双水相萃取和超临界萃取的方法与特点
专业 生物工程092
课程 酶工程
老师 王明力
学生 吴志洪
学号 0908110342
2012年12月25日
双水相萃取和超临界萃取的方法与特点
摘 要：双水相萃取技术是一种高效温和的新分离技术，它与传统的萃取及其它分离技术相比具有操作条件温和、处理量大、易于连续操作等优点，从而使其能广泛应用于生物分离工程中。同时文章简要介绍了超临界流体萃取的基本原理和特点及其应用，其中超临界CO2萃取是最常用的.随着研究的深入和认识的加强，超临界流体技术作为一项可持续的绿色工艺，将具有广泛的应用前景。 关键词：双水相萃取 超临界流体 萃取 Abstract: Phasepartitioning technology is a kind of high efficient mild new separation technique ，and the traditional extraction and other separation technology compared with mild conditions, large quantity of operation, easy for operation, which makes its advantages such as extensively applied in biological separation engineering.And his article introduces the basic principle of supercritical fluid extraction and it,s application ,The supercritical CO2 extraction is the most
commonly used.With the deepening of research and understanding of the strengthen, supercritical fluid technology as a sustainable green technology, has a broad prospect of application.
Keywords: aqueous two-phase extraction supercritical fluid extraction
1 双水相萃取的原理及特点
1.1
双水相萃取技术的原理
图1 PEG/ Dextran体系的相图
1.2双水相萃取技术的特点
双水相萃取与水—有机相萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配。当萃取体系的性质不同时，物质进入双水相体系后，由于表面性质、电荷作用和各种力(如憎水键、氢键和离子键等)的存在和环境因素的影响，使其在上、下相中的浓度不同。溶质(包括蛋白质等大分子物质、稀有金属以及贵金属的络合物、中草药成分等)在双水相体系中服从Nernst[ 1]分配定律：K= C上/ C下（其中K为分配系数，C上和C下分别为被分离物质在上、下相的浓度）系统固定时，分配系数为一常数，与溶质的浓度无关。当目标物质进入双水相体系后，在上相和下相间进行选择性分配，这种分配关系与常规的萃取分配关系相比，表现出更大或更小的分配系数。如各种类型的细胞粒子、
噬菌体的分配系数都大于100或者小于0101，因此为物质分离提供了可能。水溶性两相的形成条件和定量关系常用相图来表示，以PEG/ Dextran体系的相图为例(图1[2 ] )，这两种聚合物都能与水无限混合，当它们的组成在图1曲线的上方时(用M点表示)体系就会分成两相，分别有不同的组成和密度，轻相(或称上相)组成用T点表示，重相(或称下相)组成用B表示。C为临界点，曲线TCB称为结线，直线TMB称为系线。结线上方是两相区，下方是单相区。所有组成在系统上的点，分成两相后，其上下相组成分别为T 和B。M点时两相T和B的量之间的关系服从杠杆定律，即T和B相重量之比等于系线上MB与MT的线段长度之比。
双水相萃取成为新兴生物技术产业研究的热点，主要是该技术对于生物物质的分离和纯化表现出特有的优点和独有的技术优势。双水相体系萃取技术具有如下特点：
(1)双水相系统之间的传质和平衡过程速度快，回收效率高，相对于某些分离过程来说，能耗小，速度快。如选择适当体系，回收率可达80%，倍数可达2~20倍；
(2)含水量高(70 %～90 %)，是在接近生理环境的温度和体系中进行萃取，会引起生物活性物质失活或变性；
(3)分相时间短，自然分相时间一般为5～15min；
