第五章生物产品萃取技术
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生物产品的萃取和富集
双水相萃取
在提纯有生理活性的生物物质方面，与其他提取 方法相比，它具有许多优势。 现在双水相萃取已被广泛用于蛋白质、酶、核酸、 病毒、细胞、细胞器等生物产品的分离和纯化， 并逐步向工业化生产迈进，展现了在食品工业、 生物学研究和生物工程方面的巨大应用前景。
双水相萃取的特点
具有特殊的物理性质 分相时间短 易于连续操作 杂蛋白和细胞碎片去除方便 具有生物适应性
影响分配平衡的因素
成相聚合物的类型 相对分子质量和浓 度 盐的种类和浓度
pH 温度 菌体或细胞的种类 和浓度
成相聚合物
双水相系统作为一种成功的萃取方法，很大程度 上取决于使用的聚合物类型，当两种不同聚合物 的溶液混合时，可能存在三种情况：a 完全混溶 性(匀相溶液)；b 物理的不相溶性(相分离)；c 复 杂的凝聚(相分离,聚合物聚集在同一相中，纯溶 剂-水聚集在另一相中)。 离子和非离子聚合物都可以使用在双水相系统的 构成上，但是，当这两种聚合物是离子化合物并 带有相反电荷时，它们互相吸引并发生复杂的凝 聚。
生物分子的分配系数取决于溶质与双水相系统间 的各种相互作用，其中主要有静电作用、疏水作 用和生物亲和作用等。因此，分配系数是各种相 互作用的和。
lnm=lnme+lnmh+lnml
me，mh，ml 分别为静电作用、疏水作用和生物亲 和作用对溶质分配系数的贡献。
典型的双水相系统
类 型 形成上相的聚和细胞膜不同的化学 结构会导致双水相体系上下相比例的改变，影响 蛋白质的分配系数。
双水相萃取的应用
酶的分离提取
图是用PEG/无机盐体系通过2步萃取从产氨短 杆菌中回收延胡索酸酶的流程，主要由3部分组 成： (1 ) 目的产物的萃取； (2) PEG的循环； (3) 无机盐的循环。
生物萃取法知识点总结
生物萃取法知识点总结生物萃取法的种类生物萃取法包括植物生物萃取法、动物生物萃取法和微生物生物萃取法。
1. 植物生物萃取法植物生物萃取法是指利用植物中具有代谢作用的生物体来对目标化合物进行分离提取。
这种方法最早的利用载体是使用固体材料，随着纤维技术的发展，也逐渐应用于植物生物萃取，植物所处的生长环境普遍受到光、水、温度、现象无数的影响，植物的成长受到植物体自身理化性能的制约。
植物萃取技术的基础是为了提取特定物质的叶、花、果等部位。
比如使用植物提取能提取植物的对甲醛、苯、二甲醚、氨等污染物的能力要大于酶、细菌，所以植物萃取成功约为5-10%的有机物传统技术生产费用。
2. 动物生物萃取法动物生物萃取法是指利用动物中具有代谢作用的生物体对目标化合物进行分离提取。
此法的应用较为广泛且有很多成功的实例，生物萃取法的使用，因为可以为萃取物提供较多精确解析测定，一般来源于当当、奶、肉、脂肪、皮、毛、血、骨等，生物萃取法多的就是蛋白质。
3. 微生物生物萃取法微生物萃取法是指利用微生物中具有代谢作用的生物体对目标化合物进行分离提取。
微生物生物萃取法的温度、基质、pH值都是影响提取率的重要因素之一，这些因素会影响提取所需的时间、清洁资料的选择、浓度等。
因为微生物的特殊性，很长时间内，微生物生物萃取变得困难，一般小型单元被大型单元循环使用。
生物萃取法的优势1. 能够萃取出天然有效成分采用生物萃取法，可以从植物、动物或者微生物中萃取出具有生物活性的物质，如药物、保健品、食品添加剂等。
这些天然有效成分具有对人体的生理调节作用，因此在医药和保健品领域具有很高的应用价值。
2. 提取效率高生物萃取法通常采用有机溶剂或者水作为萃取剂，对目标成分进行浸提、萃取和分离纯化。
由于生物体对目标成分具有较高的亲和性和选择性，因此生物萃取法具有较高的提取效率，能够将目标成分有效地从混合体中分离出来。
3. 技术操作简便生物萃取法无需复杂的设备和工艺，一般只需进行简单的浸提、过滤、结晶等工艺步骤，就能够完成目标成分的分离提取。
第五章萃取技术.课件
