第十章分子蒸馏.

第十章分子蒸馏一、学习目的与要求本章在掌握分子蒸馏及原理的基础上，了解分子蒸馏流程和设备，以及其应用领域。二、学习指南（一）分子蒸馏原理及特点（重点）识记：分子蒸馏原理理解：分子蒸馏的过程和特点（二）分子蒸馏流程和设备（次重点）理解：分子蒸馏的流程和设备特点（三）分子蒸馏应用（一般）理解：分子蒸馏的应用领域概念分子蒸馏也称短程蒸馏，是一种在高真空度条件下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过程。由于分子蒸馏过程中操作系统的压力很低（102－10-1Pa），混合物易挥发组分的分子可以在温度远低于沸腾时挥发，而且在受热情况下停留时间很短（10-1－101s），故该过程已成为分离目的产物最温和的蒸馏方法，特别适于分离低挥发度、高沸点、热敏性和具有生物活性的物料。第一节分子蒸馏原理和特点1.1分子蒸馏过程①分子从液相主体到蒸发表面；②分子在液层表面上的自由蒸发；③分子从蒸发表面向冷凝面飞射；④分子在冷凝面上冷凝。1.2分子蒸馏过程特点：①分子蒸馏过程中整个系统可在很高的真空度下工作。②分子蒸馏过程是不可逆的。③分子蒸馏的分离能力既与各组分间的相对挥发度有关，又与各组分的分子量有关。④分子蒸馏是液膜表面的自由蒸发过程，没有鼓泡、沸腾现象。第二节分子蒸馏流程和分子蒸发器2.1分子蒸馏流程2.2分子蒸发器①静止式蒸发器②降膜式蒸发器③刮膜式蒸发器④离心式蒸发器在制药领域，分子蒸馏技术主要应用于浓缩或纯化高分子量、高沸点、高粘度及热稳定性较差的药物成分，如卵磷脂的浓缩，糖溶液的浓缩，酶、维生素和蛋白质的浓缩，生化溶剂的浓缩，挥发油的提纯，天然药物提取后有机溶剂的去除，抗生素发酵后水和溶剂的去除，重金属的脱除，超标残余农药的脱除等。第三节分子蒸馏在制药领域的应用a)天然维生素E的提纯b)从鱼油中分离DHA、EPAc)脱除中药制剂中的残余农药和有害重金属绪论:制药工业:生物制药制药工业化学合成制药中药制药生物药物人类防病治病的三大药源化学药物中药课程总结制药工业下游加工过程的基本框架，具有四个基本的分离阶段：（1）发酵液的预处理与固液分离主要任务是去除发酵液中的固相物质，为后继过程提供澄清或洁净的原料液体。过滤和离心分离是这方面的主要单元操作。（2）初步纯化（或称产物的提取）主要任务是提高产品的浓度和质量，蒸发、沉淀、萃取和吸附是该阶段的典型操作。（3）高度纯化（或称产物的精制）去除与产品有类似化学性质和物理性质的杂质，大大提高产品的纯度。层析、超滤、电泳是该阶段的有效方法。（4）成品加工（产品的精制）常采用结晶和干燥。制药分离工程原料的预处理沉淀萃取膜分离吸附与离子交换层析电泳结晶分子蒸馏固液分离产物的提取产物的精制产品的精制原料预处理超声破碎法化学试剂法撞击破碎法球磨破碎法压力破碎法细胞分离细胞破碎过滤离心沉降重力沉降机械方法非机械方法冷冻-融化法酶溶法差速离心区带离心沉淀蛋白质表面特性:水化层,双电层;静电排斥作用to盐析沉淀to有机溶剂沉淀to重点掌握各种沉淀方法的原理及其影响因素等电点沉淀to沉淀(概念)蛋白质的水溶液呈胶体性质。其表面由不均匀分布的荷电基团形成的荷电区、亲水区和疏水区构成。其分子周围存在的与蛋白质分子紧密或疏松结合的水化层和双电层是蛋白质形成稳定的胶体溶液、防止蛋白质凝聚沉淀的屏障之一；另一屏障是蛋白质之间的静电排斥作用。所以，蛋白质的沉淀可采用加入无机盐的盐析法、加酸碱调节溶液pH等电点沉淀法、加水溶性有机溶剂法等方法来降低蛋白质周围的水化层和双电层厚度，来降低蛋白质溶液的稳定性，实现蛋白质的沉淀。back盐析沉淀原理盐析：蛋白质在高离子强度的溶液中溶解度降低、发生沉淀的现象。盐析法是分离蛋白质的一种重要手段，它有效、价廉，且不易引起蛋白质变性，故在蛋白质分离中被广泛采用。影响盐析的因素影响盐析的主要因素有无机盐的种类、浓度、温度和pH值。back等电点沉淀蛋白质有一重要的电特征，即等电点。由于蛋白质的带点性与溶液的pH有关，当溶液的pH为某一值时，蛋白质不带电，这时的pH值常用pI表示，称为等电点。