(4)相体系的相间张力大大低于有机溶剂与水相之间的相间张力，相分离条件温和，因而会保持绝大部分生物分子的活性，而且可直接用在发酵液中。如潘杰等人用双水相技术直接从发酵液中将丙酰螺旋酶素与菌体分离、纯化[3]；
(5)大量杂质能与所有固体物质一同除去，使分离过程更经济；
(6)易于放大，各种参数可以按比例放大而产物收率并不降低。Albertson证明了分配系数仅与分离体积有关，这是其他过程无法比拟的，这一点对于工业应用有位有利；
(7)易于进行连续化操作[4]，设备简单，且可直接与后续提纯工序相连接，无需进行特殊处理；
(8)不存在有机溶剂残留问题，高聚物一般是不挥发性物质，因而操作环境对人体伤害很小以至基本无害；
(9)影响双水相体系的因素比较复杂，从某种意义上说，可以采取多种手段来提高选择性或提高收率；
(10)操作条件温和，整个操作过程在常温常压下进行；
(11)亲和双水相萃取技术可以提高分配系数和萃取的专一性。 由于双水相萃取具有上述优点，因此，被广泛用于生物化学、细胞生物学和生物化工等领域的产品分离和提取。
2 超临界流体萃取原理和特点
2.1 超临界萃取的原理
当液体的温度和压力处于它的临界状态。
如图1是纯流体的典型压力—温度图。
图中，AT表示气—固平衡的升华曲线，
BT表示液—固平衡的熔融曲线，CT表
示气－液平衡的饱和液体的蒸汽压曲
线，点T是气－液－固三相共存的三相
点。按照相率，当纯物的气－液－固三相共存时，确定系统状态的自由度为零，即每个纯物质都有自己确定的三相点。将纯物质沿气－液饱和线升温，当达到图中的C时，气－液的分界面消失，体系的性质变得均一，不再分为气体和液体，称点C为临界点。与该点相对应的临界温度和压力分别称为临界温度T0和临界压力P0。图中高于临界温
度和临界压力的有影阴的区域属于超临界流体状态。
在这种状态下，它既不完全与一般气相相同，又不是液相，故称为超临界流体。超临界流体有气、液相的特点，它既有与气体相当的高渗透力和低粘度，又兼有液体相近的密度和对物质优良的溶解能力。这种溶解能力能随体系参数的变化而连续的改变，因而可以通过改变体系的温度和压力，方便的调节组分的溶解度和萃取的选择性。利用上述特点，超临界二氧化碳萃取技术主要分为两大类原理流程即恒温降压流程和恒压升温流程。前者萃取相经减压，后者萃取相经升温。都使超临界流体丧失对溶质的溶解能力，达到分离溶质回收溶剂的目的。溶剂经增压或降温后循环使用。适用于超临界流体萃取的溶剂有乙烯、二氧化碳、乙烷、丙烷、氨、正庚烷、甲苯等，工业上二氧化碳是常用的溶剂。其临界温度为31.5℃，临界压力7.38MPa。作为超临界萃取流体，它具有许多独到之处，例如临界点容易达到，一般情况下不与被萃取物发生反应，无色、无味、无毒、无臭，使用安全，不易燃，易去除，易回收，价廉，对环境不产生污染，有抑菌效果，因此，它在轻工、食品、医药等领域得到广泛应用。
2.2 超临界萃取的特点
超临界萃取在溶解能力、传递性能及溶剂回收等方面具有突出的优点，主要表现在一下几个方面。
（1）由于超临界流体的密度接近于液体，因此超临界流体具有与液体溶剂相同的溶解能力，同时它又保持了气体所具有的传递特性，从而比液体溶剂萃取具有更高的传质速率，能更快地达到萃取平衡。
（2）由于在接近临界点处，压力和温度的微小变化都将引起超临界流体密
度的改变，从而引起其溶解能力的变化，因此萃取后溶质和溶剂易于分离且能节
约能源。
（3）超临界萃取过程具有萃取和精馏的双重特性，有可能分离一些难分离的物质。
（4）由于超临界萃取一般选用化学性质稳定、无毒无腐蚀性、临界温度不过高或过低的物质作萃取剂，不会引起被萃取物的污染，可以用于医药、食品等工业，特别适合于热敏性、易氧化物质的分离或提纯。
超临界萃取的缺点主要是设备和操作都在高压下进行，设备的一次性投资比较高。另外，超临界流体萃取的研究起步较晚，目前对超临界萃取热力学及传质过程的研究还远远不如传统的分离技术成熟，有待于进一步研究。
3 小结
本篇文章主要介绍了双水相萃取和超临界的萃取原理来好让大家对其有所了解，从两者的特点中让我们对两者有所比较对比。双水相萃取技术是一种高效温和的新分离技术，它与传统的萃取及其它分离技术相比具有操作条件温和、处理量大、易于连续操作等优点.其中超临界二氧化碳的萃取技术在生产中的应用知道超临界CO2萃取
（SCE）技术是食品工业新兴的一项萃取和分离技术。它是利用超临界CO2做萃取剂，从液体或固体物料中萃取、分离有效成份。与传统
的溶剂萃取法相比，SCE无化学溶剂残留，无污染，避免了萃取物在高温下热劣化，保护活性物质的生理活性，工艺简单，萃取剂无毒、易回收它具有良好的溶剂性质，因而被广泛地应用于有机的萃取。目前，超临界CO2已成为一种最常用的有机物萃取剂。
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