有机溶剂中胶束 的表面活性剂分子的 疏水尾部向外，而亲 水头部向内，称为反 胶束。
当表面活性剂在有机溶剂中形成 反胶束时，水在有机溶剂中的溶解 度随表面活性剂浓度线性增大。
通过测定有机相中平衡水浓度的 变化，可以确定形成反胶束的最低 表面活性剂浓度。
反胶束的形成是表面活性剂分子 自发形成的纳米尺度的聚集体，是热 力学稳定的体系。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
当表面活性剂在有机溶剂中形成 反胶束时，水在有机溶剂中的溶解 度随表面活性剂浓度线性增大。
通过测定有机相中平衡水浓度的 变化，可以确定形成反胶束的最低 表面活性剂浓度。
反胶束的形成是表面活性剂分子 自发形成的纳米尺度的聚集体，是热 力学稳定的体系。
K a AH
（5-3）
其中，Ka为弱酸的解离常数；
[AH]和[A-]分别为游离酸和其酸根离 子的浓度。
如果在有机相中溶质不发生缔和， 仅以单分子形式存在，则游离的单分 子溶质符合分配定律，其分配常数为
Aa
AH
AH
（5-4）
其中，AH 表示有机相中游离酸的
浓度，Aa为游离酸的分配常数。
利用一般的分析方法测得的水 相浓度为游离酸和酸根离子的总 浓度，故为方便起见，用水相总
3．物理萃取和化学萃取
物理萃取
定义：溶质根据相似相溶原理在两相间 达到分配平衡，萃取剂与溶质间不发生 化学反应。
应用：广泛应用于抗生素及天然植物中 有效成分的提取。如利用乙酸丁酯萃取 青霉素。
化学萃取
定义：利用脂溶性萃取剂与溶质的化 学反应生成脂溶性复合分子，使溶质 向有机相分配。
应用：用于氨基酸、抗生素和有机酸 等生物产物的分离回收。
液体
双水相萃取
萃取剂
液固萃取（浸取）
固体原料 超临界流体
液体原料
2．反 萃 取
定义：调节水相条件，将目标产物从有机相 转入水相的操作。
作用：为了进一步纯化目标产物或便于后续 分离操作。
洗涤：常常加在萃取与反萃取操作之间，目 的是除去与目标产物同时萃取到有机相的杂 质，提高反萃取液中目标产物纯度。
生物萃取原理和基础流程
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第五章 生物产品萃取技术
• 故对于阴离子表面活性剂，pH与pI的大小关系？
• 但若pH值很低，会因起蛋白质变性而在界面上产生白 色絮凝物
对不同相对分子质量的蛋白质，pH值对萃取率的影响有差异 性，当蛋白质相对分子质量增加时，只有增大(pH—pI)值的绝 对值，相转移才能顺利完成。 对于包含大蛋白分子的反胶束，其尺寸远大于“空核”的反胶 束，萃取时势必要消耗较多的能量，这些能量只能通过较强的 静电相互作用得到补偿。
• 3）产物的不稳定性：目标产物的不稳定性（代谢或微生 物的作用）、萃取时因发生化学作用而不稳定
生物质萃取对象分类
• 按被萃取物的分子大小，可分为 • 小分子类（＜1000，包括抗生素、有机酸等，）
• 大分子类（＞1000，酶、抗体、蛋白质→接触有机溶剂易变 性）
分配系数
• 要提高溶质的分配系数，可采取的方法：
生化分离工程
第五章 生物产品萃取技术
萃取概述
• 萃取：利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而 使溶质得到纯化或浓缩的方法 用途：生物产物中，可用于有机酸、氨基酸、抗生素、 维生素、激素和生物碱等生物小分子的分离和纯化。 可用于生物大分子如：多肽、蛋白质、核酸等分离纯化 的双水相、反胶团萃取等溶剂萃取方法、利用超临界流 体为萃取剂的超临界流体萃取法
一、双水相的形成
• 两种聚合物溶液混合时，是否分层取决于： • 熵增加 • 分子间作用力 • 对于大分子混合而言，分子间作用力占主导地位
• 若两种混合分子间存在空间排斥力，其线团结构无法相互 渗透→具有强烈的相分离倾向 • 某些聚合物溶液与一些无机盐溶液相混时（聚合物-低分子 组分-水系统），只要浓度达到一定范围时，体系也会形成 两相，成相机理目前还不十分清楚，有人认为是盐析作用。
