青霉素的提取工艺ppt课件

生产原理：
发酵液的预处理
发酵液中的杂质很多，其中对提取影响最 大的高价无机离子（钙，镁，铁离子等）和 蛋白质。因此要先除杂。 1.单级萃取：包括一个混合器和一个分离器。 料液F和溶剂S加入混合器中经接触达到平衡 后，用来分离得到的萃取液F和萃余液R。 2.多级错流萃取：料液经萃取后，萃余液在 于新鲜萃取剂接触，在进行萃取。此方法萃 取较完全。 3.多级逆流萃取：在第一级中加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃 取液，并逐级向前一级移动。
提取过程中洗涤用水
青霉素G
36.0
9.8
0.0
10.4
中空纤维更新液膜提取工艺经济效益评价
优点： (1) 提取效率高、产量大：新工艺提取青霉素G总收率约 为 80%。 (2) 萃取剂损失量较少：新工艺中采用的混合萃取剂均微 溶于水，其损失量小于发酵滤液量的1.0%。 (3) 后续处理简单：新工艺所采用萃取剂 （7%DOA+30%异辛醇+煤油）中的3 种物质均微溶 于水，完成提取过程后，只需经过简单的分相处理即可重 复利用。 (4) 过程能耗低：可在常温条件下操作，可极大减少能量 消耗。且不需要对循环使用的萃取剂进行蒸馏提纯以及对 萃余液中的溶剂进行蒸馏回收过程，故能耗大大降低。
化学式
青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名 为1-乙氧甲酰乙氧6-〔D(-)-2-氨基-2-乙 酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐。 分子式：C16H18N3O4S· HCl 分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所 产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄， 主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、 钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴 注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人 体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。
青霉素的提取工艺
液 膜 技 术
青 霉 素 的 提 炼 工 艺 过 程
发 酵 液 的 预 处 理
青 霉 素 的 生 产 工 艺 流 程
发 酵 过 程 的 工 艺 控 制
G
青 中 抗 理 化 化 发 简 霉 空 菌 化 学 学 现 介 素 纤 作 性 式 结 维 用 质 构 的 更 和 提 新 临 青 取 膜 床 实 技 应 霉 验 术 用 素
青霉素的化学结构
青霉素类包括天然青霉素和半合成青霉素。本类 基本结构均含有母核-6-氨基青霉烷酸（6-APA） 和侧链（CO-R）。母核由噻脞环（A）和β-内 酰胺环（B）拼合而成，为抗菌活性重要部分， β-内酰胺环破坏后抗菌活性消失。侧链则主要 与抗菌谱，耐酸，耐酶等药理特性有关。
青霉素分子结构球棍模型
青霉素的提炼工艺过程
青霉素提纯工艺流程简图：
过滤 反萃取 干燥
萃取 共沸结晶 成品
洗涤 过滤ຫໍສະໝຸດ 醋酸丁酯萃取工艺流程图在青霉素提取工艺中，应用 最广泛的是溶剂萃取法，工艺 流程图见图1。 大多采用醋酸丁酯为萃取剂， 以D925m为破乳剂，以 10%H2SO4调节滤液的pH值， 料液pH值为1.8~2.2，相比为 1/2~1/2.5，温度5 ℃[14] ，反 萃取过程采用碳酸氢钾或碳酸 钾水溶液为反萃取剂
液膜技术
1.液膜技术将萃取和反萃过程耦合起来，具有非平衡传质 的特点，并可利用其载体促进迁移的传质机理，具有传质 推动力大、试剂消耗量少、传质效率高等优点，可以有效 降低能耗，减少环境污染，现已成为传质与分离领域的研 究热点之一。目前，虽然如支撑液膜、乳化液膜等技术在 青霉素提取中已有一定的研究。 2.典型的液膜技术：⑴萃反串级技术；（2）乳化液膜技术 （3）支撑液膜 ；（4）其他新型液膜技术包括流动液膜技 术，液体薄膜渗透萃取技术，中空纤维包容液膜技术等等。 3.优点：（1）传质催动力大，所需分离级数少；（2）溶 剂相用量很少，是得一些昂贵的萃取剂也得以应用；（3） 可以实现”逆浓度梯度传递“。
醋酸丁酯溶媒萃取工艺与中空纤维更新液膜 提取工艺比较
新、旧2种提取工艺物料衡算比较（以日处理360 t发酵液为基准）
原料/产物
发酵液 萃取剂损失量 反萃液
旧工艺用量/产量（t）
360.0 13.1~16.3（醋酸丁酯） 36.0
新工艺用量/产量（t）
360 7.0（7%DOA+30%异辛醇+煤油） 140.0（0.5 M碳 酸钾溶液）
中空纤维更新液膜提取工艺流程图：
采用中空纤维更新 液膜实现了从发酵滤 液中同步分离和富集 青霉素的新型提取工 艺 以碳酸钾溶液作为 接收相，DOA（二辛 胺）+异辛醇+煤油作 为有机相，在常温条 件下提取模拟发酵滤 液中的青霉素
如图所示，采用中空纤维更新液膜技术 提取青霉素G，由于中空纤维更新液膜的传 质强化作用，可在实验进行到90min时实现 液膜过程的逆浓度梯度传递，传质速率较快， 实验结果所用时间较长是为了避免壳程非理 想流动等情况的影响，所用膜器的尺寸较小， 填装因子较低，传质面积较小，仅为 5.48˟10̄² m² ，若采用长1m，内径0.1m的商用 中空纤维膜器，传质面积可高达60m² ，则可 极大地提高处理速率。
抗菌作用和临床应用

