青霉素提取工艺
青霉素得提取工艺 青霉素(B enz y Ipenicillin / Pe n ic i I 1 i n )又被称为青霉素 G> p e ill in G、盘 尼西林、配尼西林、青霉素钠、革青霉素钠、青霉素钾、苯青霉素钾。青霉素就是抗菌素得 一种,就是指从青霉菌培养液中提制得分子中含有青霉烷、能破坏细菌得细胞壁并在细菌细 胞得繁殖期起杀菌作用得一类抗生素.青霉素类抗生素就是B -内酰胺类中一大类抗生素得 总称。 化学特性 青霉素又称盐酸巴氨西林。其化学名为1 一乙氧甲酰乙氧6 -〔D(—) -2—氨基一2-乙酰 氨基)青霉烷酸盐酸盐。就是一种有机酸,性质稳定,难溶于水。可与金属离子或有机碱结 合成盐,临床常用得有钠盐、钾盐. 青霉素盐如青霉素钾或钠盐为白色结晶性粉末,无臭或微有特异性臭,有引湿性。干燥 品性质稳定,可在室温保存数年而不失效,且耐热。遇酸、碱、重金属离子及氧化剂等即迅 速失效。极易溶于水,微溶于乙醇,不溶于脂肪油或液状石蜡。其水溶液极不稳定,在室温中 效价很快降低10%,水溶液pH为5、5〜7、5 . 青霉素价格较为便宜,因而也证明了生产并提取青霉素就是有着较为成熟得工业方法 得。 序号 基本药物 目录序号 药品名称 剂型 规格 单位 零售指 导价格 类别 1 1 青霉素 注射副 8。万单位 瓶(支) 0.92 元 化学药品和生物制品部分 2 1 青霉素 注射制 160万单位 福(支) 1.6元 化学药品和生物制品部分 3 1 青霉素 注射剂 400万单位 福(支) 3.2元 化学药品和生物制品部分 4 1 青霉素 注射剂 800万单位 瓶(支) 5.4元 化学药品和生物制品部分 (图2青霉素得售价) 青霉素得提纯 青霉素提纯工艺流程简图: (图3) 因为青霉素水溶液不稳定,故发酵液预处理、提取与精制过程要条件温与、快速,防 止降解。在提炼过程中要遵循下面三个原则: 错误!时间短错误!温度低错误! P H适中 1、预处理 发酵结束后,目标产物存在于发酵液中,浓度较低,只有10-3 0kg/m3,并且含有大量杂 质,如高价无机离子(Ca, Mg, Fe离子),菌丝,未用完得培养基,易污染杂菌,产生菌得 代谢产物,蛋白质等。因此必须对其进行得预处理,其目得在于浓缩目得产物,去除大部分杂 质,利于后续得分离纯化过程,就是进行分离纯化得第一个工序. 2、过滤 发酵液在萃取之前需预处理,可在发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白(比如明矶),或者调解 发酵液PH至蛋白质得等电点以沉淀蛋白,然后经真空转鼓过滤(以负压作过滤推动力)或板 框过滤(浮液用泵送入滤机得每个密闭得滤室,在工作压力得作用下,滤液透过滤膜或其它滤 材,经出液口排出,滤渣则留在框内形成滤饼,从而达到固液分离目得),除掉菌丝体及部分蛋 白。青霉素在常温下易降解,因而发酵液及滤液应冷至10 °C以下,过滤收率一般9 0%左右。 (1)菌丝体粗长lOkim,采用鼓式真空过滤机过滤,滤渣形成紧密饼状,容易从滤布上刮 下.滤液PH6、27—7、2,蛋白质含量0、0 5—0、2%。需要进一步除去蛋白质。 (2)改善过滤与除去蛋白质得措施:硫酸调节pH4、5—5、0,加入0、07%漠代十五烷 毗嚏PPB,O、7 %硅藻土为助滤剂。再通过板框式过滤机。滤液澄清透明,进行萃取。 3、萃取 青霉素得提取采用溶媒萃取法。