分子分母同
除以C水V有
E A在A在有两机相溶中剂的中总的含总量含 10量 0%
C有V有
D
100%
C V C V 2021/8/22 有 有
(萃合物)。
3、萃取液和萃余液
萃取分层后的有机相称为萃取液，此时的水
相为萃余液。
2021/8/22
2
4、萃取剂 指能与被萃取物质发生化学反应，形成能溶于
有机相的萃合物的试剂。 或指能与亲水性物质反应生成可被萃取的疏水
性物质的试剂。
5、萃取溶剂 指与水不相混溶且能够构成连续有机相的液体。
活性萃取溶剂——可与被萃取物发生化学反应， 形成配合物、离子缔合物或溶剂化物。 例：磷酸三丁酯，正丁醇等。

生物分离工程 萃取PPT共110页

生物分离工程 萃取
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、Fra bibliotek习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
1、最灵繁的人也看不见自己的背脊。——非洲 2、最困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根

生物工程设备 萃取和色谱分离1


可以推导得
K D ( B) K K D ( A)
水合离子的半径
K
[B]o K D B) （ [B]w
离子的电荷
K
亲和力
半径小
电荷数 亲和力的 差异
离子交换分离的基础
离子交换机理及选择性
离子交换机理
A RB RA B


薄膜
B+
A+
离子交换过程包括5步： 1. A+自溶液扩散到树脂表面； 2. A+从树脂表面扩散到树脂内 部的活性中心； 3. A+在活性中心发生交换反应； 4. 解吸离子B+自树脂内部的活 性中心扩散到树脂表面； 5. B+从树脂表面扩散到溶液；
复床式
料液
混合床式
料液
处
离子交换装置及再生
再生方式
料液 再生液 料液
废液
处理液
废液
处理液
再生液
顺流再生
逆流再生
离子交换装置及再生
再生方式
料液 再生液 料液 再生液
废液 废液
处理液
再生液
处理液
再生液
对流逆流再生
对流再生
离子交换装置及再生
再生操作
交换
料液
反洗
废水
再生
再生水
筛 板 式 连 续 离 子 交 换 设 备
漩 涡 式 连 续 离 子 交 换 设 备
离子交换设备的计算
罐体积
罐体积Vt：
Vt V y
罐高径比一般取Hi/D=2～3。
交换设备的放大
1.根据交换罐负荷相同的原则放大； 2.根据交换罐中溶液空塔流速相同的原则放大； 3.溶液通过床层的压力降

