青霉素萃取 第二组
双水相萃取——青霉素
双水相萃取——青霉素双水相技术在青霉素的领域的应用的可行性报告一、药品青霉素的特性青霉素是人类最早掌握的抗生素，也是目前生产量最大应用最广泛的抗生素之一。
青霉素是一大类抗生素的总称，是指从青霉菌培养液中提取的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。
然而，青霉素不耐酸碱，过酸过碱都可使其结构发生变化而失去抗菌性。
此外，青霉素为窄谱抗生素，其抗菌作用很强，低浓度时起抑菌作用，高浓度时具有强大的杀菌作用。
但只对革兰氏阳性菌及少数革兰氏阴性菌效果好，对大多数阴性菌则无效。
青霉素的抗菌机制主要抑制细菌细胞壁的合成，从而破坏其对菌体的保护作用。
细菌细胞壁的主要成分由粘肽组成，青霉素能制止粘肽的合成，而对已形成的细胞壁无破坏作用。
因此其对生长旺盛(即细胞壁生物合成时期)的敏感菌特别有效，而对代谢受到抑制的静止期细菌则效果较差。
二、双水相的特点双水相系统萃取成为新兴生物技术产业研究的热点，主要是该技术对于生物物质的分离和纯化表现出特有的优点和独特的技术优势：(1)分相时间短. (2)含水量高，在接近生理环境的体系中进行萃取，不会引起生物活性物质失活或变性；(3)界面张力小 (4)不存在有机溶剂的残留问题，且高聚物对人体无害；(5)大量杂质能与所有固体物质一同除去，使分离过程更经济；(6)易于工艺放大和连续操作，与后续提纯工序可直接相连接，无需进行特殊处理；(7)操作条件温和，整个操作过程在常温常压下进行。
(8)多种因素都可以对被萃取物质在两相的分配产生影响，故而可以利用多种手段来提高选择性和回收率。
三、华药青霉素的生产状况华北制药厂是国内生产青霉素的主要企业之一，它采用了以醋酸丁酯为萃取剂的溶媒萃取工艺，它属于酸式萃取，其酸性可以破坏青霉素活性。
溶媒萃取对青霉素的分离提纯的关键设备是离心萃取机，90年代前华药采用的罐式萃取，其萃取时间长，故而酸性溶液对青霉素活度的破坏作用大。
自1989年华药采取Decanter 离心机萃取工艺取代传统的罐式萃取工艺进行研究，青霉素混合液在数秒即将达到充分混合后高速离心分离，使青霉素快速转移到醋酸丁酯相中，大大缩短了青霉素在酸性条件下的混合、分离时间，减少了青霉素的酸性降解，分离效率较之罐式萃取工艺也大大提高。
青霉素的提取
26
3、萃取设备 （5）混合槽或静态混合器
国内大多数厂家是用混合槽或静态混合器进行混合萃取,再用碟片 式离心机进行分离。这种装置结构复杂,拆洗困难,特别是由于离心 分离过程中蛋白质和固体杂质的沉积,需要天天进行拆洗,十分不便。
27
青霉素的提取与工艺
4 青霉素提取工艺条件
（1） 温度、酸度对青霉素稳定性的影响
17
2、新提取方法的研究 （2） 反胶团萃取
反胶团是近年来新的生物活性物质分离、提纯方法 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
膜 分 离 器 具 21
膜分离原理
青霉素的提取与工艺 3、萃取设备
（1）波式离心萃取器 （2）倾析机 （3）环隙式离心萃取器 （4）排渣式离心分离机 （5）混合槽或静态混合器
22
3、萃取设备 （1）波式离心萃取器
23
3、萃取设备 （2）倾析机
24
3、萃取设备 （3）环隙式离心萃取器
12
不同 pH时石油亚砜-煤油体系的萃砜
亚 砜 萃 取 相 关 酶 反 应
13
反萃取过程中的乳化问题
溶剂萃取法从发酵液中萃取青霉素已有五十余年的历史。但其 萃取工艺基本没有改变: 所用的萃取剂主要是乙酸丁( 戊) 脂, 甲基异丁酮等。萃取操作条件为: p H 1.8一2. 2, 有机相与水 相体积比O⁄A꞊ 2/ 1, 反萃PH .6 7 一.7 2 , 相比O⁄A꞊ 2/ 1。 在其萃取过程中有以下两个特点: ①青霉素易被破坏,在pH 4 一8 范围内相对较稳定, 在PH 4< 或p H >8 皆易分解。在 PH 2.0,10 摄氏度下, 青霉素的半衰期为1.3小时, 萃取要在 很短时间内完成。② 由于发酵液中含有大量蛋白质、有机色 素及其他生物副产品, 所以萃取过程中乳化严重。而且采用离 心办法也很难将乳化消除, 需要使用破乳剂。
