1、基本要求：基本要求： 掌握溶劑萃取和浸取的概念。掌握溶劑萃取和浸取的概念。重點：重點： 溶劑萃取過程的理論基礎；工業萃取方溶劑萃取過程的理論基礎；工業萃取方式和理論收得率；萃取設備；浸取過程的式和理論收得率；萃取設備；浸取過程的應用；浸取速率。應用；浸取速率。 萃取萃取（Extraction）指任意兩相之間的指任意兩相之間的傳質過程。傳質過程。 在液在液-液萃取過程中常用有機溶劑作為萃液萃取過程中常用有機溶劑作為萃取試劑，故常稱液取試劑，故常稱液-液萃取為溶劑萃取。液萃取為溶劑萃取。 原理：原理：利用一種溶質組分（如產物）在利用一種溶質組分（如產物）在兩個互不混溶的液相（如水相和有機溶劑兩個互

2、不混溶的液相（如水相和有機溶劑相）中競爭性溶解和分配性質上的差異來相）中競爭性溶解和分配性質上的差異來進行的分離操作。進行的分離操作。 萃取萃取是生物分離過程中常用的單元操作。是生物分離過程中常用的單元操作。應用于抗生素、有機酸、維生素、激素等應用于抗生素、有機酸、維生素、激素等發酵產物工業化提取上。發酵產物工業化提取上。 優點：比化學沉淀法分離程度高；比離優點：比化學沉淀法分離程度高；比離子交換法選擇性好、傳質快；比蒸餾法能子交換法選擇性好、傳質快；比蒸餾法能耗低；產能大，周期短，易于連續操作和耗低；產能大，周期短，易于連續操作和自動化控制。自動化控制。 由萃取法發展的新技術：超臨界流體萃由

3、萃取法發展的新技術：超臨界流體萃取、雙水相萃取、反膠團萃取等。取、雙水相萃取、反膠團萃取等。 浸取：浸取：用某種溶劑把目的物質從固用某種溶劑把目的物質從固體原料中提取到溶液中的過程稱為浸取，體原料中提取到溶液中的過程稱為浸取，也稱為浸出。也稱為浸出。 茶水茶水 藥酒藥酒 有機溶劑提取食用油有機溶劑提取食用油 水或有機溶劑提取色素、香料水或有機溶劑提取色素、香料 第一節第一節 溶劑萃取溶劑萃取 一、溶劑萃取過程的理論基礎一、溶劑萃取過程的理論基礎 溶劑萃取中，溶質必須在兩相中有不溶劑萃取中，溶質必須在兩相中有不同的同的溶解度溶解度，而且，這種溶解能力的差別，而且，這種溶解能力的差別越大，萃取越有

4、應用價值。越大，萃取越有應用價值。 溶液中物質的溶解作用是應用溶劑萃溶液中物質的溶解作用是應用溶劑萃取技術中溶劑選擇的前提。取技術中溶劑選擇的前提。 相似相溶原理相似相溶原理 溶劑的互溶性規律溶劑的互溶性規律 溶劑的極性溶劑的極性Light phase雜質溶質原溶劑Heavy phase萃取劑1 1、物質的溶解和相似相溶原理、物質的溶解和相似相溶原理 假定假定溶解溶解過程從純物質和純溶劑開始，過程從純物質和純溶劑開始，到形成均勻的分子混合物結束。到形成均勻的分子混合物結束。 從熱力學角度考慮，一個過程要能自從熱力學角度考慮，一個過程要能自動進行，則體系的自由能應下降，自由能動進行，則體系的自由

5、能應下降，自由能G G的變化包括焓的變化包括焓H H變化和熵變化和熵S S變化兩部分：變化兩部分： STHG)(pVEH 為簡便，忽略為簡便，忽略熵、壓力、體積變化，只考熵、壓力、體積變化，只考慮體系能量變化。慮體系能量變化。 從能量變化的角度可將溶解過程分為三個從能量變化的角度可將溶解過程分為三個過程：過程： （1 1）溶質）溶質B B各質點的分離各質點的分離 固態或液態的溶質固態或液態的溶質B B，先分離成分子或離，先分離成分子或離子等單個質點。此過程需要子等單個質點。此過程需要吸收能量吸收能量。 能量的大小與分子之間的作用力有關，順能量的大小與分子之間的作用力有關，順序為：序為： 非極性

6、物質非極性物質 極性物質極性物質 氫鍵物質氫鍵物質 離子型物質離子型物質 （2）溶劑）溶劑A在溶質在溶質B的作用下溶劑分子相的作用下溶劑分子相互作用形成可容納互作用形成可容納B質點的空位。此過程也質點的空位。此過程也需要需要吸收能量吸收能量。 能量的大小與溶劑分子能量的大小與溶劑分子A之間的相互作之間的相互作用力有關，順序與上述相同為：用力有關，順序與上述相同為： 非極性物質非極性物質 極性物質極性物質 氫鍵物質氫鍵物質 該能量還與溶質分子該能量還與溶質分子B的大小有關，如的大小有關，如溶質分子溶質分子B較大，則容納較大，則容納B質點的空穴就要質點的空穴就要大些，要破壞較多的溶劑分子大些，要破

