螺旋霉素发酵液萃取过程工艺研究

∃H m = 61. 86kJ m o l
C = 30. 28 代入 (9) 式得:
lnΑ= - 61. 86 R T + 30. 28
(11)
3 数学模型的建立
d lnK dT
=
∃H m RT 2
将式 (8) 代入得到:
d ln
[Α f dT
(pH ) ]=
∃H m RT 2
积分得
lnΑ Α0 =
数∧。而本实验中的 Α为表观分配系数。 作 Α- f (pH ) 曲线成为一直线 (图3)。
式中:
∧=
[ SPM nBA ]o [ SPM ]Α
代入 (4) 式得:
Α= K [BA ]on f (pH )
(5)
根据热力学原理, p K1、p K2随温度变化
很少, f (pH ) 只是 pH 的函数, 所以 pH 恒
的数学关系式。
K
=
[ SPM nBA ]o [ SPM ]Α [BA ]on
=
[ SPM nBA ]o [ SPM ]Α
1 [BA ]on
=
∧
1 (BA
)
n o
将 (7) 式与 (4) 式比较, 则 ∧= [ SPM nBA ]o [ SPM ]Α= 78. 20 此即为相当于简单分子萃取时的理论分配系
则有:
ddlTnΑ=
∃H m RT 2
积分得:
lnΑ= -
∃H m RT
+
C
(9)
此即 pH 9时, 萃取分配系数 Α与温度 T 的数
·417·
学关系式。
用 (9) 式对图4实验数据 (pH 9) 进行线 性拟合得到关系式:
lnΑ= - 7. 6 103 T + 30. 28
(10)
则: ∃H m R = 7. 6 103,
= 1 (1+ 10pK2- pH + 10pK1+ pK2- 2pH )
时, K [BA ]on= con st。
= f (pH )
(2)
所 以 在 恒 温 下, 当 萃 取 达 平 衡 时,
乙酸丁酯 (BA ) 对 SPM 的萃取属中性络
合萃取
K
SPM Α+ nBA o Ω SPM nBA o
(3)
数数学模型:
Α= 73.
56exp
[-
∃H m R
(
1 T
-
1 T0
)
]
(1+ 108. 4- pH + 1015. 5- 2pH )
关键词 螺旋霉素 萃取 分配系数
螺旋霉素 (SPM ) 是临床应用较多的大 环内酯类抗生素, 国内外都在广泛使用并在 大量生产。国内使用的是经乙酰化后生成的 乙酰螺旋霉素 (A c2SPM ) , 螺旋霉素由产二 素链霉菌 (S trep tom y ces am bof aciens) 发酵生 成[1], 经提取而制得。其提取主要用溶媒萃取 法。大 孔 树 脂 吸 附 法 也 进 行 了 多 方 面 的 研
[-
∃H m R
(
1 T
-
1) T0
]
(1+ 108. 4- pH + 1015. 5- 2pH )
模型计算值与实验值符合较好, 其平均相对
误差< 10%。
图4 温度对分配系数 Α的影响 图5 lnΑ- 1 T 曲线
·418·
4 结论
(1) 螺旋霉素萃取过程, 受 pH 和温度的 影响较大, 现在工业上萃取级数一般为1～ 2
ex t ract ion p rocess, and tha t d ist ribu t ion coefficien t Α increa ses w ith increa sed tem p era tu re.