不同蛋白质的pI值不同。在溶液的pH＝pI时，蛋白质的溶解度最小。等电点沉淀法的依据是，基于不同蛋白质具有不同等电点的这一电特性，如果依次改变溶液的pH值，便可使具有不同pI值的杂质蛋白质，依次沉淀而被除去。等电点沉淀的操作条件是：低离子强度；pH=PI。back有机溶剂沉淀概念：在含有蛋白质的水溶液中，加入亲水性有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。原理：①破坏了溶质分子周围的水化层，导致脱水凝聚；②有机溶剂的介电常数比水小，随着有机溶剂的加入，溶液的介电常数下降，蛋白质分子间的静电引力增大，从而凝聚和沉淀。有机溶剂的选择：①介电常数小；②与水互溶、在水中有很高的溶解度；③致变作用小；④毒性小，挥发性适中。萃取概念(萃取液,萃余液),萃取分配定律to溶剂萃取:萃取影响因素,设备类型to浸取:概念,影响因素to双水相萃取:概念,系统的类型,影响因素to分类反胶团萃取:本质和特点,推动力,影响因素to超临界萃取:特征,影响因素to液膜萃取:膜相液组成,液膜分类to萃取萃取剂：萃取操作中至少有一相为流体，称该流体为萃取剂。萃取过程中，离开液-液萃取器的萃取剂相为萃取液；经萃取剂相接触后离开的料液相称为萃余液（残液）。2、分配定律分配定律：在恒温恒压条件下，溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时，如果其在两相中的相对分子质量相等,则其在两相中的平衡浓度之比为常数，这个常数称为分配系数A=C2/C1适用条件：相同分子形态存在于两相中的溶质的浓度之比。不适合化学萃取，固溶质在各相中并非以同一种分子状态存在。back3、溶剂萃取操作3.1水相物理条件的影响pH值：由分配系数的计算可知，无论是物理萃取还是化学萃取，水相pH值对弱电解质分配系数有显著影响。物理萃取时，弱酸性电解质的分配系数随pH降低而增大，而弱碱性电解质则正相反，而分配系数又直接影响萃取收率；另外，溶液的pH也影响药物的稳定性。3.2有机溶剂或稀释剂的选择选择合适的有机溶剂，可使目标产物有较大的分配系数和较高的选择性。由相似相溶的原理，重要的相似是在分子的极性上。选择与目标产物极性相近的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大分配系数。有机溶剂应满足:（1）价廉易得；（2）与水相不互溶；（3）容易回收和再利用；3.3化学萃取剂由于氨基酸和一些极性较大的抗生素的水溶性很强，在有机相中的分配系数很小甚至为零，利用一般的物理萃取效率很低，须采用化学萃取。由于萃取剂与抗生素形成复合物分子的疏水性比抗生素高，从而在有机相中有很高的溶解度。因此，在抗生素萃取中，萃取剂又称带溶剂。3.4乳化现象乳化：水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象。产生乳化后使有机相和水相分层困难。产生乳化原因：发酵液中存在蛋白质和固体颗粒等物质，具有表面活性剂的作用，使有机溶剂（油）和水的表面张力降低，油或水易于以微小液滴的形式分散于水相或油相中，形成了乳浊液。4、液液萃取设备及其设计的理论基础液液萃取设备主要分为：1)混合-澄清式萃取器2)塔式微分萃取器back双水相萃取简介：双水相萃取是近年来发展起来的一种新萃取方法，主要用于酶和蛋白质的萃取。其特点是用两种不互相溶的聚合物，如聚乙二醇（PEG）和葡聚糖（Dex）进行萃取，而不用常规的有机溶剂为萃取剂。因为所获得的两相，均含有很高的水含量，一般达70－90％，故称双水相系统。定义：双水相萃取法是指利用物质在不相容的两水相间分配系数的差异进行萃取的方法。优点：(1):平衡时间短,含水量高,界面张力小,特别适合于生物活性物质的分离纯化(2):操作简单(3):易于放大双水相系统分为两大类：1）高聚物／高聚物如：PEG/DX,聚丙二醇/PEG,甲基纤维素/DX2）高聚物／低分子如：PEG/磷酸钾,PEG/磷酸铵,PEG/硫酸钠1.2双水相系统的类型3、影响分配系数因素（操作条件）的综合考察影响双水相萃取的因素：聚合物种类；聚合物的平均分子量；聚合物的分子量分布；离子种类；连结线长度（取决于浓度）；离子强度和pＨ值。