環(huán)境樣品前處理技術(shù)第四章 萃取技術(shù)

第四章萃取技術(shù)概述溶液萃取技術(shù)雙水相萃取反膠團(tuán)萃取技術(shù)超臨界流體萃取其他萃取技術(shù)概念：萃取是利用溶質(zhì)在互不混溶的兩相之間分配系數(shù)的不同而使溶質(zhì)得到純化或濃縮的技術(shù)。根據(jù)參與溶質(zhì)分配的兩相不同分類液固萃取液液萃取萃取概念：用某種溶劑把有用物質(zhì)從固體原料中提取到溶液中的過程稱為固-液萃取，也稱浸?。↙eaching）或浸出。應(yīng)用：用溫水從甜菜中提取蔗糖用乙醇從菌絲體中提取廬山霉素、曲谷霉素用有機(jī)溶劑從大豆、花生等油料作物中提取食用油用水或有機(jī)溶劑從植物中提取藥物、香料或色素日常生活中煎煮中藥、泡茶葉等液-固萃取用溶劑從溶液中抽提物質(zhì)叫液-液萃取，也稱溶劑萃取。經(jīng)典的液-液萃取指的是有機(jī)溶劑萃取液-液萃取有機(jī)溶劑萃取法廣泛應(yīng)用于抗生素、有機(jī)酸、維生素、激素等發(fā)酵產(chǎn)物工業(yè)規(guī)模的提取上。應(yīng)用比化學(xué)沉淀法分離程度高；比離子交換法選擇性好、傳質(zhì)快；比蒸餾法能耗低；生產(chǎn)能力大、周期短、便于連續(xù)操作、易實(shí)現(xiàn)自動化控制優(yōu)點(diǎn)溶劑萃取法和其他新型分離技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了一系列新型分離技術(shù)：超臨界流體萃取（Supercriticalfluidextraction）反膠團(tuán)萃取（Reversedmicelleextraction）雙水相萃取技術(shù)（Partitionoftwoaqueousphasesystem）等。用于高品質(zhì)的天然物質(zhì)、胞內(nèi)物質(zhì)（胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)、多肽、核酸等）的分離提取上。液-液萃取一、基本概念

經(jīng)典實(shí)驗(yàn)：四氯化碳萃取碘水中碘料液、萃取劑、原溶劑、溶質(zhì)、萃取液、萃余液、分配系數(shù)、分離因素案例有機(jī)溶劑萃取發(fā)酵液中的青霉素具有50多年歷史的華北制藥以抗生素（特別是青霉素）生產(chǎn)而著稱，目前華藥主要抗生素原料藥的生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)均接近或超過國際水平，在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位；青霉素、阿莫西林等品種的產(chǎn)銷量居世界前列。華藥青霉素采取獨(dú)特的溶媒萃取工藝，確保了低過敏率；注射用頭孢唑林鈉擁有從原料到制劑完整的產(chǎn)品生產(chǎn)鏈，做到了全過程質(zhì)量控制；阿莫西林膠囊在國內(nèi)率先申報(bào)并獲批3年有效期，20億粒的規(guī)?；a(chǎn)帶來了低成本優(yōu)勢。二、基本原理物理萃取溶質(zhì)根據(jù)相似相溶的原理在兩相間達(dá)到分配平衡而進(jìn)行萃取的分離過程?；瘜W(xué)萃取利用脂溶性萃取劑與溶質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成脂溶性復(fù)合分子實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)向有機(jī)相分配的過程。萃取劑與溶質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)包括離子交換和絡(luò)合反應(yīng)等。化學(xué)萃取中通常用煤油、己烷、四氯化碳和苯等有機(jī)溶劑溶解萃取劑，改善萃取相的物理性質(zhì)，此時的有機(jī)溶劑稱為稀釋劑diluent

。萃取過程機(jī)理主要有以下四種類型：(1)簡單分子萃取(物理萃取)(2)中性溶劑絡(luò)合萃取(3)酸性陽離心交換萃取(4)離子絡(luò)合萃取三、液-液萃取過程E－萃取相R—萃余相E，－脫去溶劑后的萃取相R，—脫去溶劑后的萃余相四、液-液萃取的基本流程工業(yè)萃取的流程混合分離溶劑回收混合器（如攪拌混合器）分離器（如碟片式離心機(jī)）溶劑回收裝置（如蒸餾塔）料液F與萃取溶劑S一起加入混合器內(nèi)攪拌混合萃?。贿_(dá)到平衡后的溶液送到分離器內(nèi)分離得到萃取相L和萃余相R；萃取相送到回收器，萃余相R為廢液；在回收器內(nèi)產(chǎn)物與溶劑分離（如蒸餾、反萃取等），溶劑則可循環(huán)使用。