青霉素提取工艺
青霉素的提取工艺青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin)又被称为青霉素G、peillin 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。
青霉素类抗生素是β—内酰胺类中一大类抗生素的总称。
（图1。
青霉素分子式）化学特性青霉素又称盐酸巴氨西林。
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.是一种有机酸，性质稳定，难溶于水.可与金属离子或有机碱结合成盐,临床常用的有钠盐、钾盐。
青霉素盐如青霉素钾或钠盐为白色结晶性粉末，无臭或微有特异性臭，有引湿性。
干燥品性质稳定，可在室温保存数年而不失效，且耐热。
遇酸、碱、重金属离子及氧化剂等即迅速失效。
极易溶于水，微溶于乙醇，不溶于脂肪油或液状石蜡.其水溶液极不稳定，在室温中效价很快降低10%，水溶液pH为5。
5～7。
5。
青霉素价格较为便宜，因而也证明了生产并提取青霉素是有着较为成熟的工业方法的.（图2青霉素的售价）青霉素的提纯青霉素提纯工艺流程简图：(图3）因为青霉素水溶液不稳定，故发酵液预处理、提取和精制过程要条件温和、快速,防止降解。
在提炼过程中要遵循下面三个原则：错误!时间短错误!温度低错误!pH适中1.预处理发酵结束后,目标产物存在于发酵液中，浓度较低，只有10－30kg/m3，并且含有大量杂质，如高价无机离子（Ca，Mg,Fe离子），菌丝，未用完的培养基，易污染杂菌，产生菌的代谢产物，蛋白质等。
因此必须对其进行的预处理，其目的在于浓缩目的产物，去除大部分杂质，利于后续的分离纯化过程，是进行分离纯化的第一个工序。
2.过滤发酵液在萃取之前需预处理,可在发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白（比如明矾),或者调解发酵液pH至蛋白质的等电点以沉淀蛋白，然后经真空转鼓过滤（以负压作过滤推动力）或板框过滤（浮液用泵送入滤机的每个密闭的滤室,在工作压力的作用下,滤液透过滤膜或其它滤材，经出液口排出，滤渣则留在框内形成滤饼，从而达到固液分离目的）,除掉菌丝体及部分蛋白.青霉素在常温下易降解，因而发酵液及滤液应冷至10 ℃以下,过滤收率一般90%左右。
青霉素的萃取与萃取率的计算(生物分离纯化技术课件)
青霉素的萃取与萃取率的计算 实训原理
萃取过程是利用混合物质在两个不相混溶的液相中各种组分的溶 解度的不同，从而达到分离的目的。pH为2.3时，青霉素在乙酸乙酯 中比在水中溶解度大，因而可以将乙酸乙酯加到青霉素混合液中，并 使其充分接触，从而使青霉素被萃取浓集到乙酸乙酯中，达到分离提 存的目的。
青霉素的萃取与萃取率的计算
2、碘溶液（0.1mol/L）配制：取碘1.3g，加KI3.6g与水5mL使之 溶解，再加HCl1～2滴，定容到100mL。
青霉素的萃取与萃取率的计算
生产实训
3、HAc-NaAc（pH4.5）缓冲液配制：取83g无水NaAc溶于水，加入 60mL冰醋酸，定容到1L。
4、Dowex50的处理：Dowex50用蒸馏水充分浸泡后，用6mol/LHCl浸 泡煮沸1h，然后用蒸馏水洗去HCl至树脂呈中性，换15%NaOH浸泡 1h，用蒸馏水洗去NaOH至树脂呈中性，最后用pH4.2柠檬酸钠缓冲 液浸泡备用。
实训试剂与设备 一、试剂和材料
1、Na2S2O3（0.1mol/L） 2、碘溶液（0.1mol/L） 3、HAc-NaAc（pH4.5）缓冲液 4、NaOH液（1mol/L）、HCl液（1mol/L）、淀粉指示剂、乙酸乙 酯、稀H2SO4、蒸馏水。 5、Dowex50
青霉素的萃取与萃取率的计算
实训试剂与设备