7、壞較多的溶劑分子A之間的鍵或之間的鍵或作用力，相應的能量需要就較大。作用力，相應的能量需要就較大。 （3）溶質質點）溶質質點B進入溶劑進入溶劑A形成的空位，形成的空位，溶質分子溶質分子B與溶劑分子與溶劑分子A也存在相互作用力。也存在相互作用力。此過程此過程放出能量，放能的大小如下規律：放出能量，放能的大小如下規律： A、B均為非極性分子均為非極性分子 一非極性分子、一非極性分子、另一極性分子另一極性分子均為極性分子均為極性分子B被被A溶劑化溶劑化 溶劑化溶劑化是指一定數目的溶劑分子較牢固是指一定數目的溶劑分子較牢固地結合在溶質質點上，也稱溶劑合化。地結合在溶質質點上，也稱溶劑合化。 若溶劑是水

8、，則稱為水（合）化。若溶劑是水，則稱為水（合）化。 有溶劑化能力的溶劑稱為溶劑化溶劑。有溶劑化能力的溶劑稱為溶劑化溶劑。 目前不能定量解釋溶解的規律，常用目前不能定量解釋溶解的規律，常用 “相似相溶相似相溶”原理。原理。 分子之間可以有兩方面的相似：分子之間可以有兩方面的相似： 一是一是分子結構相似分子結構相似：如分子的組成、官：如分子的組成、官能團、形態結構的相似；能團、形態結構的相似； 二是二是能量（相互作用力）相似能量（相互作用力）相似：如相互：如相互作用力有極性的和非極性的之分，兩種物作用力有極性的和非極性的之分，兩種物質如相互作用力相近，則能互相溶解。質如相互作用力相近，則能互相溶解

9、。 從能量的角度來分析幾種溶解過程，說從能量的角度來分析幾種溶解過程，說明相似相溶原理：明相似相溶原理：（1 1）兩種惰性溶劑（不能形成氫鍵的溶劑，）兩種惰性溶劑（不能形成氫鍵的溶劑，如烷烴、苯、四氯化碳等）互溶：如烷烴、苯、四氯化碳等）互溶： 第一步和第二步吸收的能量都很小，易第一步和第二步吸收的能量都很小，易于由第三步放出的能量所補償，因而溶解情于由第三步放出的能量所補償，因而溶解情況較好。況較好。（2 2）水向油中溶解：因水分子間有很強的）水向油中溶解：因水分子間有很強的氫鍵作用，第一步需要吸收很大能量，第二氫鍵作用，第一步需要吸收很大能量，第二步吸能不大，而第三步放出的能量不足以補步吸

10、能不大，而第三步放出的能量不足以補償所需能量，難以溶解。償所需能量，難以溶解。 （3）油向水中溶解）油向水中溶解 第一步能量吸收小，但第二步吸能大，第一步能量吸收小，但第二步吸能大，第三步放出的能量不足以補償所需能量，第三步放出的能量不足以補償所需能量，故不易溶解。故不易溶解。 （4）水和乙醇的溶解）水和乙醇的溶解 兩者都有氫鍵，第一、第二步吸能雖大，兩者都有氫鍵，第一、第二步吸能雖大，但第三步因溶質和溶劑均為極性物質，它但第三步因溶質和溶劑均為極性物質，它們之間的氫鍵作用又很強，放出的能量也們之間的氫鍵作用又很強，放出的能量也很大，故溶解可以進行。很大，故溶解可以進行。 從分子結構的相似性上

11、，說明相似相溶原理：從分子結構的相似性上，說明相似相溶原理： （1）苯在水中幾乎不溶，但苯分子上引）苯在水中幾乎不溶，但苯分子上引入羥基后，溶解度明顯增加。入羥基后，溶解度明顯增加。 （2）醇的同系物中從甲醇起，碳鏈越長，）醇的同系物中從甲醇起，碳鏈越長，醇分子中與水不相似的部分越多，則在水醇分子中與水不相似的部分越多，則在水中的溶解度越低。中的溶解度越低。 （3）醇中的）醇中的-OH被被-SH取代后，溶解度大取代后，溶解度大幅度降低。幅度降低。 溶解度增加或下降的原因是溶解度增加或下降的原因是物質分子結物質分子結構與水的相似性構與水的相似性增加或下降了。增加或下降了。 2、溶劑的互溶性規律、

