第七章 抗生素的提取
生物制药第七章氨基酸糖苷类抗生素
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4
链霉素的溶解性
由于链霉素分子中含有多个亲水基团 (羟基和胺基)；故链霉素碱或盐类太多数很 易溶于水，而难溶于有机溶媒中。盐酸链 霉素易溶于甲醇(而硫酸链霉素很难溶 解)．难溶于乙醇，不溶于氯仿等。
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链霉素稳定性
．
链霉素比青霉素稳定得多，但链毒素无论游离碱或 盐类均易吸收空气中的水分而潮解；干燥的链霉素相 当稳定，但其潮解后身分解破坏。一般成品中水分在 3%左右，在室温下保存不影响效价，如水分大幅度增 加则稳定性显著下降。此外，成品中含有杂质也将影 响链霉素的稳定性。链霉素水溶液的稳定性受pH和温 度的影响较大，链霉素盐类水溶液在pH 4-7间，室温 下数星期内稳定。如在冰箱中保存，则三个月内活性 几无变化。
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2
一、链霉素
1944年人们发现了链霉素(Streptomycin)，它是继青霉 素之后临床上使用的第二个重要的抗生素，国内于1958年 以来大量生产。这类抗生素包括链霉素、双氢链霉素、羟链 霉素，共同化学结构如下：
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3
链霉素的理化性质
链霉素游离碱为白色粉末，链霉素的盐类 多数也是白色或微带黄色的粉末或结晶，无 臭，味微苦，有吸湿性，在空气中易潮解。 链霉素是一个高极性并有很大亲水性的有机 碱。整个分子成为一个三价盐基强碱物质， 其盐以三价阳离子形成存在于溶液中，这是 离子交换法提取链霉素的理论依据。
整理是广谱抗生素。对耐药性金 葡菌、大肠杆菌，产气杆菌、肺炎杆苗、 痢疾杆菌等有抗菌作用，对耐链霉素的结 核杆菌亦有抑制效能，但能迅速产生对卡 那霉素的耐药性。卡那霉素的作用机制与 链霉素相同。在临床上适于用耐药金葡菌 和一些革兰氏阴性杆菌所引起的各种严重 感染，如败血症、肺部感染、胆道感染、 屎路感染等。
第七章 氨基糖苷类抗生素
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生物制药工艺学
抑制蛋白质合成的开始
第七章 氨基糖苷类抗生素
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生物制药工艺学
第七章 氨基糖苷类抗生素
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生物制药工艺学
2、能破坏细菌胞浆膜的完整性
通过离子吸附作用附着于细菌体表面造成胞膜 缺损致使胞膜的通透性增加，细胞内钾离子、腺嘌呤
核苷酸、酶等重要物质外漏，从而导致细菌死亡。
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生物制药工艺学
命名：链霉素(Aminoglycoside Antibiotics)
H2N HN HO HO O CH3 链霉素 O OHC O OH H O OH NH OH H N HN
NH2 OH OH
HN CH3
化学名为N-甲基-2-α-L-葡萄糖胺-(1→2)-α-L-链霉糖-(1→4)-链霉胍
④ 首次接触效应（FEE，First Exposure Effect）。 ⑤ 在碱性环境中抗菌活性增强。
FEE：细菌首次接触抗生素时，能被迅 速杀死，当未被杀死的细菌再次或多次 接触同种抗生素时，其杀菌作用明显降 低。
第七章 氨基糖苷类抗生素
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生物制药工艺学
抗菌作用机制
1. 抑制细菌蛋白质合成
第七章 氨基糖苷类抗生素
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生物制药工艺学
常用氨基糖苷类抗生素
链 霉 素
1944年用于临床，水溶液稳定，保存一周。 1. 对结核菌敏感，用于各种结核病。 2. 鼠疫、兔热病（首选） 3. 肠球菌、链球菌引起的心内膜炎（与青霉素合用）
第七章 氨基糖苷类抗生素
