第七章 抗生素的提取

一.原理
固体球形颗粒，多孔网 状结构；不溶于水；具有离子交 换特性的有机高分子聚电解质。 1、 组成
母体(骨架)
苯乙烯(单体) + 二乙烯苯(交联剂)
共聚
母体
H2SO4
功 能 基 反 应
离子交 换树脂
R
固 定 离 子
—SO3 H
活性基团
可交换离子
母体 固定离子 活性离子
2、离子交换过程
• • • 离子交换： R—A+ + B+ = R—B+ + A+ 洗脱： 再生： R—B+ + C+ = R—C+ + B+ R—C+ + A+ = R—A+ + C+
一、萃取原理
Ｃ有机相中浓度 Ｃ水相中浓度 E萃取效率＝ Ａ有机相中总量 Ａ水相中总量
Ｄ萃取常数＝
×100%
E萃取效率＝
Ｄ
Ｄ ＋Ｖ水／Ｖ有
×100%
二、工业萃取方式
※ 萃取过程：1）混和 2） 分离 3）溶剂回收 ※ 操作方式 单级萃取 多级萃取 多级错流 多级逆流
1. 单级萃取
单级萃取：只包括一个混合器和一个分离器
３、吸附法的优缺点： 优点： 分离效果好 操作简便，安全，设备简单 pH变化小，适于稳定性差的物质 缺点：
收率低 成本高 无机吸附剂性能不稳定 不能连续操作，劳动强度大
４、吸附的类型
（1） 物理吸附: 放热，可逆，单分 子层或多分子层，选择性差 （2 ） 化学吸附 : 放热量大，单分子， 选择性强 （ 3 ） 交换吸附 : 吸附剂吸附后同时 放出等当量的离子或氢键到溶液中
离子交 换树脂
三、离子交换树脂的理化性质
• 外观 珠球形 • 颗粒度（粒度） 颗粒度是指树脂颗粒在溶胀状态下的 直径大小 ,粒度小其交换速度快，但流体阻力增加， 粒度过大会使交换速度降低。 • 膨胀性 确定树脂装填量时应考虑到其膨胀性能。 • 密度 干树脂的密度称真密度，而膨胀树脂酌密皮称 视密度，由视密度可以估计树脂的装填量和离子交换 柱所承受的压力。 • 交联度 指离子交换树脂中交联剂（二乙烯苯简称 DVB ） 含量的质量分数。一般来说交联度大，机械强度高， 树脂的孔度小，大分子的物质就不易被交换 。 • 交换容量 表征树脂交换能力的重要参数。所谓交换容 量是指一定量树脂所能交换离子的毫克当量数（meq）， 其表示方法有质量交换容量（meq/g干树脂）和体积交 换容量（meq/ml湿树脂）两种。
物理吸附：基于范德华力、氢键 和静电力，它相当于流体中组分分 子在吸附剂表面上的凝聚，可以是 单分子层，也可以是多分子层。物 理吸附一般速度较快且是可逆的。
化学吸附：基于在固体吸附剂表 面发生化学反应使吸附质和吸附剂 之间以化学键力结合的吸附过程， 因此选择性较强。化学吸附一般速 度较慢，只能形成单分子层且不可 逆。
3．多级逆流萃取
• 多级逆流萃取中，料液移动方向和萃取剂 移动方向相反，故称逆流萃取。
•
多级逆流萃取与同级错流萃取 相比，在相同的萃取剂用量下，可 获得更高的收得率。
在逆流萃取中，由于只在最后 一级中加入萃取剂，故与错流萃取 相比，萃取剂用量少，因而萃取液 浓度高。
•
例1：利用乙酸乙酯萃取发酵液中的放线 菌素 D, pH3.5时分配系数K =57。令料液 体积为450 l/h,单级萃取剂流量为39 l/h。 计算单级、三级顺流、三级逆流萃取的萃 取率。
四、离子交换树脂选择依据
1、带正电荷的碱性抗生素用阳离子交换树脂， 反之，用阴离子 ２、强酸性或强碱性抗生素，宜选用弱碱性及弱 酸性交换树脂 ３、交换树脂有酸、碱型和盐型，对弱酸、碱型 离子交换树脂用盐型 ４、工业离子交换树脂宜选用容量高，选择性好， 特别是易再生的树脂。
五、离子交换方法
1、静态交换法： 工业上（间歇式工艺） ：交换罐。 实验室中： 烧杯。
（２）pH的影响
pH对表观分配系数的影响（pH~K） pH低有利于酸性物质分配在有机相，碱性物质 分配在水相。
（３） 温度T
T↑，分子扩散速度↑，故萃取速度↑ 一般生化物质的萃取在室温或较低温度下 进行。
（４） 盐析
无机盐——氯化钠、硫酸铵，作用： 生化物质在水中溶解度↓；两相比重差↑ 两相 互溶度↓
骨架：接功能基团，惰性 固定基团：接于骨架上，与 相反离子结合 活性离子：可移动离子
待交换离子：吸附阶段与活 性离子交换
二.离子交换树脂
