《青霉素萃取法分離技術(shù)的研究進(jìn)展綜述》6300字

青霉素萃取法分離技術(shù)的研究進(jìn)展綜述摘要本文首先對青霉素進(jìn)行了概述，然后介紹了青霉素的具體提取工藝，包括預(yù)處理、過濾、提取、脫色、結(jié)晶等。通過三個(gè)萃取方法研究青霉素提取的影響因素。介紹了進(jìn)行了萃取平衡萃取方法、全液膜萃取方法和離子交換三個(gè)萃取方法。關(guān)鍵詞：青霉素；萃取工藝；方法研究AbstractInthispaper,anoverviewofpenicillinwasgiven,andthentheextractionprocessofpenicillinwasintroduced,includingpretreatment,filtration,extraction,decoloration,crystallizationandothersteps.Then,threeexperimentswerecarriedouttostudythefactorsrelatedtotheextractionofpenicillin.Inthispaper,threeexperimentswerecarriedout,suchastheextractionequilibriumexperiment,thewholeliquidmembraneexperiment,andtheionexchange.Keywords：Penicillin；extractionprocess；methodstudy?目錄摘要 1Abstract 2前言 41青霉素的概述 52青霉素的萃取流程 62.1預(yù)處理 72.2過濾 72.3萃取 72.4脫色 92.5結(jié)晶 93萃取方法 103.1萃取平衡法 103.2整體液膜法 103.3離子交換法 11總結(jié) 11參考文獻(xiàn) 12前言青霉素（Penicillin，或音譯盤尼西林）又被稱為芐青霉素鉀、青霉素G、配尼西林、青霉素鉀、peillinG、芐青霉素鈉、青霉素鈉、盤尼西林。青霉素是一種抗生素。它是一種含有抗生素penicillanes，能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起殺菌作用。這是一種從青霉中提取的抗生素。青霉素是一種β-內(nèi)酰胺類抗生素（β-內(nèi)酰胺類），和β-內(nèi)酰胺類抗生素包括青霉素、頭孢菌素、碳青霉烯類、單環(huán)和頭孢菌素類。青霉素是一種很普通的防腐劑。但皮膚試驗(yàn)必須在每次使用前進(jìn)行，以防止過敏。青霉素是一種高效、低毒、臨床應(yīng)用廣泛的重要抗生素。它的成功極大地增強(qiáng)了人類抵抗細(xì)菌感染的能力，并導(dǎo)致了抗生素家族的誕生。它的出現(xiàn)開創(chuàng)了抗生素治療疾病的新紀(jì)元。經(jīng)過幾十年的改進(jìn)，青霉素和口服青霉素已能治療肺炎、肺結(jié)核、腦膜炎、心內(nèi)膜炎、白喉、炭疽等。青霉素、鏈霉素、土霉素、四環(huán)素、四環(huán)素等抗生素相繼產(chǎn)生，提高了人類治療傳染病的能力。但同時(shí)，一些病原體的耐藥性也在增加。為了解決這個(gè)問題，研究人員正在開發(fā)更有效的抗生素，探索防止病原體獲得耐藥基因的方法，開發(fā)基于植物的抗菌劑。青霉素不耐受耐藥菌株（如耐藥金黃色葡萄球菌）產(chǎn)生的酶，且易被破壞，抗菌譜窄，對革蘭氏陽性菌有效。