12、溶劑的互溶性規律 物質分子之間的作用力有較強的氫鍵和物質分子之間的作用力有較強的氫鍵和較弱的范德華力。較弱的范德華力。 氫鍵：氫鍵：是由一個氫原子和兩個電負性原是由一個氫原子和兩個電負性原子結合構成，如子結合構成，如A-HB，“”表示氫鍵，表示氫鍵，它是一種帶方向性的強作用力。它是一種帶方向性的強作用力。 要形成氫鍵，必須有能夠接受電子的部要形成氫鍵，必須有能夠接受電子的部分分A-H，即即電子受體電子受體；還須有給出電子的部；還須有給出電子的部分分B，即即電子供體電子供體。 按照生成氫鍵的能力，將溶劑分成四種按照生成氫鍵的能力，將溶劑分成四種類型。類型。 （1）N型溶劑：不能形成氫鍵，稱惰性溶

13、型溶劑：不能形成氫鍵，稱惰性溶劑。如烷烴、四氯化碳、苯等。劑。如烷烴、四氯化碳、苯等。 （2）A型溶劑：只有電子受體的溶劑，能型溶劑：只有電子受體的溶劑，能與電子供體形成氫鍵。如氯仿、二氯甲烷與電子供體形成氫鍵。如氯仿、二氯甲烷等。等。 （3）B型溶劑：只有電子供體的溶劑。型溶劑：只有電子供體的溶劑。如酮、醛、醚、酯等。如酮、醛、醚、酯等。 （4）AB型溶劑：同時具備電子受體型溶劑：同時具備電子受體A-H和供體和供體B的溶劑，可締合成多聚分子，因氫鍵的結合形的溶劑，可締合成多聚分子，因氫鍵的結合形式不同又可分成三類：式不同又可分成三類： AB（1）型：交鏈氫鍵締合溶劑，如水、多元型：交鏈氫鍵締

14、合溶劑，如水、多元醇、羥基羧酸、多元羧酸、多酚等。醇、羥基羧酸、多元羧酸、多酚等。 AB（2）型：直鏈氫鍵締合溶劑，如醇、胺、型：直鏈氫鍵締合溶劑，如醇、胺、羧酸等。羧酸等。 AB（3）型：生成內氫鍵分子。這類溶劑中的型：生成內氫鍵分子。這類溶劑中的電子受體電子受體A-H因已形成內氫鍵而不再起作用。故因已形成內氫鍵而不再起作用。故AB（3）型溶劑的氫鍵性質與型溶劑的氫鍵性質與N型或型或B型相似。型相似。 由形成氫鍵的情況可以推斷各類溶劑相由形成氫鍵的情況可以推斷各類溶劑相互溶解的規律：互溶解的規律： 形成氫鍵過程是釋放能量的過程，如果形成氫鍵過程是釋放能量的過程，如果兩種溶劑混合后形成的氫鍵比

15、混合前增強兩種溶劑混合后形成的氫鍵比混合前增強或強度更大，則有利于互溶，否則不利于或強度更大，則有利于互溶，否則不利于互溶。互溶。 如如AB型和型和N型幾乎不相溶，因溶解要破型幾乎不相溶，因溶解要破壞壞AB型之間的氫鍵；型之間的氫鍵； A、B型易互溶，因型易互溶，因混合后生成氫鍵。混合后生成氫鍵。 圖表示各類溶劑的互溶規律，圖表示各類溶劑的互溶規律，B型溶劑與各型溶劑與各類溶劑絕大多數都能互溶。類溶劑絕大多數都能互溶。表中所處位置越接近，表中所處位置越接近，越易互溶，越遠越難互越易互溶，越遠越難互溶。溶。 3、溶劑的極性、溶劑的極性 萃取溶劑的選擇依據是萃取溶劑的選擇依據是“相似相溶相似相溶”

16、原則：一是分子結構相似；另一是分子間原則：一是分子結構相似；另一是分子間作用能相似，即分子間相互作用力相似。作用能相似，即分子間相互作用力相似。 分子間相互作用力相似，用分子極性。分子間相互作用力相似，用分子極性。 引入了介電常數引入了介電常數 介電常數：介電常數：是一個化合物摩爾極化程是一個化合物摩爾極化程度的量度，如果已知介電常數，就能預測度的量度，如果已知介電常數，就能預測該化合物是極性的還是非極性的。該化合物是極性的還是非極性的。 介電常數的測定方法：介電常數的測定方法： 物質的物質的介電常數介電常數可通過測定該物質在可通過測定該物質在電容器二極板間的靜電容量電容器二極板間的靜電容量C

