鹽析萃取技術及應用系列
（一）鹽析與鹽析萃取的概念
2020級碩士生劉桂敏提供部分資料，修志龍老師整理
1. 鹽析(Salting out)
廣義地講，通過向溶液中加入一定量的無機或有機鹽，利用不同物質在高濃度鹽溶液中溶解度的差異，使溶質析出的現象。與之相反的現象是，少量鹽有助於某些物質（尤其是生物大分子）在水中溶解，稱之為鹽溶(Salting in)。
在生物化工學科領域，鹽析是指蛋白、酶、多糖等生物大分子被鹽從溶液中以沉澱的形式析出的過程。例如加入硫酸銨可使蛋白質沉澱析出，主要原理是破壞蛋白質表面的水化層，使蛋白質分子間利用疏水相互作用聚集沉澱。最典型的生活案例是滷水點豆腐，將海鹽結晶的母液（富含鈣、鎂離子的滷水）加入煮沸的豆漿中，蛋白被鹽析出來，擠壓成為豆腐。
實際上有些溶質從溶液析出不一定都是以沉澱的形式，也可能是液體或更濃的溶液形式與主體溶液分離。例如向乙醇或2，3-丁二醇等水溶液加入一定量可溶性硫酸鹽、醋酸鹽或磷酸鹽後，就會出現分層現象，上層是富醇相，下層是富鹽相，這種現象也是鹽析。
2. 萃取(Extraction)
利用物質在兩個互不相溶的液相中溶解度的差異而達到分離目的的方法。被分離物或目標產物在兩相的濃度比稱為分配係數，兩相的體積比稱為相比。為了提高分配係數，有時利用萃取劑或助劑與目標產物之間的化學反應、絡合作用或親和作用，相應的萃取稱為反應萃取、絡合萃取或親和萃取。將目標產物從有機萃取相轉入水相的操作稱為反萃取。
萃取時使用的萃取劑除了常見的疏水性有機溶劑（如石油醚、乙酸乙酯等）外，有時還使用表面活性劑作助劑，在有機相中形成內部親水的反膠團，稱為反膠團萃取。也有單用表面活性劑作萃取劑，此時一般需要加鹽才易成相。與此相似，親水性有機溶劑用作萃取劑時也需要鹽才能成相，這種方式也稱為雙水相萃取。當然雙水相萃取體系更多的是指兩種水溶性高聚物（如聚乙二醇和葡聚糖）或一種聚合物（PEG）和鹽形成的兩水相體系，多用於蛋白、酶的萃取。另外超臨界流體也可用作萃取劑，從固體或液體中萃取低沸點或熱敏性成分，這類萃取方式稱作超臨界流體萃取。
萃取易與浸取（leaching）混淆，後者是用某種溶劑把有用物質從固體原料提取到溶液中的過程，如中藥熬製過程、溼法冶金等。萃取是液-液兩相體系，而浸取是固-液兩相體系。當然也有將浸取與萃取結合的集成操作，形成液-液-固或液-固-液三相或多相體系。
3. 鹽析萃取(Salting-out extraction)
狹義地講，鹽析萃取是有機溶劑（萃取劑）與鹽（鹽析劑）在一定濃度範圍內形成的分相行為，因所用溶劑多為親水性的，上下兩相含水量較大，所以早期常稱為雙水相萃取。廣義地講，萃取劑也可以是疏水性溶劑、表面活性劑、離子液體或高聚物，這些萃取體系都因水離子化、鹽析效應、鹽與萃取劑之間奪取水分子而導致目標產物分配行為的差異，因此也可以歸為鹽析萃取。
在蛋白質和酶的鹽析萃取中，鹽發揮了雙重作用：鹽析作用和萃取動力。當萃取劑是有機溶劑時，往往伴隨有機溶劑沉澱作用，甚至使一些在有機溶劑中不穩定的雜蛋白變性。此時有機溶劑沉澱、鹽析和萃取三個單元分離集成為鹽析萃取一個單元操作，在特定蛋白/酶的分離中具有特殊的應用價值。蛋白質有時以固相的形式被鹽析，有時被鹽驅使分配到其中一（液）相，或者二者兼具，這取決於體系組成、pH、蛋白類型和濃度等因素。鹽的存在還使原本互溶的兩種溶劑（如正己烷和乙醇）在特定條件下形成三液相、甚至液-液-固-液四相系統，這有利於不同極性的複雜樣品的分離，例如南極磷蝦中油脂和蛋白的一步分離以及極性有差異的多種天然產物的同步分離。另外，去除溶劑後的上相仍有少量鹽或者富含鹽的下相使溶解其中的蛋白/酶具有較強的疏水表面，有利於後續疏水作用層析或吸附固定化的銜接，形成鹽析萃取與疏水層析或固定化的偶聯新工藝。
基於有機溶劑作萃取劑的鹽析萃取系統具有如下特點：
（1）溶劑成本低，原料豐富廉價；
（2）溶劑粘度小，傳質和分相速度快，無乳化現象；
（3）溶劑揮發度大，可省去反萃步驟，降低操作費用；
（4）體系簡單，易放大，溶劑回收容易。
加入的鹽可以依據其性質進行回收，通用的方法是溶劑析出結晶，即向富鹽相加入過量的可溶性有機溶劑（也可以是萃取劑），使鹽從溶液中析出回收或循環使用。另外，電滲析也是回收高鹽的一種新興方法。
4.鹽析萃取的應用(Application of salting-out extraction)
（1）天然產物：如丹參酮IIA/丹酚酸B、辣椒鹼/辣椒紅素、藍莓花青素、白藜蘆醇和薯蕷皂苷等天然產物的分離，一步萃取收率均高於90%。
（2）蛋白質、酶、油脂或脂肪酸等生物大分子：如白蛋白、抗體、青黴素醯化酶、南極磷蝦油、裂殖壺菌富含DHA油等。可以利用有機溶劑/無機鹽體系使雜蛋白變性，從而去除雜質，如將發酵液中的雜蛋白去除有利於目標產物的回收或分離純化。萃取油脂時往往使用疏水溶劑/親水溶劑/鹽組成的三液相鹽析萃取體系，油脂分配在上層的疏水溶劑相。
（3）生物基化學品：有機酸、醇和酮，如乳酸、琥珀酸、1,3-丙二醇、2,3-丁二醇、乙偶姻、丙酮/丁醇等，一步萃取產物回收率可達90%以上，並可以有效去除細胞和蛋白質。常用甲醇、乙醇、丙酮或異丙醇等低沸點溶劑作萃取劑，用溶解度較高的磷酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、醋酸鹽作鹽析劑。
另外鹽析萃取也用於金屬離子、抗生素等分離，與多相萃取體系匹配的萃取器研發也非常重要。