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生物制药工艺学
庆 大 霉 素
4化学反应
（一）链霉素的降解反应 在酸性条件下：
抗生素的分离
发酵液的过滤
青霉素过滤一般采用鼓式真空过滤机， 压力差小，能连续操作，且劳动强度 小。 改善过滤性能的方法有：酸化凝结、 电解质处理、热凝固、加入助滤剂 （硅藻土、纸浆）。有多糖时，可以 用相应的酶转化为单糖，从而提高过 滤速度。
萃取和精制
提取青霉素，工业上多用溶 剂萃取法 青霉素与碱金属所生 成盐易溶于水，而其游离酸易溶 于有机溶剂，据此，可将其 从 酸性溶液转入有机溶剂 （如醋 酸丁酯、醋酸戊酯等），再反萃 取到重型水相，反复萃取多次， 达到提取和浓缩的目的。
影响萃取的主要因素
①pH值：pH低，有利于酸性物质
分配在有机相，有利于碱性物质 分配在水相。
②温度：一般采用较低的温度，
通常在10℃以下
结晶和精致
青霉素的结晶方法主要有以下几种： （1）青霉素普鲁卡因盐结晶 普鲁卡因青霉素在水中溶解度很小，因此在青 霉素钾盐水溶液加盐酸普鲁卡因溶液，普鲁卡 因青霉素就结晶析出。 （2）青霉素钠盐结晶
在二次醋酸丁酯萃取液中加入醋酸钠盐乙醇 溶液，就会得到青霉素钠盐的晶体。
（3）青霉素钾盐结晶 青霉素钾盐在丁酯中溶解度很小，因此在二次 醋酸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。
(4) 共沸蒸馏结晶法 共沸是温度要较低，以减少青霉素的损失 ，当水分和大部分丁醇蒸掉后，钠盐就结 晶析出了。
干燥处理
溶胞处理
珠磨法
压榨法
高压匀浆
超声法
酶溶法
化学法
物理法
细胞破碎就是通过采用不同手段破坏细胞外围使 细胞内含物释放出来，转入液相中，以便于进行产 物的分离纯化。
固-液分离常用技术及其特点
序号
1 2
方法
絮凝
原 理
抗生素的提取方法
抗生素的提取方法抗生素是一类能够抑制或杀灭细菌生长的药物。
这些药物主要通过提取自微生物（如细菌、真菌、放线菌等）来获得。
提取抗生素的方法可以分为传统方法和现代分离技术。
传统的抗生素提取方法主要是基于微生物发酵的原理。
一般来说，通过筛选具有抗菌活性的微生物，然后在适当的发酵条件下培养和繁殖这些微生物，使其合成并分泌出抗生素。
常用的发酵方法有液体发酵和固体发酵两种。
液体发酵是将发酵基质和产生抗生素的菌株放入发酵罐中，通过调节适宜的温度、pH值、氧气供应、搅拌速度等因素，促使菌株进行生长和代谢产物的合成。
在菌株生长的过程中，微生物会合成出抗生素，并通过发酵液进一步分泌出来。
随后抗生素可以通过离心、过滤、提纯等步骤从发酵液中提取出来。
固体发酵是把含有抗生素活性的菌株悬浮在固态基质上进行培养，比如在麦芽糊精、豆粉等基质中，菌株通过代谢活动合成出抗生素。
固体发酵相对来说操作简单，但由于难以控制好发酵条件，因此产量相对较低。
从固态发酵物中提取抗生素可以通过浸提、溶解、过滤等步骤进行。
除了传统的发酵方法，现代分离技术也在抗生素的提取过程中得到广泛应用。
现代分离技术利用了化学、生物、物理等多种方法，以提高抗生素的提取效率和纯度。
常用的分离技术包括悬浮-沉淀、萃取、色谱层析、凝胶过滤等。
悬浮-沉淀是一种将发酵液中的细胞和杂质通过悬浮和沉淀的方式分离出来，其中抗生素溶于悬浮液中，可以通过离心等方式进行分离。
萃取是通过萃取剂与发酵液中的抗生素相亲和性差异进行分离。
常用的萃取剂有有机溶剂如乙酸乙酯、正己烷等。
通过调整萃取剂的性质和条件，可以实现抗生素的富集和分离。
色谱层析是一种基于物质在固定相和流动移动相之间差异的分离技术，常用的色谱层析方法有薄层层析、柱层析、气相色谱等。
色谱层析可以根据抗生素的性质来选择合适的分离方法，如极性柱层析适用于亲水性抗生素的富集和纯化。
凝胶过滤是一种利用分子的大小和形状差异进行分离的技术，通过将发酵液通过特定的孔径大小的过滤膜来分离抗生素。
抗生素萃取
与杂质的分离程度归纳
生化物质
杂质
酸性
碱性(pK碱杂>pK生) 酸性(pK酸杂<pK生) 酸性(pK酸杂>pK生)
碱性
酸性(pK酸杂<pK生) 碱性(pK碱杂>pK生) 碱性(pK碱杂<pK生)
此时，同时存在着两种平衡，一种是青霉素游离酸分子在有 机溶剂相和水相间的分配平衡；另一种是青霉素游离酸在水 中的电离平衡（图18-2）。前者用分配系数K0来表征，后 者用电离常数Kp来表征。对于弱碱性物质也有类似的情况。