17、來確定，如果來確定，如果C0為無介質時的同一電容器的電容，則：為無介質時的同一電容器的電容，則： 0CC 比較在同一電容器試樣中的電容比較在同一電容器試樣中的電容和已知的標準液的電容，即可獲得介和已知的標準液的電容，即可獲得介電常數。電常數。 如以如以1和和2分別代表試樣和標準液分別代表試樣和標準液的介電常數，的介電常數，C1和和C2表示充滿這兩種表示充滿這兩種液體時的電容器的電容，則：液體時的電容器的電容，則：1/2=C1/C2 根據萃取目標物質（產物）的介電常數，根據萃取目標物質（產物）的介電常數，尋找極性相接近的溶劑作為萃取溶劑，是尋找極性相接近的溶劑作為萃取溶劑，是溶劑選擇的重要方法之

18、一。溶劑選擇的重要方法之一。 生物工業常用的溶劑有：生物工業常用的溶劑有： 酯類、醇類、酮類等。酯類、醇類、酮類等。 良好溶劑要滿足的要求：良好溶劑要滿足的要求：（1 1）有很大的萃取容量，即單位體積的萃取溶劑能）有很大的萃取容量，即單位體積的萃取溶劑能萃取大量的產物；萃取大量的產物；（2 2）有良好的選擇性，理想情況是只萃取產物而不）有良好的選擇性，理想情況是只萃取產物而不萃取雜質；萃取雜質； （3 3）與被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，）與被萃取的液相（通常是水相）互溶度要小，且粘度低、界面張力小或適中，有利于相的分散和且粘度低、界面張力小或適中，有利于相的分散和兩相分離；兩相分離；

19、（4 4）溶劑的回收和再生容易；）溶劑的回收和再生容易；（5 5）化學穩定性好，不易分解，對設備腐蝕性小；）化學穩定性好，不易分解，對設備腐蝕性小；（6 6）經濟性好，價廉易得；）經濟性好，價廉易得； （7 7）安全性好，閃點高，對人體無毒性或毒性低。）安全性好，閃點高，對人體無毒性或毒性低。 4、分配定律和分離因數、分配定律和分離因數（1）萃取的萃取的幾個概念幾個概念 料液：料液：在溶劑萃取過程中，將供提取的溶液稱在溶劑萃取過程中，將供提取的溶液稱為料液，通常是水溶液；為料液，通常是水溶液； 溶質：溶質：從料液中提取出來的物質稱為溶質；從料液中提取出來的物質稱為溶質； 萃取劑：萃取劑：用來萃

20、取產物的溶劑常稱為萃取劑；用來萃取產物的溶劑常稱為萃取劑； 萃取液：萃取液：溶質轉移到萃取劑中與萃取劑形成的溶質轉移到萃取劑中與萃取劑形成的溶液稱為萃取液；溶液稱為萃取液； 萃余液：萃余液：被萃取出溶質后的料液稱萃余液（萃被萃取出溶質后的料液稱萃余液（萃殘液）殘液）。 萃萃 取取 相相 濃濃 度度 分配系數分配系數K = = 萃萃 余余 相相 濃濃 度度 21CC（2）分配系數）分配系數K 在一定溫度和壓力下，溶質分配在在一定溫度和壓力下，溶質分配在兩個互不相溶的溶劑中，達到平衡時溶兩個互不相溶的溶劑中，達到平衡時溶質在兩相中的活度之比為一常數，為質在兩相中的活度之比為一常數，為分分配定律配定

21、律 。 如果溶液是稀溶液，活度可用濃度如果溶液是稀溶液，活度可用濃度代替，則達到平衡時溶質在兩相中的濃代替，則達到平衡時溶質在兩相中的濃度之比為一常數，即為分配系數度之比為一常數，即為分配系數K。 常溫下常溫下K為常數，為常數，C的單位為的單位為mol/L。 分配系數分配系數K 反映一種萃取劑性能的優劣，反映一種萃取劑性能的優劣，分配系數分配系數K越大，萃取收率越高。越大，萃取收率越高。 K式的應用條件：式的應用條件： （1）稀溶液）稀溶液 （否則用活度計算）。（否則用活度計算）。 （2）溶質對溶劑之互溶度沒有影響）溶質對溶劑之互溶度沒有影響 。 （3）必須是同一種分子類型，即不發生）必須是同

22、一種分子類型，即不發生締合或離解。締合或離解。 弱酸或弱堿性溶質在水相中存在電離現弱酸或弱堿性溶質在水相中存在電離現象，既要考慮兩相中的分配平衡，還要考象，既要考慮兩相中的分配平衡，還要考慮弱電解質在水相中的電離平衡，即要考慮弱電解質在水相中的電離平衡，即要考慮應用條件（慮應用條件（3）。）。 青霉素是一種弱酸，在水中會有一部分離解青霉素是一種弱酸，在水中會有一部分離解成負離子（青成負離子（青.COO-），萃取青霉素的有機溶劑），萃取青霉素的有機溶劑是醋酸丁酯等，極性很低，不能萃取帶電荷的離是醋酸丁酯等，極性很低，不能萃取帶電荷的離子。青霉素在醋酸丁酯等有機相中僅以游離酸分子。青霉素在醋酸丁酯