重庆大学生物分离工程_第五章 萃取
聚合物的不相溶性主要是由于聚合物分子的空 间阻碍作用，相互间无法渗透，当聚合物的浓 度达到一定值时，就不能形成单一的水相，所 以具有强烈的相分离倾向。
某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合 时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即 聚合物-盐双水相体系，成相机理尚不清楚，一 种解释为“盐析”作用。
(2) 温度
温度会影响生化物质的稳定性。
影响分配系数K。
(3) 盐析
无机盐类如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产 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。
(4) 带溶剂
为提高分配系数K，常添加带溶剂。带溶剂是 指能和产物形成复合物，促使产物更易溶于有 机溶剂相中，在一定条件下又要容易分离的物 质。
PEG／盐系统应用得很广泛，主要由于PEG价 格低廉以及该系统选择性。
三步萃取流程示意图
分配在上相中的蛋白质可通过加入适量的盐(有 时也补充适量的PEG)，进行第二次双水相萃 取，目的是除去核酸和多糖，它们的亲水性较 强，因而易分配在盐相中，蛋白质就停留在上 相PEG中。
在第三次萃取中，应使蛋白质分配在盐相(如调 节pH)，以便和主体PEG分离，色素因其憎水 性而通常分配在上相；盐相中的蛋白质可用超 滤法弃除残余的PEG，主体PEG可循环使用。
再如图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72 ％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得 到两个粘稠的液层。
葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系
上述现象称为聚合物的不相溶性 (incompatibility)。如果多种不相溶的聚合物混 在一起，就可得到多相体系，如硫酸葡聚糖、 葡聚糖、羟丙基葡聚糖和聚乙二醇相混时，可 形成四相体系。
某些聚合物的溶液与某些无机盐的溶液相混合 时，只要浓度达到一定值，也会形成两相，即 聚合物-盐双水相体系，成相机理尚不清楚，一 种解释为“盐析”作用。
(2) 温度
温度会影响生化物质的稳定性。
影响分配系数K。
(3) 盐析
无机盐类如硫酸铵、氯化钠等一般可降低产 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。
(4) 带溶剂
为提高分配系数K，常添加带溶剂。带溶剂是 指能和产物形成复合物，促使产物更易溶于有 机溶剂相中，在一定条件下又要容易分离的物 质。
PEG／盐系统应用得很广泛，主要由于PEG价 格低廉以及该系统选择性。
三步萃取流程示意图
分配在上相中的蛋白质可通过加入适量的盐(有 时也补充适量的PEG)，进行第二次双水相萃 取，目的是除去核酸和多糖，它们的亲水性较 强，因而易分配在盐相中，蛋白质就停留在上 相PEG中。
在第三次萃取中，应使蛋白质分配在盐相(如调 节pH)，以便和主体PEG分离，色素因其憎水 性而通常分配在上相；盐相中的蛋白质可用超 滤法弃除残余的PEG，主体PEG可循环使用。
再如图中，2.2％的葡聚糖水溶液与等体积的0.72 ％甲基纤维素钠的水溶液相混合并静置后，可得 到两个粘稠的液层。
葡聚糖与甲基纤维素钠的双水相体系
上述现象称为聚合物的不相溶性 (incompatibility)。如果多种不相溶的聚合物混 在一起，就可得到多相体系，如硫酸葡聚糖、 葡聚糖、羟丙基葡聚糖和聚乙二醇相混时，可 形成四相体系。
第五章萃取分离技术
酶的固定化
6、反胶束萃取技术研究新进展
¾