青霉素G鉀，鈉，鉀不僅可以直接靜脈注射，靜脈滴注，也需要仔細(xì)計(jì)算鉀，從而避免和抑制高鉀血癥的形成到人的心臟功能，死亡原因。Penicillins是很強(qiáng)的毒性。因?yàn)棣?內(nèi)酰胺作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，而人類只有沒有細(xì)胞壁的細(xì)胞壁，所以它們對人類的毒性較小。除了能引起嚴(yán)重的過敏反應(yīng)外，一般劑量下它們的毒性也不明顯。皮內(nèi)試驗(yàn)必須先做。青霉素過敏試驗(yàn)包括皮試法（簡稱青霉素皮試）和體外試驗(yàn)，其中皮內(nèi)注射更準(zhǔn)確。皮膚測試本身也有一定的風(fēng)險(xiǎn)，大約25%死于過敏性休克的患者死于皮膚試驗(yàn)。因此，無論是皮試還是注射都應(yīng)充分準(zhǔn)備。以不同批號的青霉素進(jìn)行交換，也需要重做皮膚試驗(yàn)。干粉可保存多年，無故障，但注射、皮膚試驗(yàn)不穩(wěn)定，以新鮮制劑為佳。此外，腎功能不全患者應(yīng)適當(dāng)調(diào)整劑量。另外，局部應(yīng)用過敏的機(jī)會(huì)較多，而且細(xì)菌容易產(chǎn)生耐藥性，所以不提倡。青霉素是適合各種A組和B組溶血性鏈球菌、肺炎鏈球菌、青霉素敏感的金黃色葡萄球菌革蘭氏陽性球菌感染，如產(chǎn)褥熱、腦膜炎、丹毒、敗血癥、猩紅熱、肺炎、中耳炎、扁桃體炎等。也為草綠色鏈球菌和腸球菌性心內(nèi)膜炎治療（聯(lián)合氨基糖苷類）；梭狀芽胞桿菌所致的破傷風(fēng)、放線菌病、氣性壞疽、奮森咽峽炎、雅司、炭疽、梅毒、鉤端螺旋體病、白喉、流行性腦脊髓膜炎、回歸熱、李斯特菌病、淋病、鼠咬熱等。青霉素也可用于預(yù)防風(fēng)濕性心臟病或先天性心臟病患者接受口腔手術(shù)或牙科手術(shù)時(shí)的心內(nèi)膜炎。青霉素對放線菌、革蘭陽性球菌、梭狀芽孢桿菌、革蘭陽性桿菌、螺旋體以及部分?jǐn)M桿菌有抗菌作用。青霉素對溶血性鏈球菌等鏈球菌屬，肺炎鏈球菌和不產(chǎn)青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。對腸球菌有中等度抗菌作用，梅毒螺旋體、淋病奈瑟菌、鉤端螺旋體、腦膜炎奈瑟菌、李斯特菌、白喉棒狀桿菌、念珠狀鏈桿菌、牛型放線菌和炭疽芽孢桿菌對該品敏感。流感嗜血桿菌和百日咳博德特氏菌產(chǎn)品也具有一定的抗菌活性，其他革蘭氏陰性需氧或兼性厭氧菌對產(chǎn)品敏感。該品對梭菌，消化鏈球菌，厭氧菌和擬桿菌黑色素有很好的抗菌作用，對擬桿菌的抗菌作用較差。青霉素通過抑制細(xì)菌細(xì)胞的四肽側(cè)鏈與五肽跨橋結(jié)合并阻斷細(xì)胞壁合成來發(fā)揮殺菌作用。革蘭氏陽性菌有效，由于缺乏革蘭氏陰性菌五肽橋和青霉素作用不大。1青霉素的概述青霉素類抗生素是β-內(nèi)酰胺類抗生素的通用名稱。因?yàn)棣?內(nèi)酰胺作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，而人類細(xì)胞只有沒有細(xì)胞壁的細(xì)胞膜，所以它們對人體的毒性較小并且可以導(dǎo)致嚴(yán)重除了過敏反應(yīng)之外，在通常的劑量下毒性不明顯，但它不能耐受由耐藥菌株（如耐藥金黃色葡萄球菌）產(chǎn)生的酶，并容易被它破壞。