23、等有機相中僅以游離酸分子（青子（青.COOH）的形態存在。只有兩相中的游離）的形態存在。只有兩相中的游離酸分子才符合分配定律。酸分子才符合分配定律。 當用醋酸乙酯萃取青霉素時，發酵液中同時當用醋酸乙酯萃取青霉素時，發酵液中同時存在著兩種平衡，一種是青霉素游離酸分子在有存在著兩種平衡，一種是青霉素游離酸分子在有機溶劑相和水相間的分配平衡；另一種是青霉素機溶劑相和水相間的分配平衡；另一種是青霉素游離酸在水中的電離平衡。游離酸在水中的電離平衡。 分配平衡用分配系數分配平衡用分配系數K0表征，電離平衡表征，電離平衡用電離常數用電離常數Kp來表征。來表征。醋酸丁酯醋酸丁酯 目前還不能單獨測定水相中游離酸

24、的目前還不能單獨測定水相中游離酸的（青（青.COOH）濃度，能測定）濃度，能測定青青.COOH+青青.COO-的總濃度的總濃度c2， 用表觀分配系數用表觀分配系數K表示，表示，K= 21CC K和和K0、Kp的關系式經理論推導如下：的關系式經理論推導如下： K= K0H+/(KpH+) （弱酸）弱酸） K= K0Kp/(KpH+) （弱堿）弱堿） 溶質在不互溶兩相中的分配與萃取溶劑溶質在不互溶兩相中的分配與萃取溶劑（決定（決定K0）有關，也與水相的性質（）有關，也與水相的性質（H+）有）有關。關。分配系數的選擇分配系數的選擇類 型溶質溶劑K0備注 甘氨酸 正丁醇 0.01 丙氨酸 正丁醇 0.

25、02 賴氨酸 正丁醇 0.2 氨基酸 谷氨酸 正丁醇 0.07 25 氨基丁酸 正丁醇 0.02 氨基己酸 正丁醇 0.3 天青霉素 正丁醇 110 放線菌酮 二氯甲烷 23 紅霉素 醋酸戊酯 120 林肯霉素 正丁醇 0.17 pH4.2 短桿菌肽 苯 0.6 抗生索 氯仿一甲醇 17 新生霉素 醋酸丁酯 100 pH7.O 0.01 pHl0.5 青霉素F 醋酸戊酯 32 pH4.0 0.06 pH6.0 青霉素K 醋酸戊酯 l2 pH4.0 0.1 pH6.0 葡萄糖異構酶 PEG1550磷酸鉀 3 4 蛋白質 富馬酸酶 PEG1550磷酸鉀 0.2 4 過氧化氫酶 PEG粗葡聚糖 3

26、4 （3）分離因數分離因數 若料液中有溶質若料液中有溶質A、B，由于兩者分配系，由于兩者分配系數不同，萃取相、萃余相中數不同，萃取相、萃余相中A、B的相對含的相對含量各不相同。量各不相同。 若若A的分配系數較的分配系數較B大，則萃取相中大，則萃取相中A的的含量（濃度）較含量（濃度）較B多，多，A和和B就得到一定程就得到一定程度的分離。度的分離。 分離因數：表示分離因數：表示萃取劑對溶質萃取劑對溶質A和和B分離分離能力的大小。能力的大小。 分離因數（分離因數（）：）： = ( C1A/C1B)/(C2A/C2B) = (C1A/C2A)/(C1B/C2B) = KA/KB 若若A是產物，是產物，

27、B為雜質，分離因數寫為：為雜質，分離因數寫為： K產產/K雜雜 越大，越大，A、B的分離效果越好，即產物與的分離效果越好，即產物與雜質越容易分離。雜質越容易分離。 5、水相條件對萃取的影響、水相條件對萃取的影響 水相的水相的pH、溫度、鹽析劑以及帶溶劑對萃取溫度、鹽析劑以及帶溶劑對萃取的影響。的影響。（1）pH值值 pH直接影響表觀分配系數直接影響表觀分配系數K；還對選擇性有；還對選擇性有影響。影響。 pH值值應在產物穩定的范圍內。應在產物穩定的范圍內。（2）溫度）溫度 影響生化物質的穩定性；影響生化物質的穩定性；它還影響分配系數它還影響分配系數K，因為溫度通過影響溶質的化學位而影響溶質在兩相

28、因為溫度通過影響溶質的化學位而影響溶質在兩相中的分配。中的分配。 （3）鹽析劑）鹽析劑 無機鹽類一般可降低產物在水中的溶解度而使無機鹽類一般可降低產物在水中的溶解度而使其更易于轉入有機溶劑相中，另一方面還能減小其更易于轉入有機溶劑相中，另一方面還能減小有機溶劑在水相中的溶解度。有機溶劑在水相中的溶解度。 無機鹽的用量適宜，過多會促使雜質也一起轉無機鹽的用量適宜，過多會促使雜質也一起轉入到溶劑相；要考慮其回收利用。入到溶劑相；要考慮其回收利用。（4）帶溶劑）帶溶劑 為提高分配系數為提高分配系數K，常添加帶溶劑。，常添加帶溶劑。 帶溶劑是能和產物形成復合物，使產物更易溶帶溶劑是能和產物形成復合物，