青霉素的萃取与萃取率的计算 产品简介 二、产品结构式
三、产品分子式 C16H18N2O4S·HCl
四、化学名称 1-乙氧甲酰乙氧6-〔D（-）-2-氨基-2-乙酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐
青霉素的萃取与萃取率的计算 产品简介
五、青霉素药理作用 干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的
青霉素提取方案
青霉素提取方案
组名：青春无悔
组员：徐琳琳、朱晓娜、关尚萍邢丽丽、王慧芳、张佳朋、班级:生物制药一班
提取青霉素的方案
根据制药企业GMP认证标
准及纯化产品分离原则，
结合青霉素生产工艺流
程我们组制定以下方案
溶媒萃取法
①一次BA萃取
⏹取一定量乙酸乙酯液，用稀酸调节PH到2-3，取青霉素发酵液溶液与乙酸乙酯至分液漏斗中，摇匀静置⏹溶液分层后将取出萃余相及层萃取相
②一次反萃取
在一次BA萃取液中加碳酸氢钠溶液，调PH7.0-8.0，将青霉素从BA提取液萃取到缓冲液中③二次BA萃取
与一次BA萃取相同
我们小组通过讨论和分析一致认为本方案技术路线成熟，耗时短，效率高，成本低，所以本方案可以用于青霉素的粗提取。
汇报完毕。
离心萃取机萃取青霉素的操作规程 第二组
• 打开萃取液罐上的进料阀。水洗离心分离 机转速正常后，关闭重相取样阀，依次打 开重相出料阀、轻相出料阀至最大，开进 料阀门，开换热器冷盐水阀；启动一次BA 泵，打开一次BA出进料阀门，启动一次BA 增压泵，打开其进出料阀，打开物料与水 流量计进出料阀，按比例调节流量；检查 水洗轻相、重相出料，调节背压，使轻相 澄清，重相不夹带醋酸丁酯。
• 各离心机、变速器、泵等油位、油质、油 温正常
• 各离心机分离正常，无夹带、乳化现象
• 各管道及设备无跑、冒、滴、漏
ห้องสมุดไป่ตู้ 停车
• 当滤液罐内滤液提完时，由滤液储罐加水 阀向滤液储罐加水，依次关闭醋酸丁酯预 混流量计进出料阀
• 从滤液流量计观察料液由棕色变白色，依 次关闭稀硫酸、破乳剂系统，并通知二次 萃取岗位料已提完。按停车操作规程进行 一次萃取岗位停车
开车
• 接过滤岗位通知萃取可以开车后，启动离心萃取 机，之后启动离心分离机。萃取机转速正常后， 开始从过滤岗位向滤液储罐进料
• 依次打开滤液流量计出、进料阀和旁加饮用水阀， 调节滤液流量计控制流量，打开醋酸丁酯流量计 进出料阀，启动低单位醋酸丁酯泵，调节醋酸丁 酯流量计控制流量。萃取机轻相背压达到一定数 值后，打开轻相出料阀，打开稀硫酸、破乳剂流 量计阀进料阀，调节流量使重相PH符合要求。
• 破乳剂储罐进出料阀、压缩空气阀均应关 闭，排气阀打开，接地及静电连接齐全良 好，压力表均指示在零位
• 一次BA罐上的冷却水阀罐底阀、出料阀、 回流阀及一次BA泵进出料阀均应关闭，水 洗一次BA流量计进出料阀、水流量计进出 料阀均应关闭
• BA泵、一次BA加压泵、滤液泵、增压泵、 一次BA泵、重液泵等按泵标准操作规程进 行检查
萃取设备提取青霉素三步萃取法
萃取设备提取青霉素三步萃取法
萃取设备提取青霉素三步萃取法
萃取设备在制药工业中得到广泛应用，CWL型萃取设备提取青霉素三步萃取法工艺已经相当成熟，此萃取工艺利用青霉素盐（钠、钾盐）易溶于水，而青霉素酸易溶于有机溶剂的性质，经反复在溶剂相和水相间转移，达到提纯和浓缩的目的。
萃取设备提取青霉素三步萃取法：第一步萃取设备内青霉素从滤液中经稀硫酸酸化而把青霉素提到有机溶剂中；第二步用磷酸缓冲液或碳酸氢钠水溶液，把青霉素从有机溶剂转移到水相中；第三步在青霉素缓冲液提取液中加稀硫酸，利用萃取设备又把青霉素从水相转移抽提到有机溶剂中。
经浓缩提纯而可输送至结晶工序。
随着萃取设备的改进。
利用集多级逆流提取和分离于同一机器内完成的离心萃取器可以大大减少设备台数。
生物分离提取技术项目三：从发酵液中提取青霉素任务3青霉素的提取及固液分离教案教学设计
升华法
