萃取在生产生活中的应用课件.ppt

,萃取在生产生活中的应用,化工卓越11-2班徐向东,1,1、双水相萃取,1.1背景 分离纯化出高纯度有生物活性的蛋白质一直是项艰巨的工作。由于蛋白质的市场价格昂贵, 提高回收率能带来巨大的经济效益, 所以有关蛋白质在分离纯化中的失活及其对策在近年来受到很大的关注。,1.2优势 双水相萃取是通过溶质在两水相之间分配系数的差异而进行萃取的技术, 其应用于蛋白质的分离纯化具有以下优势: （1）体系含水量高, 可达80% 以上（2）萃取环境和操作条件温和, 蛋白质在其中不易失活（3）界面张力远远低于水- 有机溶剂两相体系的界面张力, 有助于强化相际间的质量传递 （4）易于按比例放大和进行连续性操作等 正是由于双水相萃取技术的诸多优势, 现已被广泛用于蛋白质的分离纯化, 取得了很好的成效。近年来, 双水相萃取技术的分离对象进一步扩大, 已包括了多肽、氨基酸、植物有效成分、重金属离子和抗生素等。,3,3、应用(1) 提取酶和蛋白质。这是双水相体系研究和应用最多的方面，发酵液、细胞培养液、植物、动物组织中细胞内、外的酶和蛋白质均可用双水相体系来提取。工业上已有几种双水相体系用于从发酵液中分离提取蛋白质和酶，绝大多数是用PEG作上相成相聚合物，葡聚糖、盐溶液和羟甲基淀粉的其中一种作下相成相物质。,双水相体系萃取牛血清,4,(2) 进行萃取性生物转化。应用实例有：利用葡萄糖和淀粉生产乙醇、利用葡萄糖生产丙酮丁醇、利用淀粉和纤维素水解生产葡萄糖、水解酪蛋白、发酵生产乳酸、将青霉素G转化为6-氨基青霉烷酸等。(3) 食品工业中用来从酸水解产物中提取二肽、氨基酸、核苷酸等风味物质。在生物技术方面，可用来提取DNA。(4) 萃取细胞、细胞器、膜等粒子。大多数都是用亲和萃取方法来达到目的的。(5) 应用于液- 液分配层析(LLPC)。将一种聚合物连接在固体颗粒(支持物) 上，另一种聚合物的溶液作为流动相，这种柱层析技术可分离蛋白质、核酸以及细胞混合物。,5,4、应用实例,以双水相体系分离蛋白质为例，其工艺流程大致分为三个方面：（1）目标产物的萃取（2）PEG的循环（3）无机盐的循环,6,（1）目标产物的萃取。把细胞的匀浆液倒入由PEG和Dextran构成的双水相体系中。静置让其分相，等体系稳定后，蛋白质将其分配到上相（PEG相），而细胞碎片，核算，纤维素等分配到了下相，然后把上下相分离，接着把目标蛋白质转移到盐相，方法是在上相中加入盐，形成新的双水相体系，从而将蛋白质与PEG分离，以利于使用超滤或透析将PEG回收利用和目标产物的进一步处理。（2）PEG的循环在进行工业上大规模分离，纯化操作时，要特别注意原料的回收利用，这样既有利于环保又节约了成本。（3）无机盐的循环将盐相冷却，结晶，然后离心分离回收。其他还有电渗析法、膜分离法等方法回收盐类或除去PEG相的盐。,7,2、固相微萃取,1、简介 固相微萃取( solid-phase m icroextraction,SPME)是1990年由加拿大学者Paw liszyn 和他的合作者首创, 并于近10余年间迅速发展和完善的样品制备新技术。它摒弃了处理复杂样品时传统的溶剂提取操作步骤, 将萃取、浓缩、解吸、进样等功能集于一体, 灵敏度高且操作简便, 一经问世便受到了分析化学工作者的瞩目, 成为样品制备方法的热门课题。,9,2、原理 萃取头是SPME装置的核心, 其涂层的性质已经成为SPME 方法成功与否的关键。与其他萃取方法一样, SPME 萃取头涂层同样是遵循“相似相溶”的原则, 如同毛细管色谱柱的选择一样, 没有一种萃取头能够萃取所有的化合物。