1.單級萃取流程萃取器分離器回收器FSRP（產(chǎn)物）使用一個混合器和一個分離器的萃取操作：為提高收率常采用多級萃取，多級萃取又有多級逆流萃取和多級錯流萃取的區(qū)別。

2.多級萃取多級錯流萃取流程的特點(diǎn)：每級均加新鮮溶劑，故溶劑消耗量大，得到的萃取液產(chǎn)物平均濃度較稀，但萃取較完全。

混合分離器1混合分離器2混合分離器n料液溶劑萃取液萃余液萃余液萃取液萃取液萃余液溶劑溶劑多級逆流萃取流程的特點(diǎn)：料液走向和萃取劑走向相反，只在最后一級中加入萃取劑，萃取劑消耗少，萃取液產(chǎn)物平均濃度高，產(chǎn)物收率較高。工業(yè)上多采用多級逆流萃取流程。

混合分離器1混合分離器2混合分離器n料液產(chǎn)物＋溶劑萃余液萃余液廢液溶劑多級逆流萃取五、液-液萃取的影響因素（一）萃取劑S的選擇性（二）溫度對液液萃取的影響（三）原溶劑pH值對液液萃取的影響（四）鹽析作用對溶劑萃取的影響分配定律(表征萃取劑對溶質(zhì)的萃取能力)是指在一定溫度、壓力下，溶質(zhì)分子分布在兩個互不相溶的溶劑里，達(dá)到平衡后，它在兩相的濃度之比為一常數(shù)K，這個常數(shù)稱為分配系數(shù)，即：

K＝萃取相濃度/萃余相濃度＝X／Y

應(yīng)用條件：(1)稀溶液；(2)溶質(zhì)對溶劑之互溶度沒有影響；(3)必須是同一種分子類型，即不發(fā)生締合或離解。分配系數(shù)和分配因素分離因數(shù)若原來的料液中除溶質(zhì)A以外，還含有溶質(zhì)B，則由于A、B的分配系數(shù)不同，A和B就得到了一定程度的分離。如A的分配系數(shù)較B大，這樣萃取劑對溶質(zhì)A和B分離能力的大小可用分離因數(shù)β來表征：

β＝KA／KBβ越大，A、B的分離效果越好，即產(chǎn)物與雜質(zhì)越容易分離。有很大的萃取容量；良好的選擇性；與被萃取的液相（通常是水相）存在一定的密度差，且粘度低、界面張力適中，有利于相的分散和兩相分離；溶劑的回收和再生容易；化學(xué)穩(wěn)定性好，不易分解，對設(shè)備腐蝕性小；價廉易得；安全性好，對人體無毒性或毒性低。一個良好的溶劑要滿足以下要求：生物工業(yè)上常用的溶劑有酯類、醇類和酮類等。

（一）萃取劑的選擇萃取劑的條件：一、萃取劑分子至少有一個萃取功能基，通過它與被萃取物結(jié)合形成萃合物，常見的萃取功能基是O、N、P、S等原子，其中以O(shè)原子為功能基的萃取劑最多。二、萃取劑分子中必須有相當(dāng)長鏈的烴或芳烴，其目的是萃取劑及萃合物容易溶于有機(jī)溶劑，而難溶于水相。影響萃取操作的因素：溫度pH值溶媒比鹽分溫度↑互溶性增大；溫度↓產(chǎn)物穩(wěn)定性提高，粘度增加，擴(kuò)散性能減小。影響分配系數(shù)，影響物質(zhì)解離情況溶媒比＝溶媒體積/萃取體積溶媒比↑萃取效果↑溶媒回收費(fèi)用↑無機(jī)鹽類如硫酸銨、氯化鈉等一般可降低產(chǎn)物在水中的溶解度而使其更易于轉(zhuǎn)入有機(jī)溶劑相中，另一方面還能減小有機(jī)溶劑在水相中的溶解度。鹽分↑分配系數(shù)↑作業(yè)：實(shí)驗(yàn)青霉素的萃取與萃取率的計(jì)算

雙水相萃取

過濾和離心依賴于被分離顆粒的尺寸或密度的差異，當(dāng)希望收集微生物的細(xì)胞器、分離去除細(xì)胞碎片、提取和濃縮胞內(nèi)物質(zhì)時，普通的過濾和離心技術(shù)就顯得力不從心了。溶劑萃取法難于應(yīng)用于蛋白質(zhì)分離。值得注意的是溶液的分相不一定完全依賴于有機(jī)溶劑，在一定條件下，水相也可以形成兩相甚至多相。于是有可能將水溶性的酶、蛋白質(zhì)等生物活性物質(zhì)從一個水相轉(zhuǎn)移到另一水相中，從而完成分離任務(wù)。