抗菌譜很窄。革蘭氏陽性菌有效。青霉素G分為鉀鹽和鈉鹽。鉀鹽不但不能直接靜脈注射，而且在靜脈輸注過程中應(yīng)仔細(xì)計(jì)算鉀離子的數(shù)量，以免向人體注射高鉀以抑制心臟功能并導(dǎo)致死亡。我們現(xiàn)在使用的窄青霉素主要是青霉素G，它是一種基于結(jié)節(jié)的青霉素。由于其抗菌譜窄，其分子修飾：在其分子中，苯環(huán)與酰胺基之間的氨基是氨芐青霉素，即氨芐青霉素。錫林，增強(qiáng)了革蘭氏陰性菌，廣譜抗生素的作用。氨芐青霉素加輕堿的氨基是氨芐青霉素，即阿莫西林。雖然它具有與氨芐青霉素相同的抗菌譜，但它增強(qiáng)了藥物的耐酸性，不易分解。目前，這類藥物可分為：1，主要作用于革蘭氏陽性菌的藥物，如青霉素，普魯卡因青霉素，青霉素，青霉素U（苯氧基甲基青霉素）。②青霉素耐藥青霉素，如甲氧西林（目前僅用于藥敏試驗(yàn)），苯唑西林，氯唑西林等。3.廣譜青霉素，抗菌譜除革蘭陽性菌外，還包括：a.某些腸桿菌科細(xì)菌的抗菌活性，如氨芐西林，阿莫西林等;灣對于大多數(shù)革蘭氏陰性桿菌，包括偽綠色細(xì)菌細(xì)菌的抗菌活性，如哌拉西林，阿洛西林，美洛西林等。青霉素類抗生素是β-內(nèi)酰胺類抗生素中的一大類。由于β-內(nèi)酰胺作用于細(xì)菌的細(xì)胞壁，并且人類只有無細(xì)胞的細(xì)胞壁，因此青霉素類抗生素毒性較低并具有最高的化療指數(shù)。但其常見的過敏性青霉素類抗生素在各種藥物中占首位，發(fā)病率最高可達(dá)5％?10％，用于皮膚反應(yīng)，表現(xiàn)為皮疹，血管性水腫，過敏性休克最嚴(yán)重，多在注射后數(shù)分鐘，呼吸困難癥狀，發(fā)紺，血壓下降，昏迷，四肢僵硬，最后一次抽搐，不及時(shí)搶救可致死亡。各種給藥途徑或使用各種制劑可引起過敏性休克，但注射發(fā)生率最高。過敏反應(yīng)的發(fā)生與藥物劑量的大小無關(guān)。對產(chǎn)品高度過敏，雖然痕跡也會(huì)引起休克。進(jìn)入人體可引起癲癇發(fā)作。長期大劑量注射中樞神經(jīng)系統(tǒng)毒性（如引起驚厥，昏迷等），戒斷或減少劑量即可恢復(fù)。口服易被胃酸和消化酶破壞。肌內(nèi)或皮下注射吸收更快，血藥濃度峰值15-30分鐘。青霉素在體內(nèi)具有很短的半衰期，主要從尿液中以原始形式排出。青霉素藥理作用會(huì)干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的合成。青霉素的結(jié)構(gòu)與D-丙氨酰-D-丙氨酸在細(xì)胞壁的粘膜肽結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)類似，與后者競爭轉(zhuǎn)肽酶，阻礙粘肽形成，導(dǎo)致細(xì)胞壁缺陷和細(xì)胞細(xì)胞壁的損失穿透屏障，殺死細(xì)菌發(fā)揮作用。2青霉素的萃取流程由于青霉素水溶液不穩(wěn)定，所以發(fā)酵液預(yù)處理，提取和精制條件要溫和，快速，防止降解。在提取過程中，必須遵循以下三個(gè)原則：時(shí)間短;低溫;中等pH值。2.1預(yù)處理發(fā)酵結(jié)束后，目標(biāo)產(chǎn)物僅存在于發(fā)酵液中，濃度僅為10-30kg/m3，并含有大量雜質(zhì)，如高價(jià)無機(jī)離子（Ca，Mg，F(xiàn)e離子），菌絲和未使用的培養(yǎng)基。