29、使產物更易溶于有機溶劑相中的物質，該復合物在一定條件下于有機溶劑相中的物質，該復合物在一定條件下又能容易分解。又能容易分解。二、二、 工業萃取方式和理論收得率工業萃取方式和理論收得率 工業上萃取操作通常包括三個步驟：工業上萃取操作通常包括三個步驟： (1)(1)混合：混合：要求形成具有很大比表面積要求形成具有很大比表面積的乳濁液，產物轉到萃取劑中。的乳濁液，產物轉到萃取劑中。 (2) (2)分離：分離：將乳濁液分離成萃取相和萃將乳濁液分離成萃取相和萃余相。余相。 (3)(3)溶劑回收溶劑回收 工業萃取設備：混合器、分離器和溶工業萃取設備：混合器、分離器和溶劑回收裝置（如蒸餾塔）。劑回收裝置（如

30、蒸餾塔）。 一般萃取過程很快，一般萃取過程很快，如果接觸表面足夠大，如果接觸表面足夠大，則在則在15秒秒1分鐘之內就分鐘之內就可完成。可完成。 管道萃取、噴射萃管道萃取、噴射萃取技術。取技術。 萃取操作分為單級萃取和多級萃取。萃取操作分為單級萃取和多級萃取。 1、單級萃取、單級萃取 （1）單級萃取流程）單級萃取流程 單級萃取即使用一個混合器和一個分離單級萃取即使用一個混合器和一個分離器的萃取操作。器的萃取操作。 液液-液萃取過程圖液萃取過程圖1-萃取器；萃取器；2-溶劑溶質塔；溶劑溶質塔；3-汽提塔；汽提塔；4-冷凝器；冷凝器；5-分離器；分離器；6-熱交換器熱交換器 （2）單級萃取的理論收率

31、）單級萃取的理論收率 萃取操作理論收得率的計算須符合以下萃取操作理論收得率的計算須符合以下兩個假定：兩個假定： （1）萃取相和萃余相很快達到平衡，）萃取相和萃余相很快達到平衡，即每一級都是理論級；即每一級都是理論級； （2）兩相完全不互溶，在分離器中能）兩相完全不互溶，在分離器中能完全分離。完全分離。 設設K為分配系數，為分配系數，VF 為料液體積，為料液體積，Vs為萃取劑為萃取劑體積，體積，E為萃取平衡后，溶質在萃取相與萃余相中為萃取平衡后，溶質在萃取相與萃余相中數量的比值，則：數量的比值，則： E KVS/VF K/m 其中其中m為濃縮比，即為濃縮比，即m VF/VS 令未被萃取的體積分數

32、為令未被萃取的體積分數為，則：則： = 1/(E+1) 而理論收得率為：而理論收得率為： 1-= E/(E+1) 2、多級萃取、多級萃取 分為多級錯流萃取和多級逆流萃取。分為多級錯流萃取和多級逆流萃取。 （1）多級錯流萃取多級錯流萃取 多級錯流萃取流程的特點：多級錯流萃取流程的特點：每級均加新每級均加新鮮溶劑，故溶劑消耗量大，得到的萃取液鮮溶劑，故溶劑消耗量大，得到的萃取液產物平均濃度較稀，但萃取較完全。產物平均濃度較稀，但萃取較完全。三級錯流萃取裝置三級錯流萃取裝置( (a) a)艾德連式；艾德連式；( (b)b)泵混合分離器；泵混合分離器；( (c) c)加當加當齊格勒接觸器；齊格勒接觸器

33、；( (d) d)霍米霍米莫脫接觸器莫脫接觸器 多級逆流萃取流程的特點：多級逆流萃取流程的特點：料液走向和萃取劑料液走向和萃取劑走向相反，只在最后一級中加入萃取劑。走向相反，只在最后一級中加入萃取劑。 和錯流萃取相比，萃取劑消耗少，萃取液產物和錯流萃取相比，萃取劑消耗少，萃取液產物平均濃度高，產物收率最高。平均濃度高，產物收率最高。 在工業上應采用多級逆流萃取流程。在工業上應采用多級逆流萃取流程。（2）多級逆流萃取）多級逆流萃取三級逆流萃取裝置分離青霉素三級逆流萃取裝置分離青霉素 （3）多級萃取的理論收率）多級萃取的理論收率 由理論推導，經由理論推導，經n級萃取后，兩種多級級萃取后，兩種多級萃