酶通过一定方法固定在反胶束中,酶系统可以反复使用,而且反胶 束对酶形成保护作用,使其与有机溶剂分隔而保持活性。 目前反胶束酶系统的应用主要有以下几方面: 油脂的水解和合成 脂酶仅能催化油水界面上的脂肪分子,对纯样脂肪体系无能为 力,利用反胶束就可以解决这个问题,反胶束中的脂酶可催化脂 肪的合成或分解。 肽和氨基酸的合成 反胶束酶催化合成肽的优点是能够溶解非极性和极性的底物 有害物质的降解 Crecchio等将这种酶成功固定于反胶束中,用于水中的芳香族 化合物的解毒,反应产物是水不溶性的,易于分离。
③疏水性相互作用 aa的疏水性各不相同 , 研究表明 , aa或肽的 m随 aa疏水性的增大而增大 。 蛋白质的疏水性影响其在反胶团中的溶解形式 , 因而影响其分配系数 . 疏水性较大的 pro可能以 “半岛 式 ”形式溶解。
¾ B. 在各pro的pI处(排除了静电相互作用的影响)，反胶团萃
取实验研究表明: 随着M增大 , pro的分配系数 (m, 溶解率 )下 降。表明随M增大 , 空间排阻作用增大 , pro的溶解率降低 . 所以可以根据pro间M的差别选择性对 pro进行萃取分离
W0 - 有 机 相 中 水 与 S 的 摩 尔 比 ， 又 称 为 含 水 率 (water content) ； M-水的相对分子质量； asurf- 界面处一个 S的面积； N-阿弗加德罗常数。
2、反胶束萃取蛋白质的基本原理
内水的性质： 当 W0较低 (如 S = AOT, W0 = 6~8)时 , 微水相的水分子受 S亲水基团的强烈束缚 , 表观粘度上升 50倍 , 疏水性也极高。随 W0的增大 , 这些现象逐渐减弱 , 当 W0>16时 , 微水相的水与正 常的水接近 , 反胶团内可形成双电层。但即使当 W0值很大 , 水 池内水的理化性质也不能与正常的水完全相同 , 特别是在接近 S亲水头的区域内。 改变水相条件 (如 pH值、离 子种类或离子强度 ) ,又可使蛋 白质从有机相中返回到水相中， 实现反萃取过程。
生物分离工程-第5章-萃取技术
多级错流 多级萃取 操作方式 多级逆流
单级萃取
假定：两相中的分配很快达到平衡； 两相完全不互溶，完全分离。
X S VS CS VS 1 ★ 萃取因素： E 萃取液溶质总量 ＝ ＝K K 萃余液溶质总量 XF VF CF VF m
单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。
KA KB
β=1 KA = KB 分离效果不好；
β>1 KA > KB 分离效果好；
β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CO和CW 必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对 于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才 符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在有机溶剂相 中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子 才符合分配定律。
多级逆流萃取
在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取 剂，并逐渐向前一级移动。
料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为 逆流萃取。 在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和 错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液 平均浓度较高。
有机溶剂萃取的影响因素
pH的影响
pH对表观分配系数的影响（pH-K）
pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分 配在水相。 对弱酸随pH↓，K↑, 当pH << pK时，K→K0
由萃取机理和K～pH的关系式可得出如下结论
酸性物质 萃取 反萃取 pH<pK pH>pK 碱性物质 pH>pK pH<pK
单级萃取
假定：两相中的分配很快达到平衡； 两相完全不互溶，完全分离。
X S VS CS VS 1 ★ 萃取因素： E 萃取液溶质总量 ＝ ＝K K 萃余液溶质总量 XF VF CF VF m
单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
分离因素（β）
分离因素表示有效成分A与杂质B的分离程度。
KA KB
β=1 KA = KB 分离效果不好；
β>1 KA > KB 分离效果好；
β越大，KA 越大于KB，分离效果越好。
弱电解质在有机溶剂-水相的分配平衡
分配系数中CO和CW 必须是同一种分子类型，即不发生缔合或离解。对 于弱电解质，在水中发生解离，则只有两相中的单分子化合物的浓度才 符合分配定律。 例如青霉素在水中部分离解成负离子（青COO－），而在有机溶剂相 中则仅以游离酸（青COOH）的形式存在，则只有两相中的游离酸分子 才符合分配定律。
多级逆流萃取
在多级逆流萃取中，在第一级中连续加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中连续加入萃取 剂，并逐渐向前一级移动。
料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为 逆流萃取。 在逆流萃取中，只在最后一级中加入萃取剂，故和 错流萃取相比，萃取剂之消耗量较少，因而萃取液 平均浓度较高。
有机溶剂萃取的影响因素
pH的影响
pH对表观分配系数的影响（pH-K）
pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质分 配在水相。 对弱酸随pH↓，K↑, 当pH << pK时，K→K0
由萃取机理和K～pH的关系式可得出如下结论
酸性物质 萃取 反萃取 pH<pK pH>pK 碱性物质 pH>pK pH<pK
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超临界流体
• 每一种物质都有其特征的临界参数，在压力-温度相图上，称其为临界点。临界点对应的压力 称为临界压力，用PC表示，对应的温度称为临界 温度，用TC表示。不同的物质有不同的临界点。 临界点是气体和液体转化的极限，饱和液体和饱 和气体的差别消失。 当温度和压力超过临界点值时，物质处于既不 是液体也不是气体的超临界状态，称其为超临界 流体。
这种溶剂溶质之间的作用力随着分子靠近而强烈的增加，分
子间作用力越大，溶质的溶解度越大。超临界流体的密度越 接近液体的密度，因此对溶质的溶解能力与液体基本相同。
压力越大，超临界流体的密度越大，对溶质的溶解度也就越
大。当改变条件，随着压力的降低，超临界流体的密度减小， 溶解度急剧减小，溶质释放出来。
由此可见，在保持温度恒定条件下，通过调节压力来控 制超临界流体的萃取能力或保持压力不变改变温度来提高其 萃取能力。
于超临界流体萃取毒性小、温度低、溶解性能好，非 常适合生化产品的分离和提取，近年来在生化工程上的应用 研究愈来愈多，如超大型临界CO2萃取氨基酸，从单细胞蛋 白的游离物中提取脂类，从微生物发酵的干物质中萃取γ -亚 麻酸，用超临界CO2 萃取发酵法生产的乙醇，以及各种抗生 素的超临界流体干燥，脱除丙酮、甲醇等有机溶剂，避免产 品的药性降低等等。可以预料，在不久的将来超临界流体萃 取技术一定会取得越来越多的可喜成果。
细胞浓度对酶的分配系数的影响 系统：9%PEG4000/2%DexT500 ■普鲁兰酶 ◆α -葡萄糖苷酶
23 21 19 17 15 13 11 9 7 5 0 20 40 60 80 · û é ï ¨È ¨ © Ï °Æ Ë Î Å ¶ £ %£