原理：利用某些具有升华性质的化合物遇热汽化上升，遇冷后又凝固的性质从药材中提取该类成分。
适用范围：具有升华性质，而且化学结构遇热稳定、不易被破坏的化合物
优点：对于具有升华性质，而且化学结构遇热稳定、不易被破坏的化合物，该方法具有特异性高，所得化学成分较纯的优点。
2.容器用玻璃、搪瓷等器皿，不要用铁器。
3.所提取物质为原生苷类时应先破坏酶的活性。
浸渍法（浸泡法）
※ 适用范围：遇热易破坏及含多糖物质较多的药材。
※ 操作方法：将药材装入合适的容器，加入适量溶剂，通常以浸过药面为度，浸泡一定时间，并经常搅拌，倾出浸泡液，再加入新鲜溶剂浸泡两次，时间可适当缩短。
※ 注意事项：
亲 水 性 增 加 方 向-------------→
常用溶剂按照极性大小分为三类：
1、水：极性最强
优点：安全，经济易得
缺点：水提取液（尤其是含糖及蛋白质者）易霉变，难以保存，且不易浓缩和滤过
2、亲水性有机溶剂：指甲醇、乙醇、丙酮等极性较大且能与水相互混溶的有机溶剂。
优点：提取范围较广，效率较高，提取液易于保存，滤过和回收。
经济安全、后续操作容易进行，如：过滤、浓缩等。
煎煮法：
※ 适用范围：有效成分能溶于水且不易被水、热破坏。
※ 操作方法：将粉碎好的药材装入合适容器内，加入适量水，加热煮沸一定时间，并注意不断补充失去的水分，然后倾出提取液，再加入新鲜的水煎煮两次，并可适当缩短煎煮的时间。
※注意事项：
1.注意使用温火煎煮；如果水蒸发过多，应适当补充水；
溶剂选择的依据-----“相似者相溶”原则
离子液体双水相萃取分离青霉素
第50卷第8期 2005年4月论文离子液体双水相萃取分离青霉素刘庆芬①②③胡雪生①王玉红③杨屏③夏寒松①余江①*刘会洲①*(①中国科学院过程工程研究所分离科学与工程实验室, 生化工程国家重点实验室, 北京 100080; ②中国科学院研究生院, 北京100039; ③华北制药集团, 石家庄 050015. *联系人, E-mail: hzliu@, jyu0017@)摘要建立了由亲水性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸[Bmim]BF4 和NaH2PO4形成的双水相体系萃取青霉素G的新方法. 考察了NaH2PO4浓度、青霉素浓度以及离子液体用量对双水相形成和萃取率的影响. 结果表明, 离子液体双水相体系的pH值在4~5范围内, 在该条件下萃取过程不发生乳化现象.关键词离子液体 磷酸盐 双水相 青霉素G 萃取青霉素G是目前世界上产量最大且应用最为广泛的抗生素. 传统的分离青霉素的方法为溶媒萃取法. 以分子溶剂为萃取剂从滤液中分离纯化青霉素已得到广泛的研究与应用[1]. 工业上一般采用醋酸丁酯为萃取剂, 在pH值1.8~2.2时进行萃取[2]. 此生产工艺存在很多问题: 青霉素在酸性水溶液中不稳定, 容易发生降解而影响青霉素的收率和质量; 滤液中的蛋白质在强酸性条件下变性而导致萃取过程严重乳化[3], 影响两相分离; 有机溶剂的挥发造成环境污染, 且存在潜在的爆炸危险.双水相分配技术是近年来发展起来的提取和纯化生物活性物质的新型分离方法之一. 一般而言, 双水相系统(ATPS)是指把两种聚合物或一种聚合物与一种盐的水溶液混合在一起, 由于聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性而形成互不相溶的两相. 由于双水相技术操作条件温和, 可连续操作, 易于放大, 愈来愈受到人们的关注. Guan等[4]用聚乙二醇(PEG)2000/(NH4)2SO4 双水相技术提取青霉素发酵液的结果表明, 青霉素G的分配系数可达58.39, 但如何有效回收双水相中的聚合物的难题没有得到解决.近年来, 一种新型绿色溶剂——离子液体[5,6]的出现引起各国学者的广泛关注. 离子液体是指在由离子组成的室温时呈液态的液体, 一般由有机阳离子和无机阴离子组成. 改变阴阳离子组成, 可以合成不同性质的离子液体, 被称为“设计者溶剂”. 离子液体几乎没有蒸气压, 不挥发. 