，易污染細(xì)菌，產(chǎn)生細(xì)菌代謝物，蛋白質(zhì)等。因此，必須進(jìn)行預(yù)處理，其目的是濃縮目標(biāo)產(chǎn)物，除去大部分雜質(zhì)，并促進(jìn)后續(xù)的分離和純化過程，這是第一個(gè)分離和純化過程。2.2過濾通過向發(fā)酵液中加入少量絮凝劑以沉淀蛋白質(zhì)（例如明礬），或者將發(fā)酵液的pH調(diào)節(jié)至蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)以沉淀蛋白質(zhì)，在提取之前對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，然后在真空轉(zhuǎn)鼓（過濾器推力）或板框式過濾（浮動(dòng)液體被泵入過濾器的每個(gè)封閉的過濾室）中過濾，在工作壓力的作用下，濾液通過過濾膜或其他過濾材料并通過液體出口，殘留物保留在箱內(nèi)形成濾餅，從而達(dá)到固液分離的目的），去除菌絲體和部分蛋白質(zhì)。青霉素在室溫下易降解，發(fā)酵液和濾液應(yīng)冷卻至10℃以下，過濾收率一般在90％左右。（1）菌絲體厚10μm，用鼓式真空過濾器過濾。濾渣形成致密的濾餅，很容易從濾布上刮下。濾液pH6.27-7.2，蛋白質(zhì)含量0.05-0.2％。需要進(jìn)一步除去蛋白質(zhì)。（2）改善過濾和蛋白質(zhì)去除的措施：將硫酸調(diào)節(jié)至pH4.5-5.0，加入0.07％溴十五烷吡啶PPB，并使用0.7％硅藻土作為助濾劑。然后通過板式過濾器。濾液澄清透明并被提取。2.3萃取采用溶劑萃取法提取青霉素。當(dāng)在水和水不溶性溶劑中的溶解度不同時(shí)，在不同的化學(xué)狀態(tài)（游離酸或鹽）下，在不同pH條件下使用抗生素，從液相中制備抗生素（如發(fā)酵濾液轉(zhuǎn)移到另一個(gè)液相（如有機(jī)溶劑）進(jìn)行濃縮和純化，青霉素的分子結(jié)構(gòu)中含有酸性基團(tuán)（羧基），青霉素的pKa值為2.75，所以青霉素G的水溶液酸化至pH值約為2.0左右，青霉素是游離酸，這種青霉酸在水中的溶解度很低，但易溶于醇，酮，醚和酯，利用這種性質(zhì)，可以使用溶劑萃取從發(fā)酵液中分離和純化青霉素。在酸性條件下將青霉素注入有機(jī)溶劑中，調(diào)節(jié)pH值至2.0左右，然后放入中性水相中，反復(fù)抽提數(shù)次，你可以凈化和集中。選擇高分配系數(shù)的青霉素有機(jī)溶劑。商業(yè)上使用的乙酸丁酯和戊酯。提取2-3次。當(dāng)發(fā)酵液被提取到乙酸丁酯時(shí)，選擇pH值為1.8-2.0，并且從醋酸丁酯反萃取到水相中，pH被選擇為6.8-7.4。發(fā)酵濾液與醋酸丁酯的體積比為1.5-2.1，即濃度比為1.5-2.1。為了避免pH值波動(dòng)，使用硫酸鹽，碳酸鹽緩沖液反萃取。發(fā)酵液與溶劑的比例為3-4。幾次萃取后，濃縮10次，濃度幾乎達(dá)到結(jié)晶要求?？偺崛∈章始s為85％。將得到的濾液經(jīng)二次提取，用10％硫酸調(diào)pH2.0?3.0，加入乙酸丁酯，濾液用量為三分之一，常用碳酸氫鈉溶液回提取，調(diào)節(jié)pH7.0?8.0。