青霉素提取工藝

1、青霉素的提取工藝青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被稱為青霉素G、peillin G、 盤尼西林、配尼西林、青霉素鈉、芐青霉素鈉、青霉素鉀、芐青霉素鉀。青霉素是抗菌素的一種，是指從青霉菌培養(yǎng)液中提制的分子中含有青霉烷、能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素。青霉素類抗生素是-內(nèi)酰胺類中一大類抗生素的總稱。 （圖1.青霉素分子式）化學特性青霉素又稱鹽酸巴氨西林。其化學名為1-乙氧甲酰乙氧6-D（-）-2-氨基-2-乙酰氨基青霉烷酸鹽酸鹽。是一種有機酸，性質(zhì)穩(wěn)定，難溶于水?？膳c金屬離子或有機堿結(jié)合成鹽，臨床常用的有鈉鹽、鉀鹽。 青霉素鹽如青

2、霉素鉀或鈉鹽為白色結(jié)晶性粉末，無臭或微有特異性臭，有引濕性。干燥品性質(zhì)穩(wěn)定，可在室溫保存數(shù)年而不失效，且耐熱。遇酸、堿、重金屬離子及氧化劑等即迅速失效。極易溶于水，微溶于乙醇，不溶于脂肪油或液狀石蠟。其水溶液極不穩(wěn)定，在室溫中效價很快降低10%，水溶液pH為5.57.5。青霉素價格較為便宜，因而也證明了生產(chǎn)并提取青霉素是有著較為成熟的工業(yè)方法的。 （圖2青霉素的售價）青霉素的提純青霉素提純工藝流程簡圖： （圖3） 因為青霉素水溶液不穩(wěn)定，故發(fā)酵液預處理、提取和精制過程要條件溫和、快速，防止降解。在提煉過程中要遵循下面三個原則：時間短溫度低pH適中1.預處理 發(fā)酵結(jié)束后，目標產(chǎn)物存在于發(fā)酵液中，

3、濃度較低，只有1030kg/m3，并且含有大量雜質(zhì)，如高價無機離子（Ca,Mg,Fe離子），菌絲，未用完的培養(yǎng)基，易污染雜菌，產(chǎn)生菌的代謝產(chǎn)物，蛋白質(zhì)等。因此必須對其進行的預處理，其目的在于濃縮目的產(chǎn)物，去除大部分雜質(zhì)，利于后續(xù)的分離純化過程，是進行分離純化的第一個工序。2.過濾發(fā)酵液在萃取之前需預處理，可在發(fā)酵液加少量絮凝劑沉淀蛋白（比如明礬），或者調(diào)解發(fā)酵液pH至蛋白質(zhì)的等電點以沉淀蛋白，然后經(jīng)真空轉(zhuǎn)鼓過濾（以負壓作過濾推動力）或板框過濾（浮液用泵送入濾機的每個密閉的濾室，在工作壓力的作用下，濾液透過濾膜或其它濾材，經(jīng)出液口排出，濾渣則留在框內(nèi)形成濾餅，從而達到固液分離目的），除掉菌絲體及

4、部分蛋白。青霉素在常溫下易降解，因而發(fā)酵液及濾液應(yīng)冷至10 以下，過濾收率一般90%左右。（1）菌絲體粗長10µm，采用鼓式真空過濾機過濾，濾渣形成緊密餅狀，容易從濾布上刮下。濾液，蛋白質(zhì)含量0.05-0.2%。需要進一步除去蛋白質(zhì)。（2）改善過濾和除去蛋白質(zhì)的措施：硫酸調(diào)節(jié)，加入0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0.7%硅藻土為助濾劑。再通過板框式過濾機。濾液澄清透明，進行萃取。3.萃取 青霉素的提取采用溶媒萃取法。這是利用抗生素在不同的pH值條件下以不同的化學狀態(tài)（游離態(tài)酸或鹽）存在時，在水及水互不相溶的溶媒中溶解度不同的特性，使抗生素從一種液相（如發(fā)酵濾液）轉(zhuǎn)移到另一種液相（如有