离子液体分为疏水性和亲水性两种类型, 研究表明, 疏水性离子液体萃取红霉素得到很好的效果[7].Rogers等[8]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). 该双水相体系是由一种有机盐(亲水性离子液体)和一种无机盐(磷酸盐)形成, 不同于传统意义的双水相体系.本文以亲水性离子液体[Bmim]BF4和NaH2PO4・ 2H2O水溶液形成的双水相体系为研究对象, 考察了影响双水相形成的因素以及青霉素G的萃取特性. 特别考察了NaH2PO4浓度、青霉素浓度以及[Bmim]- BF4的浓度对双水相的形成和萃取率的影响, 同时考察了萃取体系pH值变化以及乳化现象.1材料与方法(ⅰ)材料.青霉素G钾盐, 含量99.5%, 由华北制药集团倍达有限公司提供; 青霉素滤液, 含量30000 u/mL, 由华北制药集团倍达有限公司提供; 离子液体([Bmim]BF4)按文献[7,9,10]合成并纯化; NaH2PO4・2H2O, 分析纯, 含量99%, 由北京市红星化工厂提供.(ⅱ)青霉素含量测定方法. 青霉素G钾水溶液浓度采用WZZ-2A型自动旋光仪(上海精密科学仪器有限公司) 测定;双水相中青霉素含量在Waters Tm 486高压液相色谱仪上测定, 柱型C18 4.6 mm×200 mm, 流动相为醋酸缓冲液/磷酸缓冲液/乙腈= 3/25/125(体积), 流速1.1 mL/min.(iii)萃取方法. 准确称取一定量青霉素G钾盐用蒸馏水定容到50 mL容量瓶中, 用旋光法测定青霉素效价. 取上述溶液5 mL置于烧杯中, 再称取一定量离子液体([Bmim]BF4)和一定量的NaH2PO4・2H2O 加入烧杯中; 室温下电磁搅拌5 min, 静置分层, 准确量取两相体积, 记录pH值, 用液相色谱测定两相青霉素含量.论 文第50卷 第8期 2005年4月2 结果与讨论2.1 磷酸盐浓度的影响室温下, 青霉素G 钾盐水溶液(5 mL, 49869 u/mL)和亲水性离子液体[Bmim]BF 4(2.5 g)形成均相体系, 随着体系中NaH 2PO 4・2H 2O 浓度的增加, 体系由均相逐渐变成两相, 形成双水相体系. 由图1可知, 随着体系中NaH 2PO 4・2H 2O 浓度的增加, 轻相体积逐渐减少, 而重相体积逐渐增加, 当NaH 2PO 4・2H 2O 的浓度在28%~30%(质量分数)时, 两相体积各为50%. 在[Bmim]BF 4 /NaH 2PO 4・2H 2O 形成的双水相体系中, 当NaH 2PO 4・2H 2O 的浓度在27.1%~44.4%之间, 体系的pH 值位于4.72~4.05, 即随NaH 2PO 4・ 2H 2O 的含量增加, 体系pH 值略有降低. 由图2可知,图1 NaH 2PO 4・2H 2O 的浓度对两相体积的影响图2 NaH 2PO 4・2H 2O 的浓度对萃取率的影响当NaH 2PO 4・2H 2O 的含量在27.1%~44.4%时, 在不改变体系pH 值的情况下, 轻相中青霉素的萃取率可以达到90.8%~93.3%. 随着体系中NaH 2PO 4・2H 2O 含量的增加, 轻相中青霉素的萃取率逐渐上升. 当NaH 2PO 4・2H 2O 含量达到36%~38%时, 萃取率达到最大值93.3%, 随后青霉素的萃取率随NaH 2PO 4・ 2H 2O 含量的增加而降低. 可能的解释是, 在pH 值4.72~4.05的范围, 青霉素以酸根形式存在于水溶液中. 双水相的重相富含磷酸根[8], 随着磷酸根含量的增加, 磷酸根对青霉素的盐析作用加强[11], 使青霉素富集于轻相的量增加. 随着青霉素在轻相的量增加, 青霉素和[Bmim]BF 4的空间排斥作用以及离子之间的电荷相互吸引产生盐溶作用, 使得青霉素的萃取率降低.分子溶剂醋酸丁酯是工业上广泛使用的萃取剂. 醋酸丁酯萃取青霉素的pH 值一般在1.8~2.2, 青霉素在酸性环境下容易降解破坏, 使萃取率降低. 