1896年Beijerinck觀察到當(dāng)把明膠與瓊脂或把明膠和可溶性淀粉的水溶液混合時，先得到一混濁不透明的溶液，隨后分成兩相，上相含有大部分明膠，下相含有大部分瓊脂(或可溶性淀粉)。再如下圖中，2.2％的葡聚糖水溶液與等體積的0.72％甲基纖維素鈉的水溶液相混合并靜置后，可得到兩個粘稠的液層。

葡聚糖與甲基纖維素鈉的雙水相體系

有機(jī)溶劑萃取的不足：許多蛋白質(zhì)都有極強(qiáng)的親水性，不溶于有機(jī)溶劑；蛋白質(zhì)在有機(jī)溶劑相中易變性失活。第二節(jié)雙水相萃取雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn)使固液分離和純化兩個步驟同時進(jìn)行，一步完成；適合熱敏物質(zhì)的提取，主要是胞內(nèi)酶；親水性聚合物加入水中，形成兩相，在這兩相中，水分都占大比例（85～95％），這樣生物活性蛋白質(zhì)在兩相中不會失活，且以一定比例分配于兩相中。一、雙水相基本原理什么是雙水相？經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一種親水性高分子聚合物水溶液濃度達(dá)到一定值后，與另一種親水性高分子聚合物的水溶液混合，可以形成互不相溶的兩個相，即形成雙水相系統(tǒng)。在雙水相體系中，兩相中水分均占很大比例，蛋白質(zhì)兩個水相中的溶解度有很大的差別。故可以利用雙水相萃取分離蛋白質(zhì)等親水性生物物質(zhì)。雙水相是如何形成的呢？

雙水相體系的形成主要是原因是高聚物之間的不相溶性。由于高聚物分子之間存在的空間阻礙作用，相互無法滲透，不能形成均一相，從而具有分離傾向，在一定條件下即可分為二相。一般認(rèn)為只要兩聚合物水溶液的憎水程度有所差異，混合時就可發(fā)生相分離，且憎水程度相差越大，相分離的傾向也就越大。常用聚合物構(gòu)成的雙水相體系：聚乙二醇葡聚糖++聚乙二醇聚乙烯醇+羧甲基纖維素聚乙烯醇聚丙二醇甲氧基聚乙二醇+常用聚合物與無機(jī)鹽構(gòu)成的雙水相體系：聚乙二醇磷酸鉀++聚乙二醇磷酸銨+硫酸鈉聚乙二醇聚乙二醇葡萄糖+某些有機(jī)物之間或有機(jī)物與無機(jī)鹽之間，在水中以適當(dāng)?shù)臐舛热芙夂笮纬苫ゲ幌嗳艿膬上嗷蚨嘞嗨囿w系，兩相中水的含量都很高，如下圖：由聚乙二醇6000與葡聚糖兩種混合物形成的雙水相體系示意圖：雙水相中蛋白質(zhì)的分配其中K為分配系數(shù)，和分別為被分離物質(zhì)在上相、下相的濃度。分配系數(shù)K等于物質(zhì)在兩相的濃度比,由于各種物質(zhì)的K值不同,可利用雙水相萃取體系對物質(zhì)進(jìn)行分離。其分配情況服從分配定律，分離效果由分配系數(shù)來表征。二、雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn)

雙水相萃取作為一種新型的分離技術(shù)，對生物物質(zhì)、天然產(chǎn)物、抗生素等的提取、純化表現(xiàn)出以下優(yōu)勢：

1.含水量高(70％--90％)，在接近生理環(huán)境的體系中進(jìn)行萃取，不會引起生物活性物質(zhì)失活或變性；2.分相時間短，自然分相時間一般為5min～15min；3.易于工藝放大和連續(xù)操作，與后續(xù)提純工序可直接相連接，無需進(jìn)行特殊處理；4.操作條件溫和，整個操作過程在常溫常壓下進(jìn)行；