back简介：浸取：又称液固萃取，是用液体提取固体原料中的有用成分的扩散分离操作。应用：1）中药才有效成分的提取2）动物性药材的浸取3）植物性药材的浸取第四节浸取2.3浸取的影响因素（1）药材的粒度（2）浸取温度（3）溶剂的用量及提取次数（4）浸取时间（5）浓度差（6）溶剂的pH值（7）浸取的压力back1.2反胶团萃取的本质反胶团萃取的本质仍然是液-液有机溶剂萃取，但与一般的有机溶剂萃取不同的是反胶团萃取利用表面活性剂在有机溶剂中形成反胶团，从而在有机相中形成分散的亲水微环境，使生物分子在有机相（萃取相）内存在于反胶团的亲水微环境中。1.3反胶团萃取的优势反胶团在有机相内形成一个亲水微环境，使蛋白质类生物活性物质溶解于其中，从而避免在有机相中发生不可逆变性。此外，构成反胶团的表面活性剂往往具有溶解细胞的能力，因此可用于直接从完整细胞中提取蛋白质和酶，省却了细胞破壁。反胶团萃取还具有成本低、溶剂可反复使用、易于规模化放大应用等优点。3.2反胶团萃取的主要推动力1）静电相互作用力2）空间相互作用力3）疏水性相互作用力5.2影响分配平衡的因素1）有机相助溶剂2）表面活性剂和助表面活性剂3）盐离子种类back油溶性醇,如己醇、辛醇等离子型和非离子型表面活性剂反离子的作用第六节超临界萃取超临界流体萃取（Supercriticalfluidextraction）,简称SFE是近20年来迅速发展起来的一种新型的萃取分离技术。是利用超临界流体（Supercriticalfluid,简称SCF）作为萃取剂,该流体具有气体和液体之间的性质,且对许多物质均具有很强的溶解能力,分离速率远比液体萃取剂萃取快,可以实现高效的分离过程。目前,超临界流体萃取已形成了一门新的化工分离技术,并开始在炼油、食品、香料等工业中的一些特定组分的分离上展示了它的应用前景。2、超临界流体特征当物质温度较其临界值高出10~100℃,压力为5~30MPa时物质进入超临界状态,此时,压力稍有变化,就会引起密度的很大变化。且超临界流体的密度接近于液体的密度，因此,超临界流体对液体、固体的溶解度与液体溶剂的溶解度接近。而粘度却接近于普通气体,自扩散能力比液体大100倍,渗透性更好。4、超临界萃取过程的影响因素1）压力当温度恒定时,提高压力可以增大溶剂的溶解能力和超临界流体的密度,从而提高超临界流体的萃取容量。2）温度当萃取压力较高时,温度的提高可以增大溶质蒸汽压,从而有利于提高其挥发度和扩散系数。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。3）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。在恒温时,密度增加,萃取速率增加;在恒压时,密度增加,萃取速率下降。4）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。5）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。当颗粒过大时,固体相内受传质控制,萃取速率慢,即使提高压力、增加溶剂的溶解能力,也不能有效地提高溶剂中溶质浓度。另一方面,当颗粒过小时,会形成高密度的床层,使溶剂流动通道阻塞而造成传质速率下降。back1、液膜分离原理1.1液膜组成液膜是分隔两个液相的第三液相,它与被分隔液体的互溶度极小。膜相液通常由膜溶剂、载体、表面活性剂、稳定剂所组成。1）膜溶剂是膜相液的基体,占膜总量的90%以上,选择膜溶剂主要考虑膜的稳定性和对溶质的溶解性。当原料液为水溶液时,用有机溶剂作液膜,当原料液为有机溶剂时,用水作液膜。1.2液膜分类液膜按其构型和操作方式的不同可分为：1）乳状液膜2）支撑液膜膜分离分类各种分离方法的基本原理to超滤,微滤透析反渗透膜的结构特性参数to电渗析渗透汽化浓差极化:概念,危害,解决措施to膜分离速度的影响因素to各种膜