亲水性离子液体[Bmim]BF 4与NaH 2PO 4・2H 2O 形成的双水相体系萃取青霉素时的pH 值在4.72~4.05之间, 因此, 萃取pH 值的升高, 青霉素降解率降低, 可以提高萃取收率.2.2 青霉素浓度的影响室温下亲水性离子液体[Bmim]BF 4 (2.5 g)和青霉素G 钾盐水溶液形成均相体系, 当体系中加入NaH 2PO 4・2H 2O(5 g)时, 体系由均相变成双水相. 由图3可知, 当青霉素的浓度逐渐增加时, 轻相和重相体积几乎不发生变化, 因此, 双水相形成不受青霉素图3 青霉素浓度对两相体积的影响第50卷 第8期 2005年4月论 文浓度的影响. 因此, 青霉素G 钾盐作为一种盐类物质对双水相的形成影响不大.[Bmim]BF 4(2.5 g)/ NaH 2PO 4・2H 2O (5 g )形成的双水相体系pH 值为4.21. 由图4可知, 青霉素水溶液的浓度在30000~60000 u/mL 范围时, 轻相中青霉素的萃取率可以达到91.3%~93.5%. 随着体系中青霉素浓度的增大, 轻相中青霉素的萃取率逐渐上升, 青霉素的浓度为50000 u/mL 时, 萃取率达到最大值93.5%, 随后青霉素的萃取率随青霉素浓度的增加而降低. 因此, [Bmim]BF 4/NaH 2PO 4・2H 2O 形成的双水相体系青霉素萃取的最佳浓度为50000 u/mL.图4 青霉素浓度对萃取率的影响2.3 离子液体浓度的影响在NaH 2PO 4・2H 2O(5 g)和青霉素G 钾盐(5 mL, 50936 u/mL)的水溶液中加入一定量离子液体[Bmim]BF 4后形成双水相体系. 从实验结果可知, 双水相的轻相和重相体积之和大于试验最初加入的离子液体和青霉素水溶液体积之和. 而且轻相和重相体积随体系中初始加入的离子液体的浓度而变化. 为表征双水相中轻相和重相体积的变化, 以轻相和每次试验初始加入离子液体体积的差值表示轻相体积的增加趋势, 以重相和最初加入的青霉素水溶液体积的差值表示重相体积的增加趋势. 由图5可知, 随体系中[B m i m ]B F 4添加量的增大, 轻相体积和加入的[Bmim]BF 4体积的差逐渐增大, 而重相体积和初始青霉素水溶液体积的差逐渐减小. 换言之, 加入离子液体的量越少, 重相体积增加越多. 由于盐类物质的图5 [Bmim]BF 4的浓度对两相体积的影响○, 重相和初始青霉素水溶液体积差; ■, 轻相和初始离子液体体积差水合作用, 使溶于水中的离子液体量增加, 重相体积增大. [Bmim]BF 4浓度越小, 水合作用越明显.以[Bmim]BF 4 /NaH 2PO 4・2H 2O(5 g)/青霉素G 钾盐水溶液(5 mL, 50936 u/mL)形成的双水相体系萃取青霉素, 当体系中离子液体的浓度为33%~ 67%(体积分数)时, 体系pH 值为4.41~4.09之间, 青霉素萃取率达91.7%~93.7%. 由图6可知, 随体系中[Bmim]BF 4的增大, 轻相中青霉素的萃取率逐渐上升, 当[Bmim]BF 4浓度达到40%~45%时, 萃取率达到93.7%, 随后青霉素的萃取率逐渐降低. 因此, 由[Bmim]BF 4 / NaH 2PO 4・ 2H 2O 形成的双水相体系萃取青霉素其离子液体最佳图6 [Bmim]BF 4的浓度对萃取率的影响论 文第50卷 第8期 2005年4月浓度为40%~45%. 2.4 乳化现象由亲水性离子液体 [Bmim]BF 4和NaH 2PO 4・ 2H 2O 形成的双水相体系可在pH 值4.0~5.0之间萃取滤液中的青霉素, 轻相中青霉素的萃取率可达91%. 萃取过程未观察有乳化现象发生, 和分子溶剂醋酸丁酯萃取青霉素不同. 由于双水相体系萃取青霉素pH 值较高, 蛋白质不易发生变性, 可以消除乳化 现象.3 结论(1) 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%. 