5.不存在有機(jī)溶劑殘留問題，高聚物一般是不揮發(fā)物質(zhì)，對人體無害；6.步驟簡便，大量雜質(zhì)可與固體物質(zhì)一同除去。雖然該技術(shù)在應(yīng)用方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但幾乎都是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，到目前為止還沒能完全清楚地從理論上解釋雙水相系統(tǒng)的形成機(jī)理以及生物分子在系統(tǒng)中的分配機(jī)理。三、雙水相萃取工藝流程雙水相萃取技術(shù)的工藝流程主要由三部分構(gòu)成：1）目的產(chǎn)物的萃取2）PEG循環(huán)3）無機(jī)鹽的循環(huán)三步雙水相萃取流程示意圖不同聚合物，水相系統(tǒng)顯示不同的疏水性，水溶液中聚合物的疏水性依下列次序遞增：葡萄糖硫酸鹽＜甲基葡萄糖＜葡萄糖＜羥丙基葡聚糖＜甲基纖維素＜聚乙烯醇＜聚乙二醇＜聚丙三醇，這種疏水性的差別對目的產(chǎn)物與相的相互作用是重要的。同一聚合物的疏水性隨分子量增加而增加。四、影響雙水相萃取的因素聚合物及其相對的分子量pH會影響蛋白質(zhì)中可離解基團(tuán)的離解度，因而改變蛋白質(zhì)所帶電荷和分配系數(shù)；另外，pH還影響系統(tǒng)緩沖物質(zhì)磷酸鹽的離解程度，從而影響分配系數(shù)。pH微小的變化有時會使蛋白質(zhì)的K改變2～3個數(shù)量級。體系pH與蛋白質(zhì)等電點(diǎn)相差越大，蛋白質(zhì)在兩相中分配越不均勻。2.pH的影響在PEG/Dex中，無機(jī)鹽離子在兩相中也有不同的分配(見表2-2)，因此在兩相間形成電位差。由于各相要保持電中性，這對帶電生物大分子，如蛋白質(zhì)和核酸等的分配，產(chǎn)生很大的影響。一些無機(jī)離子的分配系數(shù)正離子分配系數(shù)K＋

負(fù)離子分配系數(shù)K－K＋

0.824I－

1.42Na＋

0.889Br－

1.21NH4＋

0.92Cl－

1.12Li＋

0.996F－

0.9123.離子環(huán)境對蛋白質(zhì)在兩相體系分配的影響由于親水聚合物的多元醇或多糖結(jié)構(gòu)保護(hù)了蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)在雙水相中的穩(wěn)定性增加，所以一般都可在室溫下操作。而且室溫時粘度較冷卻時低，有助于相的分離并節(jié)約了能源開支。4.溫度的影響目前已知的胞內(nèi)酶約2500種，但投入生產(chǎn)的很少。原因之一是提取困難。胞內(nèi)酶提取的第一步系將細(xì)胞破碎得到勻漿液，但勻漿液黏度很大，有微小的細(xì)胞碎片存在，欲將細(xì)胞碎片除去，過去是依靠離心分離的方法，但非常困難。雙水相系統(tǒng)可用于細(xì)胞碎片以及酶的進(jìn)一步精制。1.雙水相萃取法常用于胞內(nèi)酶提取。五、雙水相萃取的應(yīng)用要成功地運(yùn)用兩水相萃取的方法，應(yīng)滿足下列條件（×）欲提取的酶和細(xì)胞應(yīng)分配在不同的相中；酶的分配系數(shù)應(yīng)足夠大，使在一定的相體積比時，經(jīng)過一次萃取，就能得到高的收率；兩相用離心機(jī)很容易分離。案例（一）分離和提純各種蛋白質(zhì)（酶）（二）提取抗生素和分離生物粒子（三）β-干擾素的提?。ㄋ模┲胁菟幊煞值奶崛『头蛛x

作業(yè)：雙水相萃取分離釀酒酵母中延胡索酸酶

案例反膠團(tuán)萃取分離螺旋藻藻藍(lán)蛋白提取螺旋藻藍(lán)藻蛋白質(zhì)是天津市2008年重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。在提取分離藍(lán)藻蛋白質(zhì)的工作中，采用了反膠團(tuán)萃取技術(shù)。以CTAB/正戊醇-正辛烷為反膠團(tuán)萃取劑，將該萃取劑與螺旋藻細(xì)胞破碎液混合萃取藍(lán)蛋白。通過調(diào)整水相離子種類和強(qiáng)度，有機(jī)相中表面活性劑濃度和助溶劑濃度等條件因素，藻藍(lán)蛋白萃取率可達(dá)96.3%，分配系數(shù)達(dá)到26.0，采用pH5.0,包含2mol/LKBr的反萃液反萃藻藍(lán)蛋白，反萃取率可達(dá)90.6%。第三節(jié)反膠團(tuán)萃取技術(shù)反膠團(tuán)萃取技術(shù)的產(chǎn)生

