发酵下游 萃取技术

第二节 双水相萃取

第三节 一、概述
¨ 概念
　 双水相萃取是利用物质在互不相溶的两水相间分配系数的差异来进行萃取的方法。
¨ 双水相的构成
1、两种高聚物水溶液相互混合可产生双水相系统。
2、高聚物水溶液与低分子量化合物水溶液也可形成双水相系统。
¨ 双水相萃取的特点
1）含水量高（70％～90％），适宜提取水溶性的蛋白质、酶等生物活性物质且不易引起蛋白质的变性失活。
2）不存在有机溶剂残留问题。
3）易于放大，各种参数可按比例放大而产物收率并不降低。这是其他分离技术无法比拟的。
二、相图
双水相的形成条件和定量关系常用相图表示。P80是PEG/Dex体系的相图。图中的曲线称为双节线，双节线以下的区域为均相区，以上的区域为两相区。
双水相系统的相图可由实验来确定。
三、影响双水相萃取的因素
聚合物的影响
　在PEG/Dex体系中，PEG分子量的减少，会使蛋白质在两相中的分配系数增大，当PEG的分子量增加时，在质量浓度不变的情况下，亲水性蛋白质不再向富含PEG相中聚集而转向另一相。
体系中无机盐离子的影响
　盐对带电大分子的分配影响很大。如DNA萃取时，离子组分的微小变化可以使DNA从一相几乎从一相完全转移到了另一相。生物大分子的分配主要决定于离子的种类和各种离子之间的比例。在体系中加入适当的盐可大大促进带相反电荷的蛋白质的分离。
体系pH的影响
pH微小的变化有时会使蛋白质的分配系数改变2～3个数量级。
体系温度的影响
温度影响相图，同时影响分配系数和蛋白质的生物活性。
细胞浓度的影响
通常细胞浓度的增加，会降低细胞破碎后内含物的分配系数。
四、双水相萃取的应用
双水相萃取目前较多应用于胞内酶的提取和精制上。用双水相萃取技术处理细胞匀浆液，既可方便地除去细胞碎片，还可使酶得到精制。
用双水相萃取胞内酶，PEG/盐系统应用的较广泛。通常将目的蛋白质分配在上相（PEG），而细胞碎片分配在下相（盐），便于离心分离。

五、双水相提取胞内酶的具体操作：
1.萃取：适量的细胞匀浆液与双水相体系（一般为PEG/盐）混合。
2.上下相的分离：在萃取达到平衡后，就必须使上下相分离。有两种方法：重力沉降和离心分离。
3.多聚物的分离：当目的蛋白是分配在PEG富集的上相中，相与相分离后，在上相中加入盐，形成新的双水相体系，在适当的条件下，蛋白质重新被萃取进入盐相，而大量的PEG得到回收，盐相中残余的PEG可用超滤或透析除去。见P92图6－12和图6－11

第三节 超临界流体萃取
一、基本概念和原理
超临界流体萃取技术（简称SFE）：是利用超临界流体作为萃取剂的一种高效萃取技术。
临界点：物质气液不分（既有气体的性质,又有液体的性质）的状态点。物质具有固有的临界点,此状态点的温度Tc、压力Pc称为临界温度和临界压力。当气体物质处于它的临界温度和压力以上,无论施加多大的压力,也不可能使其液化。
超临界流体(简称SCF)：处于临界温度和压力以上的流体。
超临界流体的特性：
1. 既有气体的性质（易于扩散和运动，黏度小，因此传质速率高，短时间间内就能达到萃取平衡）,又有液体的性质（密度大，溶解度大）。
2. 溶解能力随密度的增大而增大，而密度与压力和温度直接相关，因此压力和温度的变化会大大改变其溶解能力。超临界流体萃取正是利用这种性质，在较高压力下，将溶质溶解于流体中，然后降低流体溶液的压力或升高流体溶液的温度，使溶解于超临界流体中的溶质因其密度下降溶解度降低而析出，从而实现特定溶质的萃取。

超临界CO2流体的特性
1.超临界温度（ Tc=31.06度）是所有溶剂中最接近室温的。因此操作可在接近室温的情况下进行。
2.超临界压力（Pc＝7.39 MPa）也适中。
3.临界密度是常用超临界溶剂中最高的。因此溶解能力强。
4.无毒、惰性、无残留、价廉。
所以超临界CO2流体是应用最广泛的超临界萃取溶剂。

二、超临界萃取的过程和典型流程
超临界流体萃取的过程由萃取阶段和分离阶段组合而成的。
在萃取阶段,超临界流体将所需组分从原料中提取出来。由萃取釜和加压装置组成。
在分离阶段,通过变化温度或压力等参数,或其他方法,使萃取组分从超临界流体中分离出来,并使萃取剂循环使用。由分离釜和减压装置组成。

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三种典型流程
1.等温法：是通过变化压力使萃取组分从超临界流体中分离出来。
含有溶质的超临界流体经过膨胀阀后压力下降,对溶质的溶解度下降。溶质析出由分离釜底部取出,充当萃取剂的气体则经压缩机送回萃取釜循环使用。

2.等压法：是利用温度的变化来实现溶质与萃取剂的分离。
含萃取质的超临界流体经加热升温使萃取剂与溶质分离,由分离釜下方取出溶质。作为萃取剂的气体经降温升压后送回萃取釜使用。


3.吸附法 ：是采用可吸附溶质而不吸附超临界流体的吸附剂使萃取离。

三、超临界萃取过程的影响因素
压力
当温度恒定时,提高压力可增大超临界流体的密度,从而提高超临界流 体的溶解能力和萃取容量。
温度
当萃取压力较高时,温度的提高可以增大溶质扩散系数。但温度提高也会降低超临界流体密度从而减小其萃取容量,温度过高还会使热敏性物质产生降解。
流体密度
溶剂的溶解能力与其密度有关,密度大,溶解能力大, 但密度大时,传质系数小。
¨ 溶剂比
当萃取温度和压力确定后,溶剂比是一个重要参数。在低溶剂比时,经一定时间萃取后固体中残留量大。用非常高的溶剂比时,萃取后固体中的残留趋于低限。溶剂比的大小必须考虑经济性。
¨ 颗粒度
一般情况下,萃取速率随固体物料颗粒尺寸减少而增加。

作业
1.超临界CO2流体为什么会是应用最广泛的超临界萃取剂？
2.综述超临界萃取在生物和食品工业的应用。
3.简述超临界流体萃取技术的原理。
4.结合课本P92图6－12，简述双水相萃取提取胞内酶的具体操作。