青霉素的分配平衡
弱电解质的分配系数：
热力学分配系数K0 ：萃取平衡时，单分子化 合物溶质在两相中浓度之比。
● 控制pH，去除杂质
例: pen 当pH<pK时, 萃取→丁酯中
(1) 碱性杂质 pKpen< pK碱杂 当pH < pKpen(2.75) pH << pK碱杂 碱性杂质呈正离子状态，易溶于水相中，∴ 自然分离除去
(2) 酸性杂质 pK酸杂 < pKpen 例: 青霉烯酸 pK烯< pKpen ∴ pH控制: pK酸杂负离子 pK酸杂 pH pK pen
萃取在化工上是分离液体混合物常用的单元操作，在 发酵和其它生物工程生产上的应用也相当广泛，
萃取操作不仅可以提取和增浓产物，使产物获得初步 的纯化，所以广泛应用在抗生素、有机酸、维生素、 激素等发酵产物 的提取上。
萃取过程
溶剂萃取概述
｝ 溶质Ａ 料液 稀释剂Ｂ
生化工艺 第七章 典型产品生产工艺 第二节有机酸的生产工艺
第七章
典型产品生产工艺
第一节 抗生素生产工艺 第二节 有机酸生产工艺 第三节 氨基酸生产工艺 第四节 啤酒生产工艺 第五节 其他产品的生产工艺 第六节 发酵过程经济评价
第二节 有机酸的生产工艺
有机酸发酵工业是生物工程领域中的一个重要且较 为成熟的分支,在世界经济发展中,占有一定的地位。有 机酸在传统发酵食品中早已得到广泛应用,以微生物发酵 法生产且达到工业生产规模的产品已有十几种。
（2）柠檬酸的提取 从柠檬酸发酵液制备结晶柠檬酸一般 包括三个步骤：
①去除菌丝和其它固形物得到滤液； ②用各种物理和化学方法处理滤液，得到初步纯化的柠 檬酸溶液； ③初步纯化的柠檬酸溶液经精制后浓缩得到结晶柠檬酸。
第二节 有机酸的生产工艺
柠檬酸的提取方法有五种：钙盐法、溶剂萃取法、 电渗析法、液膜法和逆向渗透法。
表7-1 一些常用发酵法生产的有机酸的来源和用途
有机酸名称 柠檬酸 乳酸
来源
黑曲霉、酵母等 德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌、米根菌等
用途
食品工业和化学工业的酸味剂、 增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除 腥脱臭剂、鳌合剂、纤维媒染剂、 助染剂等 食品工业的酸味剂、防腐剂、还 原剂、制革辅料等
醋酸 葡萄糖酸
衣糠酸 苹果酸
用微生物发酵法生产有机酸,以代替从水果和蔬菜等 植物中提取有机酸,是近年来由于社会及市场的需要而开 发出的方法。由于食品、医药、化学合成等工业的发展， 有机酸需求骤增，发酵法生产有机酸逐渐发展成为近代 重要的工业领域。
第二节 有机酸的生产工艺
一、有机酸的来源与用途
柠檬酸、乳酸、醋酸、葡萄糖酸、衣糠酸和苹果酸等有 机酸是重要的工业原料，在食品工业、化学工业等领域有重 要的作用。在现代有机酸的生产过程中，发酵法生产有机酸 占有重要的地位，表7-1是一些常用发酵法生产的有机酸的 来源和用途。
抗生素的提取
（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↓
（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。
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。
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。
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。
（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
【代谢调控学】第七章 抗生素的代谢
ß-内酰胺类抗生素
是一类结构中含有ß-内酰胺环的抗生素。包括 • 青霉素类抗生素 • 头孢菌素类抗生素 • 非典型的ß-内酰胺类抗生素
青霉素：由带酰基的侧链和6-氨基青霉烷酸 所构成；
头孢菌素：由α-氨基己二酸（侧链）和7-氨 基头孢霉烷酸所构成。
一、青霉素和头孢菌素的生物合成途径及代 谢调节机制
α-酮戊二酸 + 乙酰辅酶A
高柠檬酸合成酶 高柠檬酸
反
顺-高乌头酸
馈
抑
高异柠檬酸
制
α-酮己二酸
α-氨基己二酸（ α -AAA）
赖氨酸
异青霉素N 青霉素G
（3）蛋氨酸对头孢菌素C形成的促进作用