傳統(tǒng)的分離方法，如液-液萃取技術(shù)很難應(yīng)用于對生化產(chǎn)品（如蛋白質(zhì)、氨基酸、抗生素等）的提取與分離，原因在于這類物質(zhì)多數(shù)不溶于非極性有機(jī)溶劑，或與有機(jī)溶劑接觸后會引起變性和失活；而鹽析、沉淀、層析、電泳等生化分離方法又不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)和放大操作。因此，針對這兩大難題，在20世紀(jì)70年代中期反膠團(tuán)萃取技術(shù)就發(fā)展起來了。本質(zhì)：液-液有機(jī)溶劑萃取特點(diǎn)：反膠團(tuán)萃取是利用表面活性劑在有機(jī)相中形成的反膠團(tuán)（reversedmicelles），從而在有機(jī)相內(nèi)形成分散的親水微環(huán)境，使生物分子在有機(jī)相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團(tuán)的親水微環(huán)境中，消除了生物分子，特別是蛋白質(zhì)類生物活性物質(zhì)難于溶解在有機(jī)相中或在有機(jī)相中發(fā)生不可逆變性的現(xiàn)象。分離速度快，具有提純和濃縮作用2分離料液處理簡單，操作方便

4選擇性好、分離效率高

31分離條件溫和，能使生物物質(zhì)保持較高的活性收率

33易放大，正萃和反萃同時進(jìn)行5一、概述反膠團(tuán)萃取的優(yōu)點(diǎn)一、反膠團(tuán)萃取的原理（一）反膠團(tuán)的結(jié)構(gòu)及形成表面活性劑的分子具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)疏水基團(tuán)

親水基團(tuán)極性“頭”水非極性的“核”非極性“尾”膠團(tuán)：

表面活性劑的極性頭部朝外，疏水的尾部朝內(nèi)，中間形成非極性的“核”。反膠團(tuán)：是指當(dāng)向非極性溶劑中加入表面活性劑時，當(dāng)表面活性劑的濃度超過臨界膠團(tuán)濃度（CMC）時，會在非極性溶劑內(nèi)自發(fā)形成親水頭部向內(nèi)、疏水尾部向外的具有極性內(nèi)核的表面活性劑聚集體。與在水相中形成的微膠團(tuán)方向相反，因此稱為反膠團(tuán)或反向膠團(tuán)。膠團(tuán)和反膠團(tuán)的形成均是表面活性劑分子自聚集的結(jié)果，具有熱力學(xué)穩(wěn)定的有序構(gòu)造。極性“頭”有機(jī)溶劑極性的“核”非極性“尾”反膠團(tuán)：

表面活性劑的極性頭朝內(nèi)，疏水的尾部向外，中間形成極性的“核”。

將表面活性劑分散到水相后，當(dāng)其濃度超過一個特定值時，表面活性劑分子之間相互聚集形成微的顆粒，聚集的方式是親水基團(tuán)朝外，疏水基團(tuán)向內(nèi)，形成球裝乳糜顆粒。在乳糜顆粒內(nèi)部形成了親脂性環(huán)境，類似于微型有機(jī)溶劑池塘。

水溶液微型有機(jī)池塘有機(jī)溶劑微型水池水溶液中的膠團(tuán)微粒非極性有機(jī)溶劑中的反膠團(tuán)微粒

通常反膠團(tuán)的極性內(nèi)核在溶解了水后在內(nèi)核中形成“微水相”或“水池”，可以進(jìn)一步溶解蛋白質(zhì)、核酸、氨基酸等親水性的生物大分子。膠團(tuán)的屏蔽作用使這些物質(zhì)不與有機(jī)溶劑直接接觸，而“水池”的微環(huán)境又保護(hù)了生物物質(zhì)的活性，從而達(dá)到了溶解和分離生物物質(zhì)的目的。反膠團(tuán)萃取

反膠團(tuán)萃取是利用表面活性劑在有機(jī)相中形成的反膠團(tuán)（reversedmicelles），從而在有機(jī)相內(nèi)形成分散的親水微環(huán)境，使生物分子在有機(jī)相（萃取相）內(nèi)存在于反膠團(tuán)的親水微環(huán)境中。消除了生物分子，特別是蛋白質(zhì)類生物活性物質(zhì)難于溶解在有機(jī)相中或在有機(jī)相中發(fā)生不可逆變性的現(xiàn)象。二、反膠團(tuán)體系的分類A、陰離子型。B、陽離子型。C、非離子型表面活性劑單一表面活性劑反膠團(tuán)體系在反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)使用最多的是陰離子型表面活性劑（琥珀酸二(2-乙基己基)酯磺酸鈉，簡稱AOT），AOT容易獲得，它具有雙鏈，形成反膠團(tuán)時無需添加輔助表面活性劑且有較好的強(qiáng)度；它的極性基團(tuán)較小，所形成的反膠團(tuán)空間較大，有利于生物大分子進(jìn)入。如TOMAC（氯化三辛基甲銨）、CTAB、DAP等。該體系適用于等電點(diǎn)較低的、相對分子量較大的蛋白質(zhì)的分離。能形成更大的反膠團(tuán)體系，能分離相對分子量更大的蛋白質(zhì)，但這類體系容易乳化。能形成更大的反膠團(tuán)體系，能分離相對分子量更大的蛋白質(zhì)，但這類體系容易乳化。反膠團(tuán)體系的分類（2）混合表面活性劑反膠團(tuán)體系：是指兩種或兩種以上表面活性劑構(gòu)成的體系，一般來說，混合表面活性劑反膠團(tuán)對蛋白質(zhì)有更高的分離效率。（3）親和反膠團(tuán)體系：是指除了有組成反膠團(tuán)的表面活性劑以外，還有具有親和特征的助劑，它的親和配基與蛋白質(zhì)有特異的結(jié)合能力，往往極少量親和配基的加入就可使萃取蛋白質(zhì)的選擇性大大提高。三、反膠團(tuán)萃取蛋白質(zhì)的過程

