萃取在生產(chǎn)生活中的應用

萃取在生產(chǎn)生活中的應用化工卓越11-2班徐向東1、雙水相萃取1.1背景

分離純化出高純度有生物活性的蛋白質(zhì)一直是項艱巨的工作。由于蛋白質(zhì)的市場價格昂貴,提高回收率能帶來巨大的經(jīng)濟效益,所以有關(guān)蛋白質(zhì)在分離純化中的失活及其對策在近年來受到很大的關(guān)注。1.2優(yōu)勢雙水相萃取是通過溶質(zhì)在兩水相之間分配系數(shù)的差異而進行萃取的技術(shù),其應用于蛋白質(zhì)的分離純化具有以下優(yōu)勢:（1）體系含水量高,可達80%以上（2）萃取環(huán)境和操作條件溫和,蛋白質(zhì)在其中不易失活（3）界面張力遠遠低于水-有機溶劑兩相體系的界面張力,有助于強化相際間的質(zhì)量傳遞

（4）易于按比例放大和進行連續(xù)性操作等正是由于雙水相萃取技術(shù)的諸多優(yōu)勢,現(xiàn)已被廣泛用于蛋白質(zhì)的分離純化,取得了很好的成效。近年來,雙水相萃取技術(shù)的分離對象進一步擴大,已包括了多肽、氨基酸、植物有效成分、重金屬離子和抗生素等。3、應用(1)提取酶和蛋白質(zhì)。這是雙水相體系研究和應用最多的方面，發(fā)酵液、細胞培養(yǎng)液、植物、動物組織中細胞內(nèi)、外的酶和蛋白質(zhì)均可用雙水相體系來提取。工業(yè)上已有幾種雙水相體系用于從發(fā)酵液中分離提取蛋白質(zhì)和酶，絕大多數(shù)是用PEG作上相成相聚合物，葡聚糖、鹽溶液和羥甲基淀粉的其中一種作下相成相物質(zhì)。雙水相體系萃取牛血清(2)進行萃取性生物轉(zhuǎn)化。應用實例有：利用葡萄糖和淀粉生產(chǎn)乙醇、利用葡萄糖生產(chǎn)丙酮丁醇、利用淀粉和纖維素水解生產(chǎn)葡萄糖、水解酪蛋白、發(fā)酵生產(chǎn)乳酸、將青霉素G轉(zhuǎn)化為6-氨基青霉烷酸等。(3)食品工業(yè)中用來從酸水解產(chǎn)物中提取二肽、氨基酸、核苷酸等風味物質(zhì)。在生物技術(shù)方面，可用來提取DNA。(4)萃取細胞、細胞器、膜等粒子。大多數(shù)都是用親和萃取方法來達到目的的。(5)應用于液-液分配層析(LLPC)。將一種聚合物連接在固體顆粒(支持物)上，另一種聚合物的溶液作為流動相，這種柱層析技術(shù)可分離蛋白質(zhì)、核酸以及細胞混合物。4、應用實例以雙水相體系分離蛋白質(zhì)為例，其工藝流程大致分為三個方面：（1）目標產(chǎn)物的萃?。?）PEG的循環(huán)（3）無機鹽的循環(huán)（1）目標產(chǎn)物的萃取。把細胞的勻漿液倒入由PEG和Dextran構(gòu)成的雙水相體系中。靜置讓其分相，等體系穩(wěn)定后，蛋白質(zhì)將其分配到上相（PEG相），而細胞碎片，核算，纖維素等分配到了下相，然后把上下相分離，接著把目標蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到鹽相，方法是在上相中加入鹽，形成新的雙水相體系，從而將蛋白質(zhì)與PEG分離，以利于使用超濾或透析將PEG回收利用和目標產(chǎn)物的進一步處理。（2）PEG的循環(huán)在進行工業(yè)上大規(guī)模分離，純化操作時，要特別注意原料的回收利用，這樣既有利于環(huán)保又節(jié)約了成本。（3）無機鹽的循環(huán)將鹽相冷卻，結(jié)晶，然后離心分離回收。其他還有電滲析法、膜分離法等方法回收鹽類或除去PEG相的鹽。2、固相微萃取1、簡介固相微萃取(solid-phasemicroextraction,SPME)是1990年由加拿大學者Pawliszyn和他的合作者首創(chuàng),并于近10余年間迅速發(fā)展和完善的樣品制備新技術(shù)。它摒棄了處理復雜樣品時傳統(tǒng)的溶劑提取操作步驟,將萃取、濃縮、解吸、進樣等功能集于一體,靈敏度高且操作簡便,一經(jīng)問世便受到了分析化學工作者的矚目,成為樣品制備方法的熱門課題。2、原理萃取頭是SPME裝置的核心,其涂層的性質(zhì)已經(jīng)成為SPME方法成功與否的關(guān)鍵。與其他萃取方法一樣,SPME萃取頭涂層同樣是遵循“相似相溶”的原則,如同毛細管色譜柱的選擇一樣,沒有一種萃取頭能夠萃取所有的化合物。萃取頭涂層的極性與厚度必須與分析物的性質(zhì)相匹配,具有極性較強涂層(如聚丙烯酸酯(PA))的萃取頭適合于萃取極性化合物,而具有非極性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)涂層的萃取頭則主要用于非極性化合物的萃取。