对螺旋霉素的萃取国内大都使用乙酸丁别是各种因素对萃取特性的影响更未见报产中无理论依据可循因而有必要对其萃取与反萃取过程的特性进行详细研究以为工业生产提供理论指导
中国抗生素杂志1997年12月第22卷第6期
·415·
螺旋霉素发酵液萃取过程工艺研究
冯闻铮Ξ 亓平言 苗 勇 郑树国 邹建新ΞΞ 李飞龙3 3
实验采用中国医学科学院医药生物技术 研究所窦店药厂的 SPM 发酵液进行研究, 用草酸和氢氧化钠调 pH 值进行萃取实验。 分析用硫酸显色, 722分光光度计测量吸光 度, 用标准曲线法查得效价。
1 pH 值对萃取分配系数 Α的影响
为研究 pH 值对正萃取分配系数的影
响, 采用工厂实际滤液, 在20℃恒温下测定
ABSTRACT T he ex t ract ion techno logy cha racterist ics in sp iram ycin sep a ra t ion p rocess
from ferm en ta t ion b ro th w ere stud ied in th is p ap er. T he influences on ex t ract ion p rocess and
究[2, 3 ], 但由于吸附容量、解吸、设备等问题, 未能全面推广应用。
对螺旋霉素的萃取国内大都使用乙酸丁 酯, 但对萃取过程的研究资料却很少报道, 特 别是各种因素对萃取特性的影响, 更未见报 告, 工厂生产中也缺乏这方面的参考资料, 生 产中无理论依据可循, 因而有必要对其萃取 与反萃取过程的特性进行详细研究, 以为工 业生产提供理论指导。
中国抗生素杂志1997年12月第22卷第6期
图3 分配系数 Α- f (pH ) 曲线
SPM 萃取过程为中性络合萃取[9], 是与 温度有关系的。作 lnΑ- 1 T 曲线 (图5) 可以 看到, 在5～ 35℃范围内 lnΑ与1 T 成线性关 系。即随温度升高, 分配系数增加。这决定了 工业萃取过程应该加热。但实际上工厂都是
tu res of m egova licin s. J A n tib io t, 1988; 41 (4) :
439
中国抗生素杂志1997年12月第22卷第6期
3 刘叶青, 邬行彦, 冯海峰等. 用絮凝和大网格吸附 法 提 取 螺 旋 霉 素. 中 国 抗 生 素 杂 志, 1993; 18
(6): 447 4 冯闻铮, 亓平言, 周佩. 螺旋霉素在酸碱溶液中的
级, 选择合适的温度与 pH 值是提高收率的 重要因素。
(2) 在 T = 5～ 35℃、pH = 7～ 10范围内,
萃取分配系数 Α与 pH、 T 的关系可表示为:
Α= 73.
56exp
[-
∃H m R
(1- 1)] T T0
(1+ 108. 4- pH + 1015. 5- 2pH )
参考文献
1 朱峰, 王尔健. 螺旋霉素的再评价. 中国抗生素杂 志, 1991; 16 (3) : 231
SPM
2+ Α
Ω
SPM
+ Α
+
H+
Ω
SPM
Α+
2H +
(1)
pK 1
pK 2
[ SPM + ]Α= [ SPM ]Α 10pK2- pH
[ SPM 2+ ]Α = [ SPM ]Α 10pK1- pH
= [ SPM ]Α 10pK1+ pK2- 2pH
Ξ 冯闻铮: 男, 22岁, 硕士。 ΞΞ 杭州中美华东制药有限公司
在室温下进行的, 在冬天将严重影响萃取效
果。
由式 (5) : K = ( [BA ]on f (pH ) ) - 1 Α
(8)
当 pH 恒定时, ( [BA ]on f (pH ) ) - 1= con st 萃取达到平衡时, 其平衡常数与温度有
关[5 ], 按照热力学原理:
d lnK dT
=
∃H m RT 2
定时 f (pH ) = con st。
因为 n [ SPM nBA ]Α+ [BA ]o= con st,
且 n [ SPM nBA ]oν [BA ]o
可见 Α- f (pH ) 为一线性关系。 2 温度对正萃取系数 Α的影响
为了研究温度对萃取分配系数的影响, 同样在 pH 9条件下, 在恒温水浴中测定了不 同温度下的萃取分配系数 Α, 结果见图4。可 见 Α随温度升高而急剧增大, 说明该正萃取 过程为吸热反应, 温度升高有利于正萃取过 程的进行。
2 T a lyam a S, Yam anaka S, M iga sh iro S et a l. N ov2
el m acrocyclic an tib io tics: m egova licin s A , B , C ,
D , G and H. . Iso la tion and chem ica l struc2
式中: Α为水相, o 为有机相
则萃取分配系数:
Α=
[ SPM
]Α+
[ SPM nBA ]o [ SPM + ]Α+ [ SPM 2+
]Α
=
[ SPM nBA ]o [ SPM ]Α
f
(pH )
= ∧ f (pH )
(4)
萃取平衡常数:
[ SPM nBA [ SPM ]Α
]o =
K
[BA
]on
为常数, 即与 pH
[-
∃H m R
(1 T
-
1 )] To
ln f
(pH )
则
Α= ∧ exp
[-
∃H m R
(1 T
-
1 To
)
]
f
(pH )
式中: T 0= 20℃, ∧= Α0。
由M a rqua rd t 法[7]在所有 T = 5～ 35℃、
pH = 7～ 10范围内用计算机进行回归, 得到:
Α= 73.