由于反膠團(tuán)內(nèi)存在微水池，故可溶解氨基酸、脂肪和蛋白質(zhì)等生物分子，為生物分子提供易于生存的親水微環(huán)境。因此，反膠團(tuán)萃取可用于氨基酸、肽和蛋白質(zhì)等生物分子的分離純化，特別是蛋白質(zhì)類生物大分子。水殼模型疏水區(qū)對于親水性蛋白質(zhì)，目前普遍接受的是水殼模型，許多實(shí)驗(yàn)也證明了水殼模型的正確性。反膠團(tuán)溶解作用的推動力

生物分子溶解于AOT等離子型表面活性劑反膠團(tuán)相的推動力有：

（1）表面活性劑與蛋白質(zhì)的靜電相互作用；

（2）反膠團(tuán)與生物分子間的空間排阻作用；

（3）疏水性相互作用。

（1）靜電相互作用

反膠團(tuán)萃取一般采用離子型表面活性劑制備反膠團(tuán)相，因此這些表面活性劑所形成的反膠團(tuán)內(nèi)表面帶有負(fù)電荷或正電荷。當(dāng)改變水相pH值可使蛋白質(zhì)表面帶正電荷(pH<pI)或負(fù)電荷(pH>pI)，通過與表面活性劑發(fā)生強(qiáng)烈的靜電相互作用，使蛋白質(zhì)溶解在反膠團(tuán)中。

理論上，當(dāng)溶質(zhì)所帶電荷與表面活性劑相反時，由于靜電引力的作用，溶質(zhì)易溶于反膠團(tuán)，靜電引力越大溶解率或分配系數(shù)較大，反之，則不能溶解到反膠團(tuán)相中。（2）空間排阻作用（3）疏水相互作用五.影響反膠團(tuán)萃取生物分子的主要因素水相pH值的影響水相離子強(qiáng)度的影響助表面活性劑的影響溫度等

（1）水相pH值的影響表面活性劑的極性頭朝向反膠團(tuán)的內(nèi)部，使反膠團(tuán)的內(nèi)壁帶有一定的電荷，而蛋白質(zhì)是一種兩性電解質(zhì)，通過改變水相pH值可改變蛋白質(zhì)的表面電荷。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)所帶電荷與反膠團(tuán)內(nèi)所帶電荷的性質(zhì)相反時，由于靜電引力，可使蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到反膠團(tuán)中。通過改變水相pH，由于靜電斥力，可使蛋白質(zhì)從反膠團(tuán)相反萃取到水相中。（2）水相離子強(qiáng)度的影響

a：離子強(qiáng)度影響到反膠團(tuán)內(nèi)壁的靜電屏蔽的程度，降低了蛋白質(zhì)分子和反膠團(tuán)內(nèi)壁的靜電作用力。b：減小了表面活性劑極性頭之間的相互斥力，使反膠團(tuán)變小。這兩方面的效應(yīng)都會使蛋白質(zhì)分子的溶解性下降，甚至使已溶解的蛋白質(zhì)從反膠團(tuán)中反萃取出來。

（3）助表面活性劑的影響蛋白質(zhì)的分子量往往很大，超過幾萬或幾十萬，使表面活性劑形成的反膠團(tuán)的大小不足以包容大的蛋白質(zhì)，而無法實(shí)現(xiàn)萃取，此時加入一些非離子表面活性劑，使它們插入反膠團(tuán)結(jié)構(gòu)中，就可以增大反膠團(tuán)的尺寸，溶解相對分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)。

（1）萃取蛋白質(zhì)：利用反膠團(tuán)萃取技術(shù)處理蛋白質(zhì)或其混合物，包括α-淀粉酶、細(xì)胞色素c、核糖核酸酶、溶菌酶、α-胰凝乳蛋白酶、過氧化氫酶等。