按材料不同 离子交 换树脂 （聚）苯乙烯树脂 751、722等离子型小分子 多糖类骨架 DEAE、凝胶（葡聚糖、琼脂 糖，多糖蛋白
按结构 凝胶型 离子交 换树脂 大孔型 等孔型
2、动态交换法：
工业上：离子交换器
将树脂装入柱状交换器中，使待交换溶液流 过交换柱。
实验室中：交换柱或滴定管
六、离子交换柱式操作过程：
预处理 装柱 离子交换 洗脱 树脂再生
１.树脂的预处理
一般经过研磨、溶胀、洗涤等步骤。
• 研磨、过筛使 粒度符合要求
• 浸泡使其充分 溶胀
• 洗涤减少杂质
5.转型法：如在O/W中加入亲油性乳化刑，使乳 化液有生成W/O的倾向，但又不稳定，从而达到 破乳目的。
常用的去乳化剂①醇类（戊醇最好） ②ＰＰＢ溴代十五烷基吡啶 ③十二烷基三甲基溴化氨（1231) ④十二烷基磺酸钠
最好的方法是防止乳化，如蛋白质是乳化起因， 就应设法去除蛋白质。
二、萃取设备
1、萃取体系的组成及功能
第三节 吸附法分离抗生素
• 1、概念： • 吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具 有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过 程。 • 被吸附的流体称为吸附质，多孔固体颗粒称为 吸附剂。吸附达到平衡时，吸附剂内的流体称为吸 附相，剩余的流体本体相称为吸余相．
吸附法的发展
吸附法在各种层析技术中应用最早， • 如一战期间发展起来的活性炭吸附， • 后来使用的硅胶、凝胶型离子交换树脂、 分子筛和纤维素等 • 近些年发展的大网格吸附剂
第七章 抗生素的提取
四川理工 生药2011
抗生素的提取
药物的一般分离纯化方法
发酵液 预处理 固液分离
源自文库初步纯化（提取）
高度纯化（精制）
成品加工
提取要求： 1)时间短；2)温度低；3)pH宜选择
对抗生素较稳定的范围；4)勤清洗消毒．
提取方法： 1)溶媒萃取法； 2)离子交换法； 3)吸附法； 4)沉淀法
解: 单级萃取的萃取效率：E = Ｄ ＋Ｖ水／Ｖ有 = 57/(57+450/39) ×100% = 83.2%
三级顺流E = 94.6% 三级逆流E = 99.3%
Ｄ
4. 影响萃取操作的因素
(1)有机溶剂的选择
(2) pH的范围 (3)温度的确定 (4)盐析 (5)乳化作用
（１）有机溶剂的选择
• （3）流动床：树脂与料液在柱床内同时逆向流 动。
八、 抗生素离子离子交换工艺选择
• （1）pH：交换时pH值①抗生素离子化
•
②抗生素稳定性适宜。
• （2）吸附与洗脱：条件相反（逆过程），eg. 酸性吸附则碱性洗脱
• （3）为防止洗脱过程pH变化过大，可选用缓冲 剂作为洗脱液 • （４）工业常用洗脱剂
（3）混合罐
• 混合罐的结构类似 于带机械搅拌的密 闭式反应罐。
• 对化学腐蚀性强的 液体，可采用气流 搅拌。
三、分离设备
• 高速离心机：碟片式，4000~6000rpm • 超速离心机：管式，＞10000rpm
第二节 离子交换法
• 离子交换法：是利用某些抗生素能在溶液中形成带 电粒子，与合成离子交换树脂之间结合力的差异来 进行分离的方法。带电粒子与离子支换树脂间的作 用力是静电力，它们的结合是可逆的。
（５）乳化和破乳（去乳化）
1．乳化
乳化是一种液体(分散相)分散在另一种不
相混溶的液体(连续相)中的现象。这样形成的分 散体系称乳浊液。 原因：是发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等 物质，这些物质具有表面活剂性的作用，使有机 溶剂和水的表面张力降低，水易于以微小液滴的 形式分散于油相称为油包水型W/O乳浊液；相反，
根据相似相溶的原理，选择与目标产物极性相近
的有机溶剂为萃取剂，可以得到较大的分配系数； 有机溶剂与水不互溶，与水有较大的密度差，黏 度小，表面张力适中； 应当价廉易得，容易回收，毒性低，腐蚀性小， 不与目标产物反应。 常用于抗生素萃取的有机溶剂有丁醇、丁酯、乙酸 乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等。
无论是物理吸附，还是化学吸 附，吸附都是发生在吸附剂表面 的一种表面现象，为了增大吸附 容量，吸附剂应具有大的比表面 积。