1)作为硫源或氮源？ 过去认为是Met作为合成头孢菌素C的前体， 但比较含硫aa，结果并非半胱氨酸〉光硫醚〉 蛋氨酸，而是蛋氨酸>光硫醚〉半胱氨酸. 2)菌丝形态 含硫酸盐培养基: 丝状 含蛋氨酸培养基: 膨大、不规则，呈高度分节的节孢 子。 抗生素的合成量与节孢子的数量成正比。
4、增加前体物的合成
✓缬氨酸
丙酮酸
乙酰羟酸合成酶
反馈抑制
乙酰乳酸
缬氨酸
✓α-氨基己二酸
克隆高柠檬酸合成酶基因，增加胞内该酶的酶 量，即增加了α-氨基己二酸的量，再体外诱变， 使表达出的酶不再受赖氨酸的反馈抑制。
第一节 天冬氨酸族氨基酸的代谢控制育种
天冬氨酸族包括：天冬氨酸、赖氨酸、高丝氨酸、苏氨酸、 蛋氨酸和异亮氨酸；
2、切断支路代谢,选育赖氨酸缺陷突变株，解除赖氨酸对高柠檬酸合成酶的抑制。
3、解除菌体自身的反馈调节
➢ 选育结构类似物抗性突变株 如：三氟亮氨酸、L-正缬氨酸等 ➢ 筛选自身耐受性突变株 ➢ 筛选前体或前体类似物抗性突变株 毒性前体或其类似物对微生物生长有抑制作用，同时抑制代谢终产物的生物合成。 如：苯乙酸、苯氧乙酸、苯乙酰胺等 ➢ 选育营养缺陷型的回复突变株
抗生素的制备ppt课件
CH3 _CH _C _ NH _ CH- COOH
NH2 O
CH3
4
现在定义 • 抗生素（antibiotics）是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活
过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞 发育功能的化学物质。
5
抗生素的分类 按结构分类 β-内酰胺类：青霉素类、头孢菌素类； 氨基糖甙类：包括链霉素、庆大霉素、卡那霉素、 四环素类：包括四环素、土霉素、金霉素 大环内脂类：红霉素、白霉素、无味红霉素 多肽类：多粘菌素、杆菌肽， （ 含有多种氨基酸，经肽键缩合成线状、环状或带侧链的环状多肽。 ）
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预处理方法
• 加热、大幅度调pH和加絮凝剂等方法使 • 草酸及磷酸去除高价离子钙、镁，还能
蛋白质变性
促使蛋白质凝固
• 加入草酸、三聚磷酸钠、黄血盐等可除 去Ca2+，Mg2+，Fe2+等无机离子
• 硫酸锌有利于凝固蛋白质
• 黄血盐有利于去除铁离子 • 等电点法、加热法、絮凝法去除蛋白
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板框过滤机
• 生产用的菌株须经纯化和生产能力 的检验，若符合规定，才能用来制 备种子
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种子的制备 目的：使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，并接种到发酵罐中； 方法：可用摇瓶培养后再接入种子罐进逐级扩大培养或直接将孢子接入种子罐逐级放
大培养。 扩大培养：级数通常为二级。
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种子扩大培养工艺流程
• 1.砂土孢子 2.冷冻干燥孢子 3.斜面孢子 • 4.药瓶液体培养 5.茄子瓶斜面培养 • 6.固体培养基培养 7、8.种子罐培养 • 9.发酵罐
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3、四环类抗生素 放线菌产生的一类广谱抗生素；
抗生素的分离与纯化
衡水学院结课论文抗生素的分离和纯化论文作者：邢五星系别：生命科学系专业：：生物科学学号************ 年级：2014级抗生素的分离和纯化抗生素是由生物包括微生物、植物、动物在其生命活动过程中产生的一类天然有机化合物,具有能在极小的浓度下有选择地抑制、促进或杀灭其他微生物和生物细胞的作用。
由于其存在于成分复杂的发酵液中,因此采用合理有效的分离纯化技术路线是新型抗生素研究成功与否的关键。
1.发酵液的预处理微生物发酵液的预处理,其目的不仅在于分离菌体和其他悬浮颗粒,还着眼于除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质,以利于提取和精制后续各工作的顺利进行。
对于胞外产物,经预处理应尽可能使目的产物转移到液相,然后经固液分离除去固相;对于胞内产物,则首先收集菌体,经细胞破碎后,目的产物进入液相,然后再将细胞碎片分离。
