青霉素萃取法分离技术研究进展

青霉素萃取法分离技术研究进展摘要：对青霉素分离技术中的萃取法的研究进展进行综述

关键词：青霉素；萃取法；分离

青霉素是目前生产量最大的抗生素,具有抗菌作用强、疗效高、毒性低等优点,是治疗细菌性感染的重要药物。由于性价比优良,青霉素G是目前应用最广泛的天然抗生素之一,它的钾盐还是十分重要的原料药,主要用于生产一系列半合成抗生素[1]。

青霉素G的生产采用生物合成法,其分离提纯过程包括过滤、提取、共沸结晶等几道工序,其提取工艺现多采用乙酸丁酯萃取法。但该工艺存在一些不足:如青霉素效价损失严重;生产能耗大;溶剂回收困难;使用破乳剂,增加了成本。近年来,随着青霉素扩产,产量激增,造成供过于求的状况,为了提高行业竞争力,科技工作者围绕完善现有萃取过程和进行新技术开发两个方面进行了大量研究工作。

1.改进与完善

1.1室温三级萃取新工艺

苗勇等[2]对乙酸丁酯萃取青霉素的理论模型进行了探讨,并做了大量的实验研究,针对传统的青霉素萃取工艺条件进行了优化。提出了新的萃取操作工艺条件,即pH(3.0±0.2),温度为常温20℃,相比Vo/Vw=1/3~1/4,并采用三级萃取以保证萃取率。他们认为,适当提高萃取的pH值,有利于萃取体系选择性的提高,可以减小青霉素的损失;常温萃取可以极大地降低能耗;适当降低相比,有利于提高产品质量,减少对杂酸的萃取。按照年产1000吨青霉素工厂计算,料液中青霉素效价20000u/ml,收率70%,日处理300吨料液,可计算出从pH3.0到pH2.0所需酸量及运行费。其冷却费用按全年平均降低10℃计算,忽略其设备投资。两种工艺所需费用差别列于Tab.1(按1998年价格计算)。苗勇等认为,新工艺比原工艺每年减少费用210万元,总效益可观,该工艺是可行的。

2.新分离技术的应用

2.1双水相萃取/乙酸丁酯萃取

关怡新等[3]研究了PEG/硫酸铵/水双水相系统用于青霉素发酵液的萃取,并进行了小试实验,得到了青霉素G的结晶,纯度为88.48%,总收率为76.56%。该流

程可直接处理发酵液,免除了发酵液的预处理,且在两相的界面上也未见乳化;将传统工艺中的3次萃取减少为1次双水相萃取和一次乙酸丁酯反萃,降低了乙酸丁酯的用量。Rogers等[4]采用亲水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑盐酸盐([Bmim]Cl)和水合磷酸钾(K3PO4)可以形成上相富集离子液体和下相富集磷酸钾的双水相体系(ATPS). 刘庆芬[5]等也进行了研究离子液体双水相可以有效萃取青霉素,轻相中青霉素萃取率可达93.7%.离子液体双水相萃取青霉素是一项高效分离青霉素的新技术.离子液体双水相体系萃取青霉素的pH值在4~5之间,为弱酸性,青霉素降解率降低,萃取收率提高.萃取过程不发生乳化现象,有利于两相分离.

2.2三相一步法萃取新工艺

陈继[6]等将高分子聚合物/盐或两种高分子聚合物按比例加入青霉素发酵液或其滤液中，形成双水相，再加入有机相形成三相，调整Ph,通过搅拌、离心，一次完成提取、纯化及除杂过程，青霉素被提取到有机相中，色素、杂志及杂蛋白等则被分配到双水相中，有效纯化有机相，降低乳化程度，简化青霉素萃取的絮凝、破乳、冷冻脱水和脱色等工艺，综合利用多相体系的密度梯度、极性梯度，对目标产物和杂质同时进行定向分离。

2.3反胶团萃取

吴子生等采用反胶团法,在室温和pH5～8的条件下进行青霉素的反胶团相转移提取研究,取得了满意的结果[7]。一方面,由于pH对萃取率影响不大,可以在较高的pH条件下操作,另一方面,可以利用离子强度的变化将杂蛋白去除。反胶团萃取已经在某些生物产品的提纯上得到应用,但是要用于青霉素这样的大处理量、低附加值的产品生产,还很困难。

2.4外场强化萃取

外场强化可以提高化工分离过程的分离效率。用电场来强化萃取过程，可以改善液滴表面性质，提高其传质系数，同时还能促进分散的液滴凝并团聚，缩短分相时间。Weatherley[8，9]等在实验室研究了电场强化对二氯甲烷萃取青霉素的影响。实验在高度为0.65m, 直径为25mm的玻璃喷淋萃取柱中进行，青霉素发酵液经静电喷嘴喷出后，作为分散相与在电场作用下的二氯甲烷逆流接触，完成萃取过程。结果表明，该方法用于全发酵液的萃取可以提高界面传质速率，

分相困难的问题也可得到解决。在pH4,20kV电场作用下，青霉素的萃取率可以提高5倍。电场强化萃取可作为青霉素全发酵液萃取过程中机械强化液-液接触的替代方法。

2.5支撑液膜萃取

台湾清华大学化工系进行了支撑液膜法提取青霉素新工艺的研究[10],系将溶解于正癸醇的胺类试剂(LA 22)支撑在多孔的聚丙烯膜上,利用胺类与青霉素固定的化学反应,把青霉素从膜一侧的溶液选择性地转入另一侧。目前,该办法还停留在初步探索阶段。

2.6中空纤维膜非分散萃取技术

2004年张卫东教授提出了一种新型液膜技术——“中空纤维更新液膜”技术。该技术采用疏水型中空纤维膜,膜的微孔中事先用有机萃取相浸润,料液相与反萃相分别在中空纤维膜的两侧流动,在管内相流体中加入一定量的有机萃取相,与管内相流体形成极为细小的微滴。在流动的过程中,萃取相微滴与管内相密切接触, 形成一层极薄有机相液膜。如图3所示,溶质从料液相被萃取到有机相微滴和壁面的有机相液膜中,其中有机相微滴在流动过程中迁移到壁面的有机相液膜;溶质扩散通过有机相液膜和存留在中空纤维膜微孔中的有机相,到达反萃相。

中空纤维更新液膜过程是一种新型的同级萃取反萃技术[11-16]，它解决了传统液膜过程存在的膜液流失、操作复杂、传质阻力高等问题，在青霉素G原位提取方面有较大应用潜力。

2.7离子交换和树脂吸附

目前，离子交换和树脂吸附技术主要用于从青霉素提取、结晶的废液中回收青霉素以及在青霉素水解生产6-APA过程中去除苯乙酸以降低其浓度[17~18]。Vyas等运用离子交换的方法从青霉素生产过程产生的废液中分离青霉素。三种不同的阴离子交换树脂和七种不同的洗脱方式用于青霉素的吸附和解吸。在不同的洗脱条件下，青霉素的脱附能力随所使用的树脂种类不同而变化；提高树脂中DVB的含量，青霉素的吸附能力下降。湛竞清等进行了强碱性树脂从水-正丁醇溶液中吸附青霉素G的研究，对凝胶型和大孔型树脂在动态和静态条件下的吸附行为进行了对比。凝胶型201X4氯型树脂能很好地吸附青霉素 G，向混合洗脱剂