55exp
(清华大学化工系, 北京100084)
摘 要 研究了螺旋霉素发酵滤液提取过程中的萃取工艺特性, 考察了温度、酸度等诸因
素对萃取过程和萃取分配系数 Α的影响。实验发现, 萃取过程中的最佳酸度范围在 pH 9～ 10左
右, 而且温度影响其分配系数 Α。在此基础上推导并建立了 T = 5～ 35℃, pH 7～ 10时萃取分配系
·416·
中国抗生素杂志1997年12月第22卷第6期
图1 pH 对分配系数 Α的影响 图2 不同 pH 下, SPM 不同状态百分含量
则: [ SPM ]Α ( [ SPM ]Α+ [ SPM + ]Α
所以 [BA ]o= con st
+ [ SPM 2+ ]Α)
而且 K 只是 T 的函数, 所以温度恒定
Feng W enzheng, Q i P ingyan, M iao Yong, Zheng Shuguo , Zhou J ianx in and L i Feilong
(D ep t. of Chem ica l Engineering, T singhua U n iversity, B ef (pH ) 的函数, 即
Α= ∧ (1+ 10pK2- pH + 10pK1+ pK2- 2pH )
(6)
用 (6) 式对图1曲线进行线性拟合, 得
到关系式:
Α= 78. 20 (1+ 108. 4- pH + 1015. 5- 2pH )
(7)
此式即为 T = 20℃时, 正萃取分配系数与 pH
不同平衡pH 条件下的分配系数 Α, 其结果见
图1。结果表明, 在pH 7～ 9, 分配系数 Α随 pH
升高而急剧增加。pH 在9以上, 其 Α基本保持
不变。而在 pH > 10之后, 由于强碱性条件下
的降解而使 Α值稍有降低[4]。
SPM 为一弱碱性物质, 在水溶液中呈二
级电离, p K1= 7. 1, p K2= 8. 4 (见图2) [5 ]。
由图1、2可以发现, Α随 pH 变化规律与 SPM
随 pH 变化规律相似。这说明 Α是随 SPM 分
子状态浓度的增加而升高的。
由于 SPM 分子状态浓度是 pH 的函数,
所以 Α也是 pH 的函数。
SPM 在 水 溶 液 中 呈 二 级 电 离, 共 有
SPM 、 SPM + 、 SPM 2+ 3种存在状态。
降解动力学. 药学学报, 1997; 32 (11) : 749 5 陈志萍, 邬行彦, 欧杰. 醋酸丁酯从水相中萃取螺
旋霉素的分配系数及其计算的诺模图. 中国抗生 素杂志, 1991; 16 (5) : 334 6 朱文涛. 物理化学. 北京: 清华大学出版社, 1990:
267 7 中国药学会抗生素专业委员会, 中国化学工业学
会生物化工专业委员会. 全国农用抗生素学术会 议纪要. 中国抗生素杂志, 1992; 17 (3) : 258 8 邓正龙. 化工中的优化方法. 北京: 化学工业出版 社, 1992: 63 9 陆九芳. 分离过程化学. 北京: 清华大学出版社,
1991: 53
(1996年10月21日收稿)
Study on the sp iram yc in ex traction process technology
ex t ract ion d ist ribu t ion coefficien t (Α) such a s tem p era tu re, pH w ere stud ied in deta ils. It
w a s d iscovered in the exp erim en t s tha t the op t im um pH range is betw een pH 9 and pH 10 fo r