改变发酵液过滤特性的方法有:调酸(等电点)、热处理、电解质处理、添加凝聚絮凝剂等。
另外通过调节发酵液的酸碱度或加入合适的溶剂也可以除去部分相应的杂质,如调节发酵液pH值过酸性或过碱性可以使大部分蛋白类杂质沉淀除去,用高浓度甲醇、乙醇或丙酮溶液浸提发酵液,既可以沉淀出大部分不溶性多糖和蛋白杂质,又可以降低发酵液粘稠度,有利于过滤、色谱分离等进一步处理。
廖文彬、鲍时翔等报道[1],采用有机溶剂乙醇B丙酮(1B1)的混合液可以很好的除去红树林放线菌发酵液中的的蛋白等杂质,有利于活性物质的分离纯化。
解翠华、夏焕章等报道[2]用草酸调节发酵液pH值至3,然后离心,可以使发酵液和菌丝体很好的分离,分别用乙酸乙酯对上清液进行萃取;对菌丝体进行抽提;都得到了具有活性的粗提物。
2.抗生素常用的分离纯化方法抗生素常用的分离纯化方法主要有溶媒萃取法、吸附法、离子交换法、沉淀和结晶、色谱分离等。
在提取时,可根据抗生素分离的难易,单独或同时使用上述方法。
2.11 溶媒萃取法溶媒萃取法是利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同,使溶质选择性的从一种溶剂转移到另一种溶剂中而得到纯化或浓缩的方法,它是生物工业中一种重要的分离提取方法。
第七章 抗生素的提取
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
• （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
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
（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
生产抗生素的操作方法
生产抗生素的操作方法
生产抗生素的操作方法可以包括以下步骤：
1. 合成或提取抗生素：抗生素可以通过化学合成或从微生物（如细菌或真菌）中提取得到。
化学合成的抗生素是通过合成化学反应得到的，而提取的抗生素则是通过培养细菌或真菌，并分离和纯化目标抗生素。
2. 培养菌种：如果选择使用微生物来生产抗生素，首先需要选择合适的菌种，并在合适的培养基和条件下培养这些菌种。
这些条件可能包括适当的温度、pH 值、营养物质等。
3. 发酵过程：将培养菌种转移到大型发酵罐中，在适宜的条件下进行发酵过程。
这可能需要监控和调节温度、pH值、氧气水平和搅拌速度等。
4. 分离和纯化：发酵过程完成后，抗生素需要从培养液中分离和纯化出来。
这通常涉及到一系列的分离和纯化步骤，如过滤、离心、萃取和层析等。
5. 产品测试和调整：分离和纯化的抗生素产品需要进行一系列的质量测试，以确保其符合规定的标准。
如果有必要，还可能需要对产品进行调整和改进，以满足特定的需求。
6. 包装和储存：经过测试和调整后的抗生素产品将被进行包装，并存储在适当
的条件下，以确保其质量和稳定性。
需要注意的是，生产抗生素的操作方法可能因不同的抗生素类别（如β-内酰胺类、大环内酯类、氨基糖苷类等）而有所差异。
同时，生产抗生素还需要遵守相关的法律法规和安全标准，以确保生产过程的质量和安全性。
抗生素提取设备的膜分离方法
抗生素提取设备的膜分离方法
抗生素，是指由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。
传统的抗生素提取方法主要有吸附法、溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法,但这些工艺往往十分繁杂，所需时间长，提取过程中需要消耗大量的原料，能耗高。
抗生素在漫长的提取过程中易变性失活，产品回收率低，废水污染严重且处理难度大，得到的溶液中抗生素浓度往往很低。
膜分离、浓缩、提纯及净化技术，用于抗生素提取、浓缩、脱盐，具有如下特点：
1.分离精度高，滤液澄清透亮，杂质含量少，大大减轻后续处理难度;
2.在常温下进行分离，适于热敏感物质的分离、浓缩和纯化;
3.可实现高倍数浓缩，与传统工艺相比，可大幅提高产品收率，浓缩的菌体可作为饲料回收利用;
4.大大降低水使用量，废水排放量少。
以上就是小编为大家介绍的抗生素提取的膜分离方法，希望对大家能够有所帮助。
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离子交换法提取抗生素PPT课件