例：濃縮α-淀粉酶、分離蛋白質(zhì)混合物（2）日化行業(yè)中用于化妝品原料及功能性添加劑（植物油、氨基酸、維生素）的提取。（3）在藥物中的應(yīng)用：主要是對各種蛋白質(zhì)、抗體、抗生素的萃取。反膠團(tuán)萃取技術(shù)的應(yīng)用濃縮α-淀粉酶實(shí)驗(yàn)流程以TOMAC/異辛烷反膠團(tuán)體系，將產(chǎn)物濃縮了8倍1、連續(xù)萃取-反萃取濃縮α-淀粉酶2、多步混合/澄清萃取法-----反膠團(tuán)萃取分離核糖核酸酶、細(xì)胞色素C和溶酶菌等三種蛋白質(zhì)的工藝過程。研究進(jìn)展

反膠團(tuán)萃取分離技術(shù)工藝流程簡單，可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；B續(xù)操作，分離效率高且能耗低，但目前還沒有合適的分離設(shè)備應(yīng)用于生物產(chǎn)品分離，這在一定程度上限制了其工業(yè)應(yīng)用。與傳統(tǒng)分離方法相比，反膠團(tuán)萃取技術(shù)是一個相對年輕的領(lǐng)域，相信隨著研究的深入反膠團(tuán)技術(shù)的應(yīng)用將更加廣泛。第四節(jié)超臨界萃取技術(shù)雅詩蘭黛旗下的第一款中性香水“木之魂”。香調(diào)：木香調(diào)前調(diào)：牡丹、粉紅胡椒中調(diào)：拉格斯玫瑰、埃及茉莉、普羅旺斯含羞草、摩洛哥鳶尾花、依蘭后調(diào)：廣藿香、皮革、印尼安息香、沉香、愈創(chuàng)木、覆盆子、SFE雪松精華（采用最新SFE超臨界流體萃取法制得的一種濃郁而平和的雪松精華液，首次在香水中使用。）超臨界流體萃取的概念超臨界流體萃取(簡稱SFE)是用超臨界條件下的流體作為萃取劑，由液體或固體中萃取出所需成分，然后再采用升溫、降壓或兩者兼用的手段將超臨界流體與萃取組分分開，達(dá)到提取分離的目的。在超臨界狀態(tài)下的流體，具有接近于液體的密度和類似于液體的溶解能力，同時還具有類似于氣體的高擴(kuò)散性、低粘度、低表面張力等特性。因此SCF具有良好的溶劑特性，很多固體或液體物質(zhì)都能被其溶解。常用的SCF有二氧化碳、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和氨等．其中以二氧化碳最為常用。由于SCF在溶解能力、傳遞能力和溶劑回收等方面具有特殊的優(yōu)點(diǎn)，而且所用溶劑多為無毒氣體，避免了常用有機(jī)溶劑的污染問題。早在100多年前，人們就觀察到臨界流體的特殊溶解性能，但在相當(dāng)長時間內(nèi)局限于實(shí)驗(yàn)室研究及石油化工方面的小型應(yīng)用。直到20世紀(jì)70年代以后才真正進(jìn)入發(fā)展高潮。1978年召開了首屆專題討論會，1979年首臺工業(yè)裝置投入運(yùn)行，標(biāo)志著超臨界萃取技術(shù)開始進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用。1879年Hanney和Hogarth發(fā)表了他們研究非揮發(fā)性無機(jī)鹽，如氯化鈷、碘化鉀、溴化鉀等在超臨界乙醇中的溶解現(xiàn)象。1905年，Buchner首先研究了萘在超臨界CO2中的溶解。接著人們研究了蒽、菲、樟腦苯甲酸等揮發(fā)性有機(jī)物在超臨界CO2、甲烷、乙烷、乙烯、三氟甲烷等中的溶解現(xiàn)象。1955年，Todd和Eling提出超臨界流體用于分離的理論，同時出現(xiàn)了相關(guān)的專利。20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)，使節(jié)能成為熱點(diǎn)。無相變的超臨界流體萃取迅速發(fā)展起來，人們期待用SFE分離醇和水的混合物，替代高能耗的精餾。1978年，德國建成了超臨界流體萃取咖啡因的工業(yè)化裝置；1979年，美國的Kerr—McGee開發(fā)了超臨界流體處理渣油的工業(yè)化裝置。1982年，德國建成超臨界CO2萃取啤酒花的大型裝置，年處理5000噸；我國在八十年代開始超臨界流體萃取研究，國家在“八五”期間進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)。1994年，廣州南方面粉廠從德國伍德（UHDE）公司進(jìn)口一套萃取器為300升的超臨界萃取裝置，生產(chǎn)小麥胚芽油?，F(xiàn)在最大的生產(chǎn)裝置，萃取器體積為1500升。超臨界萃取之所以受到青睞，是由于它與傳統(tǒng)額液-液萃取或浸取相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：