５、吸附剂通常应具备以下特征： • ①对被分离的物质具有较强的吸附能力; • ②有较高的吸附选择性； • ③机械强度高；
• ④再生容易；
• ⑤性能稳定、价格低廉。
常用的吸附剂有极性的和非极性的两种。 羟基硅燥土、硅胶、氧化铝等属前者，活 性炭属后者。 人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两 种都有。但大多属非极性的。
为O/W型乳浊液。
２.害处：
乳化产生后会使有机溶剂相和水相分层困难，并
出现两种夹带：①发酵液中夹带有机溶剂微滴，
使目标产物受到损失；②有机溶剂中夹带发酵液
给后处理操作带来困难。
３．破乳
由蛋白质引起的乳化多为O/ W型，其粒径 在2.5—30微米之间。表面活性剂的亲水基团强 度大于亲油基团。 破乳方法： 1.过滤或离心分离破乳法； 2.化学法：加电解质中和离子型乳油液的电荷； 3.物理法：加热、稀释、吸附等； 4.顶替法：加入表面活性更大，但因其碳链较短 难以形成坚固的保护膜的物质，取代界面上的乳 化剂；
２、吸附法的特点： ① 常用于从稀溶液中将溶质分离出来，由于受固 体吸附剂的限制，处理能力较小； ② 对溶质的作用较小； ③ 可直接从发酵液中分离所需的产物，成为发酵 与分离的耦合过程，从而可消除某些产物对微 生物的抑制作用； ④ 溶质和吸附剂之间的相互作用及吸附平衡关系 通常是非线性关系，故设计比较复杂，实验的 工作量较大。
第一节 溶媒萃取法提取抗生素
定义：利用抗生素在水及与水互不相溶 的溶媒中其溶解度不同的特性，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，以达到浓缩和提纯的目的。
分液漏斗
有机相 水相
萃取的基本概念
•料液：在溶剂萃取中，被提取的溶液， •溶质：其中欲提取的物质， •萃取剂：用以进行萃取的溶剂， •萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃 取剂中，得到的溶液， •萃余液：被萃取出溶质的料液称为。
２．装柱与装样交换
装柱：树脂洗至中性后借助水的重力使树脂自然 沉积，避免夹杂气泡现象。 ３．洗 脱
洗脱一般采取分步淋洗或梯度淋洗，其中分步洗脱， 是指先采用洗脱能力较弱的溶液，使易洗脱组分流出， 然后依次使用洗脱能力更强的溶液，洗脱较难洗脱的组 分。
七、 工业离子交换提取方法
• （1）分批法：交换罐。 • （2）固定床：树脂上柱或交换器，动态洗脱。
孔径5nm、少，溶胀度较大，水溶胀后呈凝胶状。 孔径为20—100nm，溶胀度小，交换速度高，抗
污染能力强。 孔大、均匀，抗有机污染能力强。
按离子属性及强弱 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
强酸性阳离子交换树脂 R—SO3H 弱酸性阳离子交换树脂 R—COOH 强碱性阴离子交换树脂 R NOH 弱碱性阴离子交换树脂 R—NH3OH
②特点
• 混合管的萃取效果高于混合罐，且为连续操作。流程 简单、结构紧凑、能耗小、萃取效率高。适于各种黏 度的流体。
（b）同向射流混合
（a）交错射流混合
（2）喷嘴式混合器
喷嘴式混合器是一种体积小,简单方便的混合装 置，特别适用于低黏度、易分散的料液。这种设 备投资小，但需要料液在较高的压力下进入混合 器。且效率较低。
• 液-液萃取设备应包括3个部分：混合设备、 分离设备和溶剂回收设备。 • 混合设备：（１）管式混合器 （２）喷嘴式混合器 （３）搅拌混合罐
（１）管式混合器－混合管
①工作原理
• 萃取剂及料液在一定流速下进入管道一端，混合后从 另一端导出，依靠管内特殊设计的内部单元和流体流 动实现液体混合。 • 强迫湍流状态；料液在管内平均停留时间10~20s。
萃取剂 S
萃 取 器 分 离 萃取相L 器 回 收 器
F 料液
产物
单级萃取流程示意图
萃余相R
２.多级顺流（错流）萃取
F一料液
S一溶剂 L一萃取液 R—萃余液 下标1，2，3—级别
• 多级错流萃取的理论收率高于单级 萃取，即萃取完全。 • 但多级萃取流程长，萃取剂用量大， 因而得到的萃取液浓度低。