微生物工程 07 微生物工程下游工程概论.ppt

多级错流萃取 超临界流体萃取 当一种物质处于其临界点以上的温度和压力之下，则称之为超临界流体。 超临界流体是指气态和液态共存的一种边缘状态，没有相界边缘 超临界流体的密度比气体大数百倍，液体相当； 超临界流体的黏度接近气体，比液体小两个数量级； 超临界流体的扩散系数介于气体和液体之间。 密度接近液体——萃取能力强 粘度接近气体——传质性能好，高扩散性能 三、超临界流体萃取的基本原理 超临界流体的密度仅是温度和压力的函数，而其溶解能力在一定范围内与密度成比例，所以可以通过控制温度和压力改变物质的溶解度，特别是在临界点附近温度、压力的微小变化可导致溶质溶解度发生几个数量级的突变。 利用超临界流体的特殊性质，使其在超临界状态下，与待分离的物料接触，控制体系的压力和温度使其选择性地萃取出目的产物，然后通过降压或升温等方法降低密度，使萃取物得到分离。 四、超临界流体的选择 五、超临界二氧化碳萃取 临界点： T：31.1℃ P：7.4 MPa 优点： 临界条件温和：临界压力易达到；操作温度接近于常温，对热敏性的物质无影响。 可通过改变温度和压力实现选择性提取分离 产品分离简单，步骤少，效率高：萃取完成后，改变状态，可很容易脱除，无残留 无色、无臭、无毒、无害 性质稳定，不燃烧 无腐蚀性 价格便宜，来源方便，可循环使用 缺点：设备投资大 超临界流体萃取的流程 等温变压法： 萃取了溶质的超临界流体通过膨胀阀进入分离槽，压力下降，密度也下降，溶质溶解度下降而析出。 等压变温法： 萃取了溶质的超临界流体经加热器升温后在分离槽析出溶质。 吸附法 萃取了溶质的超临界流体通过吸附分离器（内含只吸附溶质的吸附剂），使溶质与萃取剂分离。 超临界流体的应用 咖啡因萃取 植物油萃取：胚芽油、玉米油、γ亚麻酸 天然香料提取：杏仁油、柠檬油 啤酒花有效成分提取 脱尼古丁 生化制品的提取 细胞破壁 … 反胶团萃取 反胶团：在非极性有机溶剂中，加入表面活性剂至一定浓度时，表面活性剂形成的一种纳米尺度的聚集体。 表面活性剂是由亲水憎油的极性基团和亲油憎水的非极性基团两部分组成的两性分子。 微胶团和反胶团——表面活性剂分子自聚集的结果，是热力学稳定体系。 微胶团：水溶液中 表面活性剂的极 性头朝外，疏水 的尾部朝内，中 间形成非极性的 “核” 反胶团： 表面活性剂的极 性头朝内，疏水 的尾部向外，中 间形成极性的“核” 常见的构成反胶团表面活性剂 阴离子表面活性剂 AOT（丁二酸-2-乙基己基磺酸钠/二-(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠） 阳离子表面活性剂 CTAB（溴化十六烷基三甲胺/十六烷基三甲基胺溴） DDAB（溴化十二烷基二甲铵） 非极性有机溶剂：环己烷，庚烷， 辛烷等 反胶团的特性 反胶团的临界胶团浓度：表面活性剂在非极性有机溶剂中能形成反胶团的最小浓度，用CMC来表示。这是体系特性，与表面活性剂的化学结构、溶剂、温度和压力等因素有关。CMC的数值可通过测定各种物理性质的突变(如表面张力、渗透压等)来确定。 反胶团的大小与溶剂和表面活性剂的种类与浓度、温度、离子强度等因素有关，一般为5－20nm。 反胶团的含水率：W=C水/C表。W越大，反胶团的半径越大 反胶团的溶解作用 反胶团溶解蛋白质的形式，有人提出四种模型： 水壳模型； 蛋白质分子表面疏水区域直接与有机相接触； 蛋白质吸附于反胶团内壁； 蛋白质疏水区与几个反胶团的疏水尾相互作用，被几个小反胶团“溶解”。 对亲水性蛋白质，普遍接受水壳模型。 反胶团的优点 极性“水核”具有较强的溶解能力。 生物大分子由于具有较强的极性，可溶解于极性水核中，防止与外界有机溶剂接触，减少变性作用。 由于“水核”的尺度效应，可以稳定蛋白质的立体结构，增加其结构的刚性，提高其反应性能。 反胶团萃取蛋白质的原理 对一个由水、表面活性剂和非极性有机溶剂构成的三元系统，存在有多种共存相，可用三元相图表示。 反胶团技术操作方法 制备含蛋白质反胶团的三种方法： 注入法 向含有表面活性剂的有机相中注入蛋白质水溶液 相转移法 将含有蛋白质的水溶液与含表面活性剂的有机相接触，在缓慢搅拌下，部分蛋白质转入有机相中，直到萃取达到平衡状态 溶解法 对于水不溶性蛋白质，将含水的反胶团有机溶剂与蛋白质粉末一起搅拌，形成含蛋白质的反胶团。 蛋白质进入反胶团的推动力： 普遍认为蛋白质进入反胶团的推动力与蛋白质表面的电荷和形成反胶团内表面的表面活性剂极性头部之间的静电引力有关。 也有人认为还与疏水作用、亲水作用以及位阻效应有关。 反胶团萃取蛋白质的工艺过程 两个步骤： 1.目标蛋白质从水相选择性地传入反胶团相（