在丁酯萃取中，由于濾液含有大量的蛋白質(zhì)，因此通常添加破乳劑以防止乳化。首先提取蛋白質(zhì)，加上0.05-0.1％乳化劑PPB。提取條件：為了減少青霉素降解，整個(gè)提取過程應(yīng)在低溫（低于10℃）下進(jìn)行。萃取罐用冷鹽水冷卻。在提取過程中，青霉素的降解受溫度和酸度的影響很大，這是決定操作條件的主要因素。許多學(xué)者對其進(jìn)行了研究并詳細(xì)研究了不同pH條件下水溶液的溫度對青霉素降解半衰期的影響。他們認(rèn)為：青霉素的穩(wěn)定范圍為pH5?8，它在pH6.0最穩(wěn)定，在酸性或堿性條件下迅速降解。數(shù)據(jù)曲線擬合可以在不同溫度下獲得青霉素降解半衰期與水溶液的pH曲線的曲線?？梢钥闯觯谝欢╬H條件下，溫度越低，青霉素越穩(wěn)定。因此，工廠使用低溫操作，在pH2.0下提取，溫度在5°C以下。但是，這不僅增加了能量消耗，而且增加了乳化的可能性。另一方面，青霉素在乙酸丁酯中非常穩(wěn)定。據(jù)報(bào)道，在室溫下，其半衰期為75小時(shí)或更長。另有研究表明，pH值越高，允許的操作溫度越高，半衰期不變。換句話說，只要操作pH值可以增加，萃取操作就可以在更高的溫度下進(jìn)行。工廠運(yùn)行條件下的運(yùn)行半衰期僅為2小時(shí)。如果操作pH增加，則可以在環(huán)境溫度下操作。這取決于pH對提取率的影響。

為了研究溫度和酸度對提取率的影響，使用模擬飼料溶液在不同溫度和平衡pH值下進(jìn)行萃取方法研究，并進(jìn)行分光光度分析。結(jié)果表明，青霉素的提取率受pH影響較大;增加提取的平衡pH值，提取率將顯著降低。另一方面，隨著工作溫度的升高，萃取率在相同的pH下略有增加。2.4脫色將活性炭加入到提取液中，去除色素，熱源，過濾，去除活性炭。2.5結(jié)晶提取物通常通過結(jié)晶純化。青霉素鉀在乙酸丁酯中溶解度很小，在乙酸丁酯提取物中加入醋酸鉀-乙醇溶液，青霉素鉀鹽結(jié)晶。然后用重結(jié)晶法進(jìn)一步提高純度，將鉀鹽溶于KOH溶液中，調(diào)節(jié)pH至中性，加無水丁醇，真空下共沸蒸餾結(jié)晶純化。直接結(jié)晶：在2倍乙酸丁酯萃取液中用乙酸鈉-乙醇溶液結(jié)晶得到鈉鹽。加入乙酸鉀乙醇溶液，得到青霉素鉀鹽。共沸蒸餾結(jié)晶法：萃取后，再用0.5mol/LNaOH萃取，將pH調(diào)至pH6.4-6.8的鈉鹽濃縮液。加入2.5倍體積的丁醇，16-26℃，0.67-1.3KPa蒸餾。水和丁醇形成共沸物并蒸餾出。鈉鹽結(jié)晶出來。洗滌并干燥晶體后，得到青霉素產(chǎn)品。3萃取方法3.1萃取平衡法有的研究了磷酸三丁酯作為載體煤油作為稀釋劑，將20mL有機(jī)相和20mL水溶液加入到錐形瓶中，振搖后恒溫水浴5分鐘，將溶液取出分層漏斗，用HPLC測定青霉素摩爾濃度為磷酸三丁酯濃度600mmol/L時(shí)，水相的pH值分別為3.1,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,7.0萃取方法結(jié)果表明，水相在pH3.1為86.2％在冰相中pH為3.5時(shí)的76％單級萃取顯示在水相中在pH4.0下的單級萃取56.2％。