34、取流程的產物收率分別為：萃取流程的產物收率分別為： 多級錯流萃取流程：多級錯流萃取流程： 1-= 1-1/(E1+1)(E2+1)(En+1) 多級逆流萃取流程：多級逆流萃取流程： 1-= (En+1-E)/(En+1-1)三、三、 乳化和去乳化乳化和去乳化 1 1、乳化、乳化 乳化是一種液體乳化是一種液體( (分散相分散相) )分散在另一種分散在另一種不相混溶的液體（連續相）中的現象。不相混溶的液體（連續相）中的現象。 產生乳化，難以將有機溶劑相和水相分產生乳化，難以將有機溶劑相和水相分離完全，出現兩種夾帶，即發酵廢液中夾帶離完全，出現兩種夾帶，即發酵廢液中夾帶有機溶劑微滴和溶劑相中夾帶發酵

35、液的微滴，有機溶劑微滴和溶劑相中夾帶發酵液的微滴，故必須破壞乳化。故必須破壞乳化。 乳化的結果可能形成兩種形式的乳濁液。乳化的結果可能形成兩種形式的乳濁液。一種是水包油型（一種是水包油型（O/W），），另一種為油包另一種為油包水型（水型（W/O）。）。 穩定的乳濁液形成是因為有表面活性劑穩定的乳濁液形成是因為有表面活性劑的存在，活性劑通過降低界面張力，使液的存在，活性劑通過降低界面張力，使液體容易分散成微滴而發生乳化。體容易分散成微滴而發生乳化。 乳濁液的穩定性和下列幾個因素有關：乳濁液的穩定性和下列幾個因素有關： 界面上保護膜是否形成（最重要）；界面上保護膜是否形成（最重要）； 液滴是否帶電

36、；液滴是否帶電； 介質的粘度。介質的粘度。 發酵液中的蛋白質是引起乳化的最重要發酵液中的蛋白質是引起乳化的最重要的表面活性物質，多為的表面活性物質，多為O/W型。型。 2、破乳化、破乳化 乳濁液的形式：當表面活性劑的親水基乳濁液的形式：當表面活性劑的親水基團強度大于親油基團，易生成水包油型團強度大于親油基團，易生成水包油型（O/W）乳濁液；反之則易生成油包水型乳濁液；反之則易生成油包水型（W/O）。）。 破乳化是破乳化是用過濾或離心、物理或化學用過濾或離心、物理或化學方法，使乳濁液失去穩定性而分相的操作。方法，使乳濁液失去穩定性而分相的操作。 最好方法是防止乳化，若是蛋白質引最好方法是防止乳化

37、，若是蛋白質引起乳化，應先去除蛋白質。起乳化，應先去除蛋白質。四、萃取設備四、萃取設備 1 1、單級萃取設備、單級萃取設備 單級萃取用一套混合器和分離機。單級萃取用一套混合器和分離機。 萃取流程如前。萃取流程如前。 混合、萃取和分離也可在同一臺設備中混合、萃取和分離也可在同一臺設備中進行。進行。 2、多級萃取設備、多級萃取設備 一般用萃取塔一般用萃取塔 （1）脈動篩板塔）脈動篩板塔 脈動篩板塔適合：處理量小于脈動篩板塔適合：處理量小于20M3/h情情況；物系較難分離，要求萃取理論級數高況；物系較難分離，要求萃取理論級數高的情況（的情況（520級）；含有固體的懸浮液級）；含有固體的懸浮液（15%

38、） 優點：優點： 操作方便、密閉性好；操作方便、密閉性好； 萃取萃取劑用量少；劑用量少； 占地面積小。占地面積小。 （2）轉盤塔）轉盤塔 利用機械攪拌裝置，利用機械攪拌裝置，促使連續相液體的湍動，促使連續相液體的湍動，使懸浮在湍動液流中的使懸浮在湍動液流中的分散相液滴被剪切成較分散相液滴被剪切成較細小的液滴，使分布更細小的液滴，使分布更為均勻，萃取過程由此為均勻，萃取過程由此得到強化。得到強化。 先加入的并充滿全塔先加入的并充滿全塔為連續相。為連續相。 適于小于適于小于57個理論個理論級的萃取操作。級的萃取操作。 第二節第二節 浸取浸取 一、一、 浸取過程的應用浸取過程的應用 工業生產常用溶劑

39、浸取物質。工業生產常用溶劑浸取物質。 生物物料是由細胞組成的，可溶性物生物物料是由細胞組成的，可溶性物質通常在細胞內，細胞膜產生一種不同于質通常在細胞內，細胞膜產生一種不同于一般情況下的擴散阻力，浸取速率通常比一般情況下的擴散阻力，浸取速率通常比較小。較小。 為了加快速度，可對原料進行預處理，為了加快速度，可對原料進行預處理，如干燥、切片等，以助于細胞膜如干燥、切片等，以助于細胞膜/ /壁破裂，壁破裂，溶劑也容易進入細胞內溶解溶質。溶劑也容易進入細胞內溶解溶質。 二、二、 浸取速率浸取速率 溶劑從固體顆粒中浸取可溶性物質的過溶劑從固體顆粒中浸取可溶性物質的過程一般包括以下步驟：程一般包括以下步