这就是利用抗生素在不同得pH值条件下以不同得化 学状态(游离态酸或盐)存在时,在水及水互不相溶得溶媒中溶解度不同得特性,使抗生素从 一种液相(如发酵滤液)转移到另一种液相(如有机溶媒)中去,以达到浓缩与提纯得目得。 青霉素分子结构中有一个酸性基团(猿基),青霉素得pKa = 2. 75,所以将青霉素G得水溶液 酸化至pH2. 0左右,青霉素即成游离酸。这种青霉素酸在水中溶解度很小,但易溶于醇类、酮 类、醍类与酯类,利用这一特性,工业上可用溶媒莘取法从发酵液中分离并提纯青霉素. 在酸性条件下青霉素转入有机溶媒中,调节pH至2、0左右,再转入中性水相,反复几次莘 取,即可提纯浓缩。选择对青霉素分配系数高得有机溶剂.工业上通常用醋酸丁酯与戊酯。萃 取2-3次.从发酵液萃取到乙酸丁酯时,pH选择1、8—2、0,从乙酸丁酯反萃到水相时,pH 选择6、8-7、4。发酵滤液与乙酸丁酯得体积比为1、5—2、1,即一次浓缩倍数为1、5— 2、 lo为了避免PH波动,采用硫酸盐、碳酸盐缓冲液进行反萃。发酵液与溶剂比例为3—4。几 次莘取后,浓缩10倍,浓度几乎达到结晶要求。莘取总收率在8 5%左右. 所得滤液多采用二次萃取,用10%硫酸调pH2、0〜3、0,加入醋酸丁酯,用量为滤液 体积得三分之一,反萃取时常用碳酸氢钠溶液调pH 7、0〜8、0。在一次丁酯莘取时,由于 滤液含有大量蛋白,通常加入破乳剂防止乳化。第一次莘取,存在蛋白质,加0、05—0、1% 乳化剂PPBo 萃取条件:为减少青霉素降解,整个萃取过程应在低温下进行(1 0笆以下)。萃取罐冷冻盐 水冷却. 在萃取过程中,青霉素得降解受温度、酸度影响很大,这就是决定操作工艺条件得主 要因素,许多学者对其进行了研究,已详细考察了不同PH条件下水溶液得温度对青霉 素降解半衰期得影响, 如图4所示。她们认为:青霉素得稳定区间就是pH5〜8,在p H6、0最为稳定,在酸性或碱性条件下降解都很快。将该数据进行曲线拟合可以得到不同 温度下青霉素降解半衰期与水溶液pH得关系曲线。 (图4、水中青霉素降解与P H得关系(25 ° C) (图5、青霉素降解半衰期与pH 得关系) a: pH4、 0 , b : pH5、 0, c : pH6、 0, d : pH 6、 25, e:pH6、5, f: pH7、0, g: pH8、0, h : pH9、0) 可以瞧出,在pH值一定得条件下,温度越低青霉素越稳定。因此工厂都采用低温操作, 莘取在pH2、 0、温度5。C下进行。但就是这既增加了能耗, 也增加了乳化得可能性。 另一方面,青霉素在醋酸丁酯中却很稳定。据报道,室温下,其半衰期达75 h以上。 从图5可以瞧出,在半衰期不变得情况下,PH值越高,允许得操作温度也越高。 也就就是说,只要能提高操作pH值,就可以在较高温度下进行萃取操作。工厂采用得操 作条件下半衰期只有2 h,如果其操作pH值提高,就可以在常温下操作。这取决于 pH对萃取率得影响。 为研究温度、酸度对萃取率得影响,用模拟料液在不同温度与平衡pH值下进行了 实验研究,用分光光度法进行分析.结果表明青霉素得萃取率受P H影响很大;提高萃 取得平衡pH值,萃取率将明显下降.另一方面,在相同pH下随操作温度升高萃取率也 稍有升高(图6). (图6、温度、pH对青霉素莘取率得影响) 4、脱色 萃取液中添加活性炭,除去色素、热源,过滤,除去活性炭. 5、结晶 萃取液一般通过结晶提纯。青霉素钾盐在醋酸丁酯中溶解度很小,在二次丁酯萃取液中 加入醋酸钾-乙醇溶液,青霉素钾盐就结晶析出。然后采