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(3)助溶剂(夹带剂)对溶解力的影响 (P84)
向超临界CO2流体中加入一定量的水、甲醇、乙酸、醋 酸乙酯等物质或者是它们的混合物，可以增加溶解力，
从而改变对所萃取物质的选择性。如在超临界CO2流体
中加入总体积50~60％的甲醇后，即可以从浓度为1~3
％的发酵液中苹取L-脯氨酸，收率可达50％以上。
反胶团萃取的优点
在反胶束内部包含了水溶液，蛋白质等生物分子
萃取后进入反胶团内部的“水池” 中，避免了与 有机溶剂直接接触，反胶束内的微环境与生物膜 内相似，故能很好保持其生物活性，解决了蛋白 质在有机溶剂中容易变性失活和难溶于有机溶剂 的问题，为蛋白质的提取和分离开辟了一条新的 途径。 成本低，有机溶剂可反复使用；容易放大和实现 连续操作。 反胶束萃取是一条具有工业发展前景的蛋白质分 离技术。
超临界萃取中应用 最 多 的 是 CO2。CO2 的 临 界温度31.3℃,接近于
室温，临界压力为
7. 3 8Mpa，处 于 中 等 压 力，目前工业水平易于
达到，并且无毒，无味，
性质稳定，不燃，不腐 蚀，易于精制，易于回
图3-15 临界点附近的P-T相图
收。
超临界萃取原理
溶质在一种溶剂中的溶解度取决于两种分子间的作用力，
成了独特的分离工艺。
超临界C02的萃取特性(熟悉)
(1)溶解特性 超临界C02是一种非极性流体，符合相
似相溶的原理。其溶解力随物质极性的减弱而增大， 随物质分子量的增大而减弱。一般地表现为，对分子
量小，极性弱的物质易溶解，对分子量较大，极性较
强的物质难溶解，对分子量高，强极性的物质，如氨 基酸、蛋白质、糖和无机盐等则不溶解。在实际应用 中，有时根据需要向超临界C02中加入助溶剂，来调 整其溶解力。
温度对分配系数的影响
• 通常酶的稳定性会随温度的增高而减低， 但在双水相系统中，由于所使用的聚合物 含有多羟基，对酶有保护作用，即使在室 温下，酶的失活也不明显。因此酶的双水 相萃取可以在室温下进行，这可以节省因 冷却造成的大量能量。
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 10 20 30 40 50 60 70 · û ¨È ¨ © Ï °Å ¶ £ %£
料液
有 机 相
反胶团萃取的原理
静电引力：主要是蛋白质的表面电荷与反胶束内 表面电荷（离子型表面活性剂）之间的静电引力 作用。 空间位阻作用：增大反胶束极性核的尺寸，以减 小大分子蛋白进入胶核的传质阻力。 凡是能够引起静电引力，能够促使反胶束尺寸增 大的因素均有利于提高分配系数。 这些因素主要是pH、离子强度、表面活性剂种类 和浓度等，通过因素优化，实现选择性地萃取和 反萃取。
2、 蛋白质的分配平衡
一种物质在两相系统中的分配行为可用分配系数 来描述，分配系数K为该物质在上相和下相中的浓度 之比。
cT K cB
控制能够影响物质分配系数K的因素，包括环境 因素，相系统性质和组成就能改变物质的分配系数。
常用的双水相体系
体系类型 化合物1 化合物2
高聚物/高聚物体系
聚丙二醇
5 生物产品萃取技术
生物工程下游技术
Company
LOGO
?萃取 有机溶剂萃取
萃取：利用物质在两种互不混溶的溶剂中的分配差 异进行分离的技术。
有机溶剂萃取：以与水互不相溶的有机溶剂作萃取 剂从水相中萃取目的产物的分离技术。广泛应用 于抗生素、有机酸、维生素等发酵产品生产。
用于蛋白质、核酸、酶等生物大分子的分离很少成功。
• 因为若再升高压力，萃取收率的提高，相对于为获得及保持 这样高的压力所增的投资和操作费用来说就不经济了。 • 温度T升高，一般情况下CO2的溶解力有所增加，且较压力 影响明显。仍以超临界CO2 萃取沙棘油为例。F＝30MPa，T ＝32℃时，沙棘油的收率为90.1%，当温度升高T＝40℃， 油的收率提高到92.1％．但温度的升高受到对所萃取物质热 敏性要求的限制。