萃取头涂层的极性与厚度必须与分析物的性质相匹配, 具有极性较强涂层(如聚丙烯酸酯( PA ) )的萃取头适合于萃取极性化合物, 而具有非极性的聚二甲基硅氧烷( PDM S)涂层的萃取头则主要用于非极性化合物的萃取。理想的萃取头涂层应能满足下述四方面的要求: 对于分析物要有较强的萃取能力、能在较短时间内达到吸附平衡、热解吸时分析物能迅速地从萃取头上解吸、所选萃取头必须具有良好的热稳定性。,10,3、应用,虽然SPME技术在上世纪90年代初期已被研究建立, 但作为一种样品制备技术而进入环境、食品等应用领域却始于上世纪90年代中后期。上世纪末和本世纪初, 这一技术在食品分析中的应用获得尤为迅猛的发展 15 , 它不仅涵盖了风味分析、农药残留及各类污染物的监测, 而且其分析对象从蔬菜、水果、各种酒类、饮料、乳品扩展到了其他各类加工食品。,3.1 在食品风味分析中的应用,食品的风味组分分析是食品质量控制的重要内容。由于食品的基质特别复杂, 而其风味组分的含量往往仅为mg /L(mg /kg)或g /L(g /kg)量级,因此风味组分的提取与浓缩是食品分析的必经步骤。通常, 样品制备占整个分析工作量的60% 70%, 常用的处理方法诸如溶剂液-液萃取、同时蒸馏萃取等操作费时费力且结果的可比性差。相比之下, SPME 所具有的灵敏度高、操作简捷且价格低廉的优势, 很快就使它成为食品风味组分分析的首选技术。,11,在各种饮料酒中, 葡萄酒是最先采用SPME技术作风味组分分析的酒种。,我国范文来等采用HS-SPME 结合香味萃取稀释分析法( AEDA), 系统剖析了洋河大曲新酒与老酒香味组分的差异。,我国也有学者将这一技术用于中国传统的肉制品烤乳猪、腊肉、金华火腿和盐水鸭的特征组分剖析。,12,3.2 在食品安全分析中的应用,通常, 在分析蔬菜、水果等农产品和其他食品中的半挥发性或难挥发性的农药残留前, 需先采用有机溶剂进行样品处理, 这些处理方法及其后的分离净化都有着不同程度的缺陷, 处理步骤繁琐, 耗时长, 花费大, 尤其是使用对人体健康和生态环境有害的有机溶剂是这些前处理方法的共同弊端。相比之下, SPME的无溶剂萃取以及提取、浓缩、进样一体化的操作使它很快在农产品的农药残留分析中得到了应用。,13,超临界CO2萃取,1、超临界技术简介,超临界流体萃取技术是20世纪60年代兴起的一种新型分离精制技术。是利用流体在超临界状态时具有密度小、粘度小、扩散系数大等优良的传质特性而成功开发的, 它具有提取率高、产品纯度好、流程简单、能耗低等优点, 且其操作温度低, 系统密闭,尤其适合不稳定、易氧化的挥发性成分和脂溶性、分子量小的物质的提取分离, 为此类成分的提取分离提供了目前最先进的方法。,15,2、原理,超临界CO2流体萃取（SFE）分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系，即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的。在超临界状态下，将超临界流体与待分离的物质接触，使其有选择性地把极性大小、沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来。当然，对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的，但可以控制条件得到最佳比例的混合成分，然后借助减压、升温的方法使超临界流体变成普通气体，被萃取物质则完全或基本析出，从而达到分离提纯的目的，所以超临界CO2流体萃取过程是由萃取和分离过程组合而成的。