青霉素作为第一个应用于临床的β-内酰 类抗生素，至今己有近70年的历史。他是 通过干扰细菌细胞壁的形成达到抗菌作用。 临床主要用于治疗有革兰氏阳性菌引起 的疾病，如脑膜炎，肺炎等。青霉素还是 合成青霉素类及头孢类抗生素的重要中间 体和原料。


但每次使用青霉素前必须做皮试，以防 过敏。
中空纤维更新膜技术的应用
举例： 1.利用中空纤维更新液膜处理含铬铜钴废水 ；
2.中空纤维更新液膜技术实现同级萃取-反萃的方法；
3.中空纤维更新液膜在己内酰胺精制中的应用； 4.利用中空纤维更新液膜技术从稀溶液中提取柠檬酸等等。 缺点：中空纤维膜器使用寿命有限、清洗较困难，会在一定程 度上导致设备投资增大。
青霉素理化性质
1. 不耐热，一般保存于冰箱中，但青霉素 盐的结晶纯品，在干燥条件下可于室温保 存数年。 2.水溶液不稳定 ，20万u/ml水溶液于 30℃放置24h效价下降56%。 3. 肌肉注射吸收快而安全
4.作用快,维持时间短
新型提取技术：中空纤维更新液膜

2004年张卫东等将中空纤维包容膜技术与纤维膜萃 取器技术结合起来，提出新型的” 中空纤维更新液膜“。 采用中空纤维更新液膜实现了从发酵滤液中同步分离 和富集青霉素的新型提取工艺。与现行的醋酸丁酯溶剂 萃取工艺相比，萃取和反萃取在同一设备内进行，省去 了冷却和溶剂的蒸馏回收提纯过程，极大的简化了工艺 流程，所需设备体积小，溶剂消耗量小，后续处理简单。 新工艺降低了生产能耗，提高了提取效率，降低了生产 成本，具有更高的经济价值。
青霉素的发现
青霉素的发现者是英国细菌学家 弗莱明。1928年的一天，弗莱明在他 的一间简陋的实验室里研究导致人体发 热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他 发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉 菌。这是从楼上的一位研究青霉菌的学 者的窗口飘落进来的。使弗莱明感到惊 讶的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽 然不见了。这个偶然的发现深深吸引了 他，他设法培养这种霉菌进行多次试验， 证明青霉素可以在几小时内将葡萄球菌 全部杀死。弗莱明据此发明了葡萄球菌 的克星—青霉素。