第七章萃取分离资料

化学位而影响溶质在两相中的分配/能量
（3）盐析 ：无机盐类一般可降低产物在水中的溶解度而使
其更易于转入有机溶剂相中，另一方面还能减 小有机溶剂在水相中的溶解度/争夺水分子。
（4）带溶剂 ：能与产物形成复合物的物质。使产物更易溶于有
机溶剂相中/该复合物憎水性强。该复合物在一 定条件下又要容易分解。 （5）溶剂比与回流比：溶剂用量越大，溶质回收率越高；
2、表面活性剂
• 它是液膜技术中稳定油水分界面的最重要的组分， 对液膜的稳定性、渗透速度、分离效率和膜相与 内水相分离后的循环使用有直接关系，表面活性 剂的选择是关键问题。
可缔合成多聚分子。
AB（1）型：交链氢键缔合溶剂，如水、多元醇、胺基取代 醇、羟基羧酸、多元羧酸、多酚等
AB（2）型：直链氢键缔合溶剂，如醇、胺、羧酸等。
AB（3）型：生成内氢键分子，这类溶剂中的电子受体A－H 因已形成内氢键而不再起作用。故AB（3）型溶剂的氢键性 质与N型或B型相似。
物质溶解尚未定量的“数字化”！
1. 分子结构相似
乙醇的结构： CH3CH2-OH 显然，溶解度增加或下降的原因是物质的分
水的结构： H-OH
子结构与水的相似性增加或下降了。
2. 能量相似
• 2.1 形成氢键能力相似
• 是由一个氢原子和两个电负性原子结合构成，如A－H…B， 这里，“…”表示氢键，它是一种带方向性的强作用力。/ 轴向力
也称： 醇溶蛋白
1、相平衡
• 浸取过程中的相平衡用分配系数KD表示：
y KD x
Y : 平衡后溶质在液相的浓度 X : 平衡后溶质在固相的浓度
2、溶剂的选择
• 为了高效、快速地从固体中将目的物浸取出来， 同时尽可能将不希望的物质留在固体中，选择合 适的溶剂是关键。
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浸取的过程：
溶剂传递到固体颗粒表面； 溶剂扩散到固体内部微孔隙中； 溶质溶解到溶剂中； 溶质通过固体微孔隙通道扩散到固体表面，并进入溶剂
主体。 一般而言，第一、二两步都很迅速，不是浸取过程
总速率的控制性步骤。 溶质通过多孔固体的扩散可用有效扩散系数来描述，
而有效扩散系数与Fick定律有关。
萃取：利用物质在互不相溶的两相之间溶解度的不同，使
所需提取的生化物质有选择性地发生转移，集中到一相中， 而其它杂质（如中间代谢产物、杂蛋白等）分配在另一相中， 从而达到某种程度的提纯和浓缩。
反萃取：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)
液-液萃取： 溶剂萃取、双水相萃取、反胶团萃取、液膜萃取等
超临界萃取
萃取方法
液-固萃取
表1 几种萃取方法的比较
原理
应用
属于用液体提取固体原料中有 多用于提取存在于胞内的有效
用成分的扩散分离操作。
成分。
溶剂萃取
利用溶质在两个互不混溶的液 相（通常为水相和有机溶剂相） 可用于有机酸、氨基酸、维生 中溶解度和分配性质上的差异进 素等生物小分子的分离纯化。 行的分离操作。
瑞 士 产 B-811 索 氏抽提仪（固液萃取 设备），抽提速度快， 45-60分钟 即可完成 抽提，无须烘干。提 供4种抽提方法：索 氏抽提，索氏双加热， 热抽提，连续流法。
美国产AutoTrace, RapidTrace固相萃取自动 工作站，计算机程序控制，可在15分钟内完成六个 样品的萃取。可以配合自动浓缩工作站使用，自动 浓缩萃取出来的样品。
双水相萃取技术（Partition of two aqueous phase system）等。 反胶团萃取（Reversed micelle extraction） 超临界流体萃取（Supercritical fluid extraction）
用于高品质的天然物质、胞内物质（胞内酶、蛋白质、 多肽、核酸等）的分离提取上。
适用于脂肪酸、植物碱、醚类、 酮类、甘油酯、芳香成分等物质 的萃取分离。
第一节 液-固萃取
液-固萃取又叫浸取或浸出，是将固相物质萃 取到溶剂相中，在许多行业中得到应用。
产物
咖应用举例
固体
溶质
粗烤咖啡 水果
中药材 豆粉
咖啡溶质 果汁
药用成分 蛋白质
溶剂
水 水 酒 NaOH溶液
反胶团的亲水微环境中。
-
液膜萃取
超临界流体萃取
液膜能将与之不互溶的液体分 适用于金属离子、烃类、有机
开，使其中一侧液体中的溶质选 酸、氨基酸和抗生素的分离及废
择性地透过液膜进入另一侧，实 水处理，在酶的包埋固定化和生
现溶质之间的分离。
物医学方面的应用也前景广阔。
利用超临界流体作为萃取剂， 对物质进行溶解和分离。
粉碎:
液-固萃取设备
美 国 Applied Separations (ASI) 公 司 产 one/fast PSE型压力/快速 溶剂提取仪。15分钟内可 同时处理6个样品，全自动 溶剂分配系统，可自由实 现4种不同溶剂的切换。该 法具有环保、高效、清洁、 快速等诸多特点，已被美 国 EPA 推 荐 为 3545A 标 准 方法。
双水相萃取
利用物质在互不相溶的两水相 间分配系数的差异进行的分离操 作。
主要用于蛋白质、酶，特别是 胞内蛋白的提取纯化。
液
液
利用表面活性剂在有机相中形
萃
反胶团萃取
成的反胶团，从而在有机相中形 适用于氨基酸、肽和蛋白质等 成分散的亲水微环境，使生物分 生物分子的分离纯化，特别是蛋
取
子在有机相（萃取相）内存在于 白质类生物大分子的分离。
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，
❖ 萃取操作可以提取和增浓产物，使产物获得初步的纯化，甚 至获得纯的天然产物。
溶剂萃取法
利用一种溶质组分（如产物）在两个互不混溶的液相（如水 相和有机溶剂相）中竞争性溶解和分配性质上的差异来进行 分离操作的。
美国戴安公司 产ASE快速溶剂萃 取仪 ，可对固体、
半固体样品中的目 标分析物进行快速 全自动地萃取。系 统带有多项安全特 性以避免潜在的危 险。
德国产IKA固液萃取 仪，所需化学溶剂更少， 可减少废料处理费用。 全电脑控制，可同时进 行4个萃取过程。 labworldsoft软件组合， 可方便的建立自动化的 处理程序，一套软件可 同时控制八台仪器。
浸取的影响因素
1．相平衡 浸取过程中的相平衡用分配系数KD表示 KD ＝y / x
y——达到平衡时溶质在液相中的浓度 x——平衡时溶质在固相中的浓度 2．溶剂的选择
KD大且对目的物质的选择性高，溶剂的价格应低廉，无腐蚀性， 无毒，闪点高，无爆炸性，产品中易去除,容易回收。 3．增溶作用
原先不溶或难溶性的生物大分子物质向可溶性的、分子量较小的 生物物质转变，但不能过度。也有向不溶性转变的。 4．固体原料的预处理： 如粉碎、干燥等。
萃取方法分类
物理萃取：根据相似相溶的原理，溶质在两相间达到分配平 衡，萃取剂与溶质之间不发生化学反应的萃取过程。
化学萃取: 利用萃取剂与溶质之间的化学反应生成脂溶性复 合分子实现溶质向有机相的分配。
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。
液-固萃取：用某种溶剂把有用物质从固体原料中提取到溶 液中的过程，又称为浸取或浸出。
浸取过程的前加工：
干燥：有助于细胞膜的破裂，溶剂也容易进入细胞内部，直 接溶解溶质。
滚压：将原料滚压成片，使其减小到0.1一0.5mm，则大豆及 许多植物种子的细胞壁极大地破裂，植物油容易进入溶剂。
切片：减小水溶剂从水相主体扩散到每个细胞的距离，细胞 基本上保持完好，水溶性物质可以通过半透性细胞膜扩散 进入水溶剂中，蛋白质和胶体组分因透不过细胞膜而不能 溶入水相。
溶剂萃取法广泛应用于抗生素、有机酸、维生素、激素等 发酵产物工业规模的提取上。
优点 a) 比化学沉淀法分离程度高； b) 比离子交换法选择性好、传质快； c) 比蒸馏法能耗低； d) 生产能力大、周期短、便于连续操作、易实现自动 化控制。
溶剂萃取法和其他新型分离技术相结合，产生了一系列新型 分离技术：