40、驟：(1)(1)溶劑從溶劑主體傳遞到固體顆粒的表面；溶劑從溶劑主體傳遞到固體顆粒的表面； (2)(2)溶劑擴散滲入固體內部和內部微孔隙內；溶劑擴散滲入固體內部和內部微孔隙內； (3)(3)溶質溶解進入溶劑；溶質溶解進入溶劑； (4)(4)溶質通過固體微孔隙通道中的溶液擴散至溶質通過固體微孔隙通道中的溶液擴散至固體表面并進一步進入溶劑主體。固體表面并進一步進入溶劑主體。 第一、二步都很迅速，不是浸取過程總速率的第一、二步都很迅速，不是浸取過程總速率的限制步驟。限制步驟。 第三步在固體內部，溶質的溶解是簡單的物理第三步在固體內部，溶質的溶解是簡單的物理溶解過程，或是溶質溶解的化學或生化反應。溶解過

41、程，或是溶質溶解的化學或生化反應。 第四步溶質通過固態和溶劑到達固體表面的擴第四步溶質通過固態和溶劑到達固體表面的擴散速度與許多因素有關。散速度與許多因素有關。 如果固體是有惰性多孔固體結構組成，固體的如果固體是有惰性多孔固體結構組成，固體的微孔中充滿了溶質和溶劑，則溶質通過多孔固體微孔中充滿了溶質和溶劑，則溶質通過多孔固體的擴散可用有效擴散系數描述，而有效擴散系數的擴散可用有效擴散系數描述，而有效擴散系數與與費克（費克（Fick）定律定律 有關。有關。1、分子擴散的費克（、分子擴散的費克（Fick）定律定律 ： Fick定律定律是關于流體處于靜止狀態時的分子擴是關于流體處于靜止狀態時的分子擴

42、散。散。 分子擴散是由于濃度梯度，對于分子擴散是由于濃度梯度，對于A和和B的雙組分的雙組分混合物，混合物，Fick定律可寫成下面的形式：定律可寫成下面的形式： JAc DABdxA/dl 當當c是常數時，是常數時，cA = cxA， Fick 定律定律可可表達表達為為： JADABdcA /dl （4.11） 由于固體周圍鏡界膜的存在，物質分子的傳遞由于固體周圍鏡界膜的存在，物質分子的傳遞只能靠擴散進行。只能靠擴散進行。 2 2、生物物質溶液中的分子擴散、生物物質溶液中的分子擴散 與小分子溶質不同，生物大分子在溶液中的與小分子溶質不同，生物大分子在溶液中的擴散會受其較大的空間尺度以及空間形狀的

43、影響。擴散會受其較大的空間尺度以及空間形狀的影響。 生物大分子在水溶液中的形狀是不規則的；生物大分子在水溶液中的形狀是不規則的；生物大分子與小分子溶劑或溶質分子之間的相互生物大分子與小分子溶劑或溶質分子之間的相互作用，也會影響到生物大分子及小分子溶質的擴作用，也會影響到生物大分子及小分子溶質的擴散。散。 因此，因此，在相同濃度梯度下生物大分子的擴散在相同濃度梯度下生物大分子的擴散速率要比小分子有機物慢速率要比小分子有機物慢很多。很多。 3 3、生物凝膠中的分子擴散、生物凝膠中的分子擴散 凝膠是一種凝膠是一種“多孔多孔”的半固態物質，具有不的半固態物質，具有不規則的規則的“框架結構框架結構”，凝

44、膠結構中的孔道或敞開，凝膠結構中的孔道或敞開的微小空間里充滿了水。的微小空間里充滿了水。 小分子溶質在凝膠的不規則的小分子溶質在凝膠的不規則的“框架結構框架結構”中中的擴散速率要比在水溶液中慢。的擴散速率要比在水溶液中慢。 凝膠由大分子組成，通常是稀的水溶液，組凝膠由大分子組成，通常是稀的水溶液，組成凝膠的物質組分只占百分之幾。成凝膠的物質組分只占百分之幾。 瓊脂糖凝膠是由松散交織的含有大量氫鍵的瓊脂糖凝膠是由松散交織的含有大量氫鍵的多糖大分子組成。多糖大分子組成。4、固相中的分子擴散、固相中的分子擴散 固相內的氣體、液體、固體物質的分子擴散速固相內的氣體、液體、固體物質的分子擴散速率比在氣相和液相中要慢。率比在氣相和液相中要慢。 固相中的傳遞過程通常可分為兩類：一類基本固相中的傳遞過程