理想的萃取頭涂層應能滿足下述四方面的要求:對于分析物要有較強的萃取能力、能在較短時間內(nèi)達到吸附平衡、熱解吸時分析物能迅速地從萃取頭上解吸、所選萃取頭必須具有良好的熱穩(wěn)定性。3、應用雖然SPME技術(shù)在上世紀90年代初期已被研究建立,但作為一種樣品制備技術(shù)而進入環(huán)境、食品等應用領(lǐng)域卻始于上世紀90年代中后期。上世紀末和本世紀初,這一技術(shù)在食品分析中的應用獲得尤為迅猛的發(fā)展[15],它不僅涵蓋了風味分析、農(nóng)藥殘留及各類污染物的監(jiān)測,而且其分析對象從蔬菜、水果、各種酒類、飲料、乳品擴展到了其他各類加工食品。3.1在食品風味分析中的應用食品的風味組分分析是食品質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。由于食品的基質(zhì)特別復雜,而其風味組分的含量往往僅為mg/L(mg/kg)或g/L(g/kg)量級,因此風味組分的提取與濃縮是食品分析的必經(jīng)步驟。通常,樣品制備占整個分析工作量的60%~70%,常用的處理方法諸如溶劑液-液萃取、同時蒸餾萃取等操作費時費力且結(jié)果的可比性差。相比之下,SPME所具有的靈敏度高、操作簡捷且價格低廉的優(yōu)勢,很快就使它成為食品風味組分分析的首選技術(shù)。在各種飲料酒中,葡萄酒是最先采用SPME技術(shù)作風味組分分析的酒種。我國范文來等采用HS-SPME結(jié)合香味萃取稀釋分析法(AEDA),系統(tǒng)剖析了洋河大曲新酒與老酒香味組分的差異。我國也有學者將這一技術(shù)用于中國傳統(tǒng)的肉制品烤乳豬、臘肉、金華火腿和鹽水鴨的特征組分剖析。3.2在食品安全分析中的應用通常,在分析蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品和其他食品中的半揮發(fā)性或難揮發(fā)性的農(nóng)藥殘留前,需先采用有機溶劑進行樣品處理,這些處理方法及其后的分離凈化都有著不同程度的缺陷,處理步驟繁瑣,耗時長,花費大,尤其是使用對人體健康和生態(tài)環(huán)境有害的有機溶劑是這些前處理方法的共同弊端。相比之下,SPME的無溶劑萃取以及提取、濃縮、進樣一體化的操作使它很快在農(nóng)產(chǎn)品的農(nóng)藥殘留分析中得到了應用。超臨界CO2萃取1、超臨界技術(shù)簡介超臨界流體萃取技術(shù)是20世紀60年代興起的一種新型分離精制技術(shù)。是利用流體在超臨界狀態(tài)時具有密度小、粘度小、擴散系數(shù)大等優(yōu)良的傳質(zhì)特性而成功開發(fā)的,它具有提取率高、產(chǎn)品純度好、流程簡單、能耗低等優(yōu)點,且其操作溫度低,系統(tǒng)密閉,尤其適合不穩(wěn)定、易氧化的揮發(fā)性成分和脂溶性、分子量小的物質(zhì)的提取分離,為此類成分的提取分離提供了目前最先進的方法。2、原理超臨界CO2流體萃?。⊿FE）分離過程的原理是利用超臨界流體的溶解能力與其密度的關(guān)系，即利用壓力和溫度對超臨界流體溶解能力的影響而進行的。在超臨界狀態(tài)下，將超臨界流體與待分離的物質(zhì)接觸，使其有選擇性地把極性大小、沸點高低和分子量大小的成分依次萃取出來。當然，對應各壓力范圍所得到的萃取物不可能是單一的，但可以控制條件得到最佳比例的混合成分，然后借助減壓、升溫的方法使超臨界流體變成普通氣體，被萃取物質(zhì)則完全或基本析出，從而達到分離提純的目的，所以超臨界CO2流體萃取過程是由萃取和分離過程組合而成的。3、工藝流程4、應用4.1臨界流體萃取技術(shù)在天然香料工業(yè)中的應用傳統(tǒng)的提取方法使部分不穩(wěn)定的香氣成分受熱變質(zhì)，但在超臨界條件下，可以將整個分離過程在常溫下進行，萃取物的主要成分—精油和特征的呈味成分同時被抽出，并且CO2無毒、無殘留現(xiàn)象。從洗滌用品、化妝品中的添加劑到香水，使得植物芳香成分在精細日用化工中是不可或缺的一部分。4.2食品方面的應用伴隨著人類社會的進步，飲食文化的內(nèi)涵不斷豐富，人們對食品提出了營養(yǎng)性、方便性功能性等更多的要求，同時還越來越強調(diào)其安全性。我國食品工業(yè)應用超臨界萃取技術(shù)已逐步由實驗室研究走向產(chǎn)業(yè)化，集中用在脫咖啡因、啤酒花有效成分萃取、植物油脂的萃取、色素的分離等方面。4.3超臨界萃取技術(shù)在醫(yī)藥領(lǐng)域的應用超臨界CO2萃取技術(shù)用于中草藥有效成分的提取分離是目前醫(yī)藥領(lǐng)域最廣泛的應用之一。目前已有直接利用純SC-CO2萃取