水相中的pH值為4.5單階段提取率為46.3％單相提取率為38.1，在冰相pH為5.0時(shí)水相中pH值為5.5單相提取率為30.8％水相中的pH值為6.0單階段提取收率為22.8％單相提取在pH6.5的14.2％單相提取物在pH為7.0的水相中在5.6％的水中的冰相中萃取方法結(jié)果顯示在pH3.1的水相中效果最好在水相中pH值為3.1時(shí)，用磷酸三丁酯（100mmol/L，200mmol/L，300mmol/L，400mmol/L，500mmol/L和600mmol/L）結(jié)果表明，當(dāng)磷酸三丁酯濃度為100mmol/L時(shí)，單級提取率為29.9％，磷酸三丁酯濃度為200mmol/L時(shí)單級提取率為43.2％，單次提取率為60.6％;當(dāng)磷酸三丁酯為400mmol/L時(shí)，單級提取率為68.3％;當(dāng)磷酸三丁酯濃度為500mmol/L時(shí)，單級提取率為76.2％磷酸三丁酯為600mmol。在/L的情況下，單級提取率為86.2％。萃取方法結(jié)果表明，當(dāng)鄰苯二甲酸三丁酯濃度為600mmol/L時(shí)效果最好。3.2整體液膜法左右兩頭加入一定量的8.69mg/ml青霉素G溶液，用磷酸鹽緩沖液調(diào)節(jié)pH值為5.0，加料液相總體積為150ml和0.1mol/LNa2CO3溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10％硫酸調(diào)節(jié)pH至7.0），總體積為150ml，然后在其上緩慢加入15％TBP3％異辛醇A煤油液體膜相總體積為80ml將兩側(cè)逆向攪拌（進(jìn)料液相攪拌速度150轉(zhuǎn)/分鐘，剝離相攪拌速度155轉(zhuǎn)/分鐘）操作溫度22攝氏度萃取方法結(jié)果8小時(shí)后進(jìn)料液相青霉素G濃度仍高于汽提相濃度提取效率為降低。3.3離子交換法使用DM11，D845，D201,330四種樹脂萃取方法樹脂柱高度25厘米樹脂10克樹脂顆粒至400pm20毫升30rrg/ml濃度，pH6.5青霉素G溶液上柱用20％丙酮洗脫，流動(dòng)速率5ml/min采用碘量法測定青霉素濃度用Matlab軟件5.3計(jì)算吸附量和洗脫率萃取方法結(jié)果表明，DM11樹脂的吸附量為0.65g/g，洗脫率為88.32％，洗脫液量為590mlX845樹脂對0.51最終洗脫液的吸附容量為65.31，洗脫劑用量為493ml;D201樹脂的吸附容量為0.56g/g。洗脫劑用量為65.12％，洗脫劑用量為567毫升，330樹脂吸附量為0.32克/克。洗脫率為50.31。洗脫液的量是1321毫升。萃取方法結(jié)果表明，DM11樹脂效果最好。該萃取方法使用DM11樹脂進(jìn)行。柱高為25厘米。樹脂10克。樹脂顆粒40μm/ml，pH6.5的青霉素G柱上用20％丙酮，1mol/LKCl，0.3mol/LNa2SO4流速5mL/min洗脫，碘量法測定用20％丙酮洗脫的青霉素濃度洗脫率是88.32％。當(dāng)1mol/LKCl，0.3mol/LNa2SO4洗脫率為63.32％時(shí)，洗脫率為92.32%，萃取方法結(jié)果表明1mol/LKCI洗脫效果最好?？偨Y(jié)本萃取方法采用溶劑萃取法，全液膜法和離子交換技術(shù)三種技術(shù)對青霉素萃取溶劑萃取和離子交換技術(shù)適用于青霉素萃取的整體液膜萃取效率，平衡萃取方法不適合青霉素萃取獲得最佳工藝，為磷酸三丁基酯作為載體的煤油作為稀釋劑，在pH3.1的水相中，磷酸三丁酯濃度為600