无机离子交换剂： 由天然的(粘土、沸石类矿 物)和合成的(合成沸石、分子筛、水合金属氧化 物、多价金属酸性盐类、杂多酸盐等)化合物构 成。
有机离子交换剂：人工合成的带有离子交换功
能团的高分子聚合物。其中应用最为广泛的是
离子交换树脂。
4
第4页/共57页
一、离子交换树脂的结构性能和作
1用.结构
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。
＜SO42-＜OH-
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第26页/共57页
三、离子交换平衡
1、离子交换反应
例如，氢型阳离子交换树脂与溶液中一 价阳离子发生交换反应，即：
R-H + M+ = R-M + H+
如果在交换柱上交换，随着溶液下移，这种 交换不断进行，直到溶液中的阳离子全部交换完 毕为止。此时再向交换柱的顶端注入合适的洗提 液时，则洗提液将树脂上己吸附的阳离子再交换 到溶液中。
范德华力等辅助力；
31
第31页/共57页
3、分配系数
某离子Mn+和树脂进行交换反应达到平衡后， Mn+离子在树脂相浓度和液相中浓度之比值。
DM
[M ]r [M ]s
[M]r— 平衡时，树脂相中Mn+的浓度 （mmol/g) ∑[M]s— 平衡时，水溶液中Mn+的总浓度
（mmol/mL)
32
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27
第27页/共57页
2、选择系数
某氢型阳离子交换树脂，与溶液中阳离
子发生交换反应，即：
nR-H + Mn+ = Rn-M + nH+
交换达到平衡：
K
微工第7章 抗生素的发酵机制1
创新霉素、井冈霉素、庐山霉素、平阳霉素、土霉素 、金霉素
2024/9/4
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第七章 抗生素的发酵机制
抗生素的生物起源
生存竞争说
共生与拮抗，抗生素是拮抗菌分泌的用来与别的微生物战 斗的武器
代谢说
抗生素的产生是由于生物的代谢功能，而抗生素的抗生现 象，只是其作用表现。
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四环素类 磺胺类
放线菌素D 缬氨霉素
长春花生物碱 抗霉素A 除虫菌素
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第七章 抗生素的发酵机制
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1945年诺贝尔生理学医学奖获得者
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第七章 抗生素的发酵机制
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第七章 抗生素的发酵机制
微生物产生抗生素
放线菌
链霉菌属：放线菌素、链霉素等60％种类。 小单抱菌属：红霉素（大环内酯类）、新霉素（氨基环醇类） 诺卡氏菌属：肌霉素（氨基环醇类）、诺卡氏菌素
细菌
芽孢杆菌属：多粘芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌 假单胞菌属：铜绿假单胞菌（绿脓杆菌） 杆菌肽、粘杆菌素、多黏菌素等多肽类。
物）
底物 （营养 物）
中间体 （质粒产物）
初级代谢产物 （质粒产物）
底物 （异常营养物）
酶、蛋白质
酶、蛋白质、次级代 谢产物（质粒产物）
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核糖核蛋白体系统
mRNA
mRNA
染色体
质粒
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次生与初生 关系图
第七章 抗生素的发酵机制
第七章 抗生素的代谢
（二）次级代谢与初级代谢产物的关系
1 从菌体生化代谢方面分析
许多抗生素的基本结构是由少数几种初级代谢产物构 成的，所以次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生 出来的，次级代谢途径并不是独立的，而是与初级代谢 途径有密切关系的。