青霉素的提取实验
中空纤维更新液膜 中空纤维更新液膜实验采用9.43mg/ml的青霉素 溶液，用磷酸盐缓冲溶液调节PH值到5.0，料液相总体 积为500ml。有机相采用22%的TBP-3%异辛醇-煤油， 总体积用量为30ml，反萃相用0.1mol/l的Na2co3溶 液用10%的硫酸调节PH到7.01，总体积为200ml，青 霉素G通过蠕动泵流经中空纤维膜器的壳程有机相和反 萃相的混合液经充分搅拌混合后流经中空纤维膜器的管 程，两侧流体采用循环逆流操作，操作温度为室温 18˚C



[8]朱澄云, 莫凤奎, 朱金良，等. 乳状液膜法从发酵液中提取青霉素的研究[J]. 膜科学与技 术, 2000, 20 (6): 55-57.
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参考文献：


[9]张卫东, 李爱民, 李雪梅, 等. 液膜技术原理及中空纤维更新液膜[J]. 现代化工, 2005, 25(4): 66-68.
青霉素的生产工艺流程
菌种 孢子制备（包括罐内） 种子制 备 发酵 发酵液预处理 提 取及精制 成品检验 成品包装


青霉是生产青霉素的重要菌种，且 目前发现的几百种，其中产黄霉素，点霉 素等都能产生大量的青霉素。 菌种选育方法：菌种自然选育，诱变 育种，杂交育种，原生质体融合
发酵过程的工艺控制：
4寸中空纤维超滤膜
中空纤维超滤膜
型号U中空纤维超滤膜
青霉素——生产车间
参考文献：

[1]江滨、李桂东、韩涛 《发现与发展——造福人类的青霉素》 《医药历史》 2000年 [2]吴金川，何志敏，姚转义.反胶团酶反应-膜分离技术的研究进展[J].化学工程， 1999,27（2）：27~30 [3]侯太平，刘世贵.膜技术对肉毒发酵液纯化重视应用研究[J].膜科学和技术，1996,16 （4）：13~16 [4] Mahesh V, Gregory F, Charles H. Equilibria for the adsorption of antibiotics onto neutral polymeric sorbents: Experimental and modeling studies [J]. Biotechnol Bioeng, 1995, 47: 215-226. [5] George F B. Phenoxymethyl Penicillin Manufacture: GB 833060[P]. 1960. [6] Vyas S N, Patwardhan R, Padhye V M. Ion exchangers for therecovery of penicillin from its waste [J]. Sep Sci Technol, 1980, 15(2): 111. [7]谌竞清, 于立军, 赵永欣，等. 强碱性树酯从水-正丁醇溶液中吸附青霉素G研究[J]. 化 学工程, 1999, 27 (3): 8-13.







青霉素简介
简介
青霉素（Penicillin）又被称为青霉素G、 盘尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素 钠、青霉素钾、苄青霉素钾。青霉素是抗菌 素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分 子中含有青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在 细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素， 是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉 素类抗生素是β -内酰胺类中一大类抗生素的 总称。
[10] Ren Z Q, Zhang W D, Li H S, et al. Mass transfer characteristics of citric acid extraction by hollow fiber renewal liquid membrane[J].Chem Eng J, 2009, 146: 220-226

中空纤维更新液膜原理：
该技术利用疏水性中空纤维膜与有机相间的亲和力， 依靠在管程流体中预先加入分散的有机相小液滴与纤维 壁面的浸润性和界面张力，在纤维管内侧形成一层极薄 的有机相液膜，利用流体流动过程中形成的剪切力，形 成了管程流体内的有机相小液滴与所形成的液膜层的更 新融合过程，从而极大提高了过程的传质效率，并有效 解决了液膜过程缺乏长期稳定性的问题。 另一方面，中空纤维更新液膜过程采用反应萃取机理 代替传统溶媒萃取过程中的物理萃取机理，通过在有机 液膜相中添加流动载体DOA（二辛胺）的方式，可极大 的提高过程的传质效率，放宽了过程的操作条件，可以 在青霉素较稳定的pH值(pH 5~7)和温度范围内进行操 作，最大程度上避免青霉素的降解损失。