,16,3、工艺流程,17,4、应用,4.1 临界流体萃取技术在天然香料工业中的应用,传统的提取方法使部分不稳定的香气成分受热变质，但在超临界条件下，可以将整个分离过程在常温下进行，萃取物的主要成分精油和特征的呈味成分同时被抽出，并且CO2 无毒、无残留现象。从洗涤用品、化妆品中的添加剂到香水，使得植物芳香成分在精细日用化工中是不可或缺的一部分。,18,4.2 食品方面的应用,伴随着人类社会的进步，饮食文化的内涵不断丰富，人们对食品提出了营养性、方便性功能性等更多的要求，同时还越来越强调其安全性。我国食品工业应用超临界萃取技术已逐步由实验室研究走向产业化，集中用在脱咖啡因、啤酒花有效成分萃取、植物油脂的萃取、色素的分离等方面。,19,4.3 超临界萃取技术在医药领域的应用,超临界CO2萃取技术用于中草药有效成分的提取分离是目前医药领域最广泛的应用之一。目前已有直接利用纯SC-CO2萃取中草药中的活性成分, 涉及的中草药或天然植物在百种以上。与传统方法相比, 超临界CO2萃取仅需调整很少的参数就可实现中草药的提取;分离得到的有效成分纯度高、杂质少、无有机残留, 这些优点对资源稀缺的大然中草药提取尤为重要。超临界CO2萃取能够用于挥发性油、生物碱类、香豆素和木脂素类、黄酮类、菇类、多糖和皂苷类、醌类等多种 草药有效成分的提取。,20,4、膜萃取,1、膜萃取技术简介,膜萃取，又称固定膜界面萃取，是基于非孔膜技术发展起来的一种样品前处理方法，是膜过程和液液萃取过程相结合的新的分离技术，其萃取过程与常规萃取过程中的传质、反萃取过程十分相似。因此又称为微孔膜液液萃取，但与通常的液液萃取过程不同，其传质过程是分离料液相和溶剂相的微孔膜表面进行的，即在有机溶剂和水溶液相接触的固定界面层上完成的，故又被称为固定界面层膜萃取，简称膜基溶剂萃取或膜萃取。,22,2、原理,膜萃取就是将一微孔膜置于原料液与萃取剂之间,因萃取剂对膜的浸润性而迅速地浸透膜的每个微孔并与膜另一侧原料液相接触形成稳定界面层,微分离溶质透过界面层从原料液移到萃取剂中. 膜萃取过程中不存在通常萃取过程中液滴的分散和聚合现象。,23,3、应用,3.1 金属萃取,膜萃取用于金属萃取具有高效性,并且可以实现同级萃取反萃。戴猷元等以体积分数为30%的煤油( P204) -ZnSO4-H2 O为实验体系开展了研究工作。研究表明,中空纤维膜器能提供较大的传质比表面积,使其有相当的分离效率,并实验证明了同级萃取-反萃过程优势明显。,24,3.2 有机物的萃取,在有机物萃取方面,研究者选取了很多有工业背景的体系进行研究,证明了膜萃取在有机物萃取方面同样具有高效性和高选择性。随着世界环境污染的加剧,去除水中有机物成为研究者关注的另一问题。用膜萃取去除水中的有机物不仅效率高, 而且不会造成二次污染。,25,3.3 生化产物及药物的提取,在发酵反应中,很多产物本身是抑制剂,不利于微生物的发酵。分离与反应的耦合成为研究的热点。传统的萃取与发酵耦合时,由于萃取剂在发酵液中可能产生相水平上的夹带,为保证萃取剂的生物相容性,萃取剂的选择较为苛刻,有许多高效、价廉的萃取剂无法应用。而膜萃取不产生相水平上的分散和聚合,克服了这一缺点。,26,3.4 膜萃取生物降解反应器和酶膜反应器,膜萃取生物降解反应器是膜萃取和生物降解耦合的产物。在化学工业和石油工业等领域经常产生一些含有酸、碱、金属离子和有毒有机物的废水,膜萃取生物反应器是比较新颖的处理废水的技术之一。,27,谢 谢！,