PEG = 聚已二醇(polyethylene glycol)
Kpi = 磷酸钾
DX = 葡聚糖(dextran)
1、Pro如何分布 2、影响因素 3、应用
1、 ATPS相图
双节线(bi-nodal)：
图中的曲线。 双节线以下的区域为均相区,以上的区域 为两相区，即ATPS 。
系线(tie line)：
4
Applications
1)、蛋白质、酶的纯化 2)、多肽的分离纯化 3)、核酸的分离纯化 4)、病毒、细胞、细胞器的分离
双水相系统萃取酶的一般流程图
5.2 反胶团萃取
• 反胶团萃取技术（Reversed micellar extraction）是近 年来发展起来的一种新型萃取分离技术，主要适合于蛋白 质的提取和分离。 • 反胶团体系由水、有机相及表面活性剂组成，是表面活性 剂分散于连续有机相中自发形成的一种具有微水池结构的 油包水微乳液。
在使用助溶剂的时候，要注意助溶剂的分离和残留。
但
超临界流体的密度与液体基本相同，而其 粘度比液体小10～100倍，其自扩散系数远大于 液体的自扩散系数，可以迅速渗透到物体的内 部溶解目标物质，快速达到萃取平衡。因此在 固体内提取有效成份时，用超临界流体作为萃 取剂远优于液体。
超临界二氧化碳萃取流程图
细胞破碎物浓度对酶分配系数的影响 系统：PEG/(NH4)2SO4 ■PEG1000 ◆PEG1500
体 积 比 (VT/VB) 细胞破碎物浓度(%)
细胞破碎物浓度(%)
产 率 (%)
相系统中细胞破碎物浓度对分配系数和相比的影响 ○ 相比 ■ 产率
细胞破碎物在系统中的浓度不仅影响分配系数， 对上相与下相的比例 有影响。随着系统中细胞破碎物浓度的增加，上相与下相之比(VT/VB)减 小。因此，一般细胞破碎物在相系统中浓度大于 20-30%，萃取率会明显 降低。
Questions
A、protein萃取？ B、胞内酶的萃取？
5.1 双水相萃取
1、 双水相基本原理(ATPS相图)(重点) 2、 蛋白质的分配平衡（熟悉）
3、 影响分配平衡因素（熟悉）
4、 Applications （了解）
双水相系统(aqueous two-phase systen, ATPS)
流体在临界区域附近，压力和温度的微小变化，会引起
流体密度的大幅度变化，而非挥发性溶质在超临界流体中的 溶解度大致和流体的密度成正比，保持温度恒定，增大压力，
流体密度增大，对溶质的萃取能力增强；保持压力恒定，提
高温度，流体密度相对减小，对溶质的萃取能力降低，使萃 取剂与溶质分离。超临界流体萃取正是利用了这种特性，形
聚乙二醇、聚乙烯醇、葡聚 糖（Dex）、羟丙基葡聚糖
聚乙二醇（PEG） 聚乙烯醇、葡聚糖 高聚物/无机盐体系 高聚物/聚电解质体 系 聚电解质/聚电解质 体系 聚乙二醇 硫酸葡聚糖钠盐 硫酸镁、硫酸铵、硫酸钠、 磷酸钾、酒石酸钾钠 甲基纤维素
羧甲基葡聚糖钠盐 羧甲基纤维素钠盐
普通双水相系统
普通双水相萃取是指主要依靠空间位阻分配和界 面电位分配的双水相萃取，如利用聚合物/聚合物 系统和聚合物/盐系统的萃取。 为了改进萃取效率和分离效果，利用控制相系统 的pH或在相系统中加入盐或有机溶剂的方法提高 目的物的分配系数。 普通的双水相萃取系统的选择性比较低，只适用 于产物回收和初步分离。
(2)溶解力与P．T的关系 (P83) 超临界CO2的溶解力受P和T
的影响较大。压力P增加，超临界C02的密度增加，溶解力
也相应增加，其实验的结果也是如此。以超临界CO2 萃取
沙棘油为例，T＝39℃，P＝15MP时，油的收率为88.0％， 同样温度下，增加压力P＝25MPa时，油的收率增加到90.7 ％。但一般当压力在40MP时，超临界CO2 的溶解力就达到 了实际所能获得的最高限。
思
考
1、何谓双水相萃取?常见的双水相构成体系有哪些？
2、反胶团的构成以及反胶团萃取的基本原理？
超临界流体的应用实例
用超临界CO2从咖啡中脱除咖啡因 超临界CO2可以有选择