5、機溶媒）中去，以達到濃縮和提純的目的。青霉素分子結(jié)構(gòu)中有一個酸性基團(羧基)，青霉素的pKa=275，所以將青霉素G的水溶液酸化至pH20左右，青霉素即成游離酸。這種青霉素酸在水中溶解度很小，但易溶于醇類、酮類、醚類和酯類，利用這一特性，工業(yè)上可用溶媒萃取法從發(fā)酵液中分離并提純青霉素。在酸性條件下青霉素轉(zhuǎn)入有機溶媒中，調(diào)節(jié)pH至2.0左右，再轉(zhuǎn)入中性水相，反復幾次萃取，即可提純濃縮。選擇對青霉素分配系數(shù)高的有機溶劑。工業(yè)上通常用醋酸丁酯和戊酯。萃取23次。從發(fā)酵液萃取到乙酸丁酯時，pH選擇，從乙酸丁酯反萃到水相時，pH選擇。發(fā)酵濾液與乙酸丁酯的體積比為，即一次濃縮倍數(shù)為。為了避免pH波動，采用

6、硫酸鹽、碳酸鹽緩沖液進行反萃。發(fā)酵液與溶劑比例為34。幾次萃取后，濃縮10倍，濃度幾乎達到結(jié)晶要求。萃取總收率在85左右。所得濾液多采用二次萃取，用10%硫酸調(diào)pH2.03.0，加入醋酸丁酯，用量為濾液體積的三分之一，反萃取時常用碳酸氫鈉溶液調(diào)pH7.08.0。在一次丁酯萃取時，由于濾液含有大量蛋白，通常加入破乳劑防止乳化。第一次萃取，存在蛋白質(zhì)，加0.05-0.1%乳化劑PPB。萃取條件：為減少青霉素降解，整個萃取過程應(yīng)在低溫下進行（10 以下）。萃取罐冷凍鹽水冷卻。在萃取過程中，青霉素的降解受溫度、酸度影響很大, 這是決定操作工藝條件的主要因素, 許多學者對其進行了研究, 已詳細考察了不同

7、 pH 條件下水溶液的溫度對青霉素降解半衰期的影響, 如圖 4所示。他們認為: 青霉素的穩(wěn)定區(qū)間是pH58, 在pH6.0 最為穩(wěn)定, 在酸性或堿性條件下降解都很快。將該數(shù)據(jù) 進行曲線擬合可以得到不同溫度下青霉素降解半衰期與水溶液pH 的關(guān)系曲線。 （圖4.水中青霉素降解與 pH 的關(guān)系 (25 °C) (圖5.青霉素降解半衰期與pH的關(guān)系） a: pH4. 0, b: pH5. 0, c: pH6. 0, d: pH6. 25,e: pH6. 5, f: pH7. 0, g: pH8. 0, h: pH9. 0）可以看出, 在pH 值一定的條件下, 溫度越低青霉素越穩(wěn)定。因此工廠都

8、采用低溫操作, 萃取在pH2. 0、溫度5°C下進行。但是這既增加了能耗, 也增加了乳化的可能性。另一方面, 青霉素在醋酸丁酯中卻很穩(wěn)定。據(jù)報道，室溫下, 其半衰期達 75 h 以上。從圖5 可以看出, 在半衰期不變的情況下, pH 值越高, 允許的操作溫度也越高。也就是說, 只要能提高操作pH 值, 就可以在較高溫度下進行萃取操作。工廠采用的操作條 件下半衰期只有 2 h, 如果其操作 pH 值提 高, 就可以在常溫下操作。這取決于pH 對萃取率的影響。為研究溫度、酸度對萃取率的影響, 用模擬料液在不同溫度和平衡pH 值下進行了實驗研究, 用分光光度法進行分析。結(jié)果表明青霉素的萃取率受pH 影響很大; 提高萃取的 平衡pH 值, 萃取率將明顯下降。另一方面, 在相同pH下隨操作溫度升高萃取率也稍有升高(圖 6)。（圖6.溫度、pH對青霉素萃取率的影響）4.脫色萃取液中添加活性炭，除去色素、熱源，過濾，除去活性炭。5.結(jié)晶萃取液一般通過結(jié)晶提純。青霉素鉀鹽在醋酸丁酯中溶解度很小，在二次丁酯萃取液中加入醋酸鉀-乙醇溶液，青霉素鉀鹽就結(jié)晶析出。然后采用重結(jié)晶方法，進一步提高純度，將鉀鹽溶于KOH溶液，調(diào)pH至中性，加無水丁醇，在真空條件下，共沸蒸餾結(jié)晶得純品。直接結(jié)晶：在2次乙酸丁酯萃取液中加醋酸鈉乙醇