磷抑制或阻遏次级代谢产物合成所必须的磷酸酯酶。如链 霉素、紫霉素、新霉素等的合成途径中的中间产物都是磷 酸化的化合物，因此，在它们的生物合成中必须有磷酸酯 酶参与。链霉素的生物合成对磷极其敏感。
绝大多数抗生素是在限制无机磷的条件下进行生产。
无机磷促进初级代谢，抑制次级代谢。 无机磷控制抗生素产生菌的、RNA和蛋白质的合成，
控制糖代谢、细胞呼吸和胞内ATP水平。 在无机磷过量存在的情况下，细胞利用葡萄糖的速率增
加，胞内DNA、RNA和蛋白质的量增加，呼吸速率上升， 次级代谢物的合成受阻。或者使进行中的次级代谢活动马 上中止。
抗生素不合理使用细菌耐药性
数据表明： 上世纪五六十年代青霉素一次剂量是2万～4万单
位，现在需用几十万、几百万单位 葡萄球菌、肠道革兰氏阳性杆菌、结核杆菌、痢
疾杆菌之所以长久地肆虐人类，就是耐药性不断增强 的结果
环丙沙星20年前开始在临床上应用，当时副作用 小、疗效好，现在几乎对60％以上的病人失去作用
Penicillium 青霉素 – 真菌
•
抗生素：微生物在代谢过程中产生的，在低浓度 下就能抑制它种微生物的生长和活动，甚至杀死 它种微生物的化学物质。
抗生素以前被称为抗菌素，随着科技的发展 及广泛地应用，其治疗面不断拓宽，不仅对细菌、 真菌等“菌”类致病微生物具有抑制和杀灭作用， 而且螺旋体、支原体、衣原体等其他致病微生物及 恶性肿瘤也有良好的抑制和杀灭作用，故将抗菌素 改称为抗生素。
提取和纯化动物组织中的抗生素
提取和纯化动物组织中的抗生素动物组织中含有各种各样的化学物质，包括抗生素。
抗生素是一类对微生物有抑制或杀灭作用的化合物，广泛应用于医学和兽医领域。
从动物组织中提取和纯化抗生素对于生产高质量的药物非常重要。
本文将介绍一种常用的方法用于提取和纯化动物组织中的抗生素。
一、提取方法1. 样品准备首先，准备含有抗生素的动物组织样品。
可以选择肝脏、脑组织等富含抗生素的组织作为样品。
将样品冷冻保存或离心获取可用的组织。
2. 组织破碎将样品切碎或研磨成细小颗粒，以增加与提取溶剂之间的接触面积，并促进抗生素的释放。
3. 溶剂选择选择适当的有机溶剂用于提取抗生素。
常用的有机溶剂包括甲醇、乙醇、氯仿等。
根据抗生素的特性和样品的需要选择适当的溶剂。
4. 提取操作将样品与有机溶剂充分混合，并进行搅拌或加热，以促进抗生素的溶解和释放。
可以根据需要多次提取，以增加抗生素的提取率。
二、纯化方法1. 溶剂萃取通过不同溶剂的亲和性差异，将抗生素从溶剂中萃取出来。
可以选择酸性、碱性或非极性溶剂作为萃取剂，将抗生素从溶剂中分离出来。
2. 薄层层析薄层层析是一种基于化合物在固定相中的移动性差异实现分离的方法。
将样品溶解于适当的溶剂中，并在薄层层析板上均匀涂敷样品溶液。
然后，将薄层层析板置于适当的溶剂中，溶剂上升后，不同成分根据迁移速度的差异被分离开来。
3. 高效液相色谱高效液相色谱是一种利用各成分在固定相中的亲合性差异实现分离的方法。
将样品溶解于适当的溶剂中，并通过高效液相色谱仪进行分离。
利用不同组分在固定相上的不同保留时间来实现纯化。
4. 结晶将样品溶解于适当的溶剂中，通过调节温度和溶剂浓度等条件，使抗生素结晶出来。
利用结晶过程中抗生素和其他组分的溶解度差异，实现纯化。
三、检测和分析纯化后的抗生素需要进行检测和分析，以确定其纯度和浓度。
常用的方法包括紫外-可见光谱分析、质谱分析和核磁共振分析等。
通过这些技术，可以确定抗生素的结构和纯度，并对其进行定量分析。
第七章 中药提取液的浓缩与干燥
第七章中药提取液的浓缩与干燥学习要求：1．掌握影响药液浓缩的因素，常用的浓缩方法、原理及其选用；影响药物干燥的因素，常用的干燥方法、原理及其选用。
2．熟悉中药常用浓缩、干燥设备的性能及使用保养。
第一节浓缩浓缩通常是在沸腾状态下，经传热过程，利用气化作用，将挥发性大小不同的物质进行分离，从液体中除去溶剂得到浓缩液的工艺操作。
是中药制剂原料成型前处理的重要单元操作。
中药提取液经浓缩制成一定规格的半成品，或进一步制成成品，或浓缩成过饱和溶液使析出结晶。
在实际生产中，除以水为溶剂提取中药成分外，还经常使用乙醇或其他有机溶剂，故浓缩时必须回收溶剂蒸气，以免污染环境和浪费溶剂，甚至造成危险。
因此，浓缩设备与蒸馏设备常常是通用的。