①萃取率高；②產(chǎn)品質(zhì)量高；③萃取劑易于回收；④選擇性好。

一、超臨界流體（一）超臨界流體所謂超臨界流體（SCF），是指一類壓強(qiáng)高于臨界壓強(qiáng)Pc，溫度高于臨界溫度Tc的流體，這種流體既不是液體，也不是氣體，是一類特殊的流體。表1超臨界流體的物性及與普通流體物性的比較

表1將超臨界流體的這些物性與氣體、液體的相應(yīng)值作了比較。從表中可以看出：

①超臨界流體的密度接近于液體密度，而比氣體密度高得多。另一方面．超臨界流體是可壓縮的，但其壓縮性比氣體小得多；②超臨界流體的擴(kuò)散系數(shù)比液體的擴(kuò)散系數(shù)高100倍，可以迅速滲透到物體內(nèi)部溶解目標(biāo)物質(zhì)；③超臨界流體的粘度接近于氣體的粘度，而比液體粘度低得多。

（二）超臨界流體的選擇

并非所有溶劑都適宜用作超臨界萃取，超臨界萃取對溶劑有以下要求:①有較高的溶解能力，且有一定的親水—親油平衡；②能容易地與溶質(zhì)分離，無殘留，不影響溶質(zhì)品質(zhì)；③無毒，化學(xué)上為惰性，且穩(wěn)定；④來源豐富，價格便宜；⑤純度高。

在所研究的超臨界物質(zhì)中，只有幾種適用于超臨界萃取的溶劑：二氧化碳、乙烷、乙烯，以及一些含氟的氫化合物。其中最理想的溶劑是二氧化碳，它幾乎滿足上述所有要求，它的臨界壓強(qiáng)為7.38MPa，臨界溫度為31.16℃，擴(kuò)散系數(shù)為液體的10倍，具有驚人的溶解能力；同時具有化學(xué)性質(zhì)不活潑、無色、無味、無毒、安全性好、價格便宜、純度高、容易獲得等優(yōu)點(diǎn)。目前幾乎所有的超臨界萃取操作均以二氧化碳為溶劑。①易揮發(fā)，易于與溶質(zhì)分離；②粘度小，擴(kuò)散系數(shù)高，有很高的傳質(zhì)速率；③只有分子量低于500的低分于化合物才易溶于二氧化碳；④中、低分子量的鹵化物、醛、酮、酯、醇、醚易溶于二氧化碳；⑤極性有機(jī)物中只有低分子者才溶于二氧化碳；⑥脂肪酸和甘油三酯不易溶于二氧化碳，但單酯化作用可增加溶解度；⑦同系物中溶解度隨分子量的增加而降低；⑧生物堿、類胡蘿卜素、氨基酸、水果酸、氯仿和大多數(shù)無機(jī)鹽不溶于二氧化碳。其他主要特點(diǎn)是：

二、超臨界萃取原理超臨界流體萃取分離過程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(jìn)行的。當(dāng)氣體處于超臨界狀態(tài)時，成為性質(zhì)介于液體和氣體之間的單一相態(tài)，具有和液體相近的密度，粘度雖高于氣體但明顯低于液體，擴(kuò)散系數(shù)為液體的10～100倍；因此對物料有較好的滲透性和較強(qiáng)的溶解能力，能夠?qū)⑽锪现心承┏煞痔崛〕鰜怼毫蜏囟榷伎梢猿蔀檎{(diào)節(jié)萃取過程的參數(shù)

臨界點(diǎn)附近，溫度壓力的微小變化．都會引起CO2密度顯著變化，從而引起待萃物的溶解度發(fā)生變化。可通過控制溫度或壓力的方法達(dá)到萃取目的。壓力固定，改變溫度可將物質(zhì)分離；反之溫度固定，降低壓力使萃取物分離；因此工藝流程短、耗時少。對環(huán)境無污染，萃取流體可循環(huán)使用，真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程綠色化。

三、超臨界流體萃取的特點(diǎn)1．萃取和分離合二為一當(dāng)飽含溶解物的二氧化碳超臨界流體流經(jīng)分離器時，由于壓力下降使得CO2與萃取物迅速成為兩相(氣液分離)而立即分開，不存在物料的相變過程，不需回收溶劑，操作方便；不僅萃取效率高，而且能耗較少，節(jié)約成本。

2.萃取溫度低

CO2的臨界溫度為31.16℃。臨界壓力為7.38MPa，可以有效地防止熱敏性成分的氧化和逸散，完整保留生物活性，而且能把高沸點(diǎn)、低揮發(fā)度、易熱解的物質(zhì)在其沸點(diǎn)溫度以下萃取出來。3．無毒、無污染臨界CO2流體常態(tài)下是氣體，無毒，與萃取