二者目的不同，浓缩只能把不挥发或难挥发性物质与在该温度下具有挥发性的溶剂(如乙醇或水)分离至某种程度，得到具有一定密度的浓缩液，并不以收集挥散的蒸气为目的；而蒸馏是把挥发性不同的物质尽可能彻底分离，并以蒸气再凝结成液体为目的，即必须收集挥散的蒸气。
蒸发是浓缩药液的重要手段，此外，还可以采用反渗透法、超滤法、膜蒸馏法等，使药液浓缩。
一、影响浓缩效率的因素生产中蒸发浓缩是在沸腾状态下进行的，故不能用自然状态下蒸发公式来解释影响浓缩效率的因素。
发的效率常以蒸发器的生产强度来表示。
即单位时间、单位传热面积上所蒸发的溶剂或水量。
可用下式表示：U=W/A=K·△tm/ r’ (7-1) 式中：U为蒸发器的生产强度[kg/(m2·h)]；W为蒸发量(kg/h)；A为蒸发器的传热面积(m2)；K为蒸发器传热总系数[KJ/(m2·h·℃)]；△tm为加热蒸气的饱和温度与溶液沸点之差(℃)；r’为二次蒸气的气化潜能(kJ/kg)。
由上式可以看出，生产强度与传热温度差及传热系数成正比，与二次蒸气的气化潜能成反比。
)的影响(一)传热温度差(△tm依照分子运动学说，气化是由于获得了足够的热能，使分子振动能力超过了分子间内聚力而产生的。
抗生素的分离和纯化
抗生素的分离和纯化
任赓夫
【期刊名称】《微生物学杂志》
【年(卷),期】1987(000)004
【摘要】抗生素的提炼一般是指将在发酵液中积累的抗生素经过分离、浓集、纯化,获得符合使用要求制品的全过程。
是一门利用各种化工单元操作有机组合进行
生物技术产品后处理的技术。
由于抗生素的生源、性质各异,在发酵液中存在形式、杂质的干扰情况不一,以及制品的使用要求不同,所以抗生素的提炼过程不可能有一【总页数】6页(P72-77)
【作者】任赓夫
【作者单位】国家医药管理局四川抗菌素工业研究所
【正文语种】中文
【中图分类】G6
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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。
• 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。
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。
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。
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+
（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。
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
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。
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。
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。
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。
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
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。
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
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
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
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。
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
（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，
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。