萃取率受成相盐浓度、初始青霉素浓度以及离子液体浓度的影响. 萃取的最佳参数为NaH 2PO 4・2H 2O 36%~38%(质量分数)、青霉素浓度50000 u/mL 、离子液体40%~45%(体积分数). 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.(2) 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.(3) 成相盐的种类和浓度以及初始离子液体的浓度影响双水相的形成.致谢 感谢华北制药集团倍达有限公司平志存总经理以及青霉素提取车间员工的支持. 本工作为创新研究群体(批准号: 20221603)和国家自然科学重大基金(批准号: 20490200)资助项目.参 考 文 献1 苗勇, 亓平言, 苏玉山. 青霉素萃取工艺条件研究. 清华大学学报(自然科学版), 1999, 39(10): 77~802 王斌, 陈继, 刘庆芬, 等. 脂肪醇类溶剂对青霉素的萃取. 过程工程学报, 2001, 1(2): 157~1613Chen J, Liu H Z, Wang B, et al. Application of spontaneous suc-tion phase—dispersing(SSPD) extractors in the extraction of peni-cillin G. Appl Biochem Biotechnol, 2002, 97: 660~6714 Guan Y X, Zhu Z Q, Mei L H. Technical aspects of extractive pu-rification of penicillin fermentation broth by aqueous two-phase partitioning. Sep Sci Technol, 1996, 31(18): 2589~25975 Seddon K R. Ionic liquids for clean technology. J Chem Tech Bio-technol, 1997, 68: 351~3566Wilkes J S, Zaworotko M J. Air and water stable 1-ethyl-3- methyllimidazolium based ionic liquid. J Chem Soc Chem Com-mun, 1992, 13: 965~967 7Cull S G, Holbrey J D, More V, et al. Room-temperature ionic liq-uids as replacements for organic solvents in multiphase bioprocess operations. Biotechnol Bioeng, 2000, 69(2 ): 227~233 8Gutowski E K, Broker A G, Rogers D R, et al . Controlling the aqueous miscibility of ionic liquids: Aqueous biphasic systems of water-miscible ionic liquids and water-structuring salts for recycle, metathesis, and separations. J Am Chem Soc, 2003, 125: 6632~ 6633 9 Varma R S, Namboodiri V V. An expeditious solvent-free route to ionic liquids using microwaves. Chem Commun, 2001, 643~644 10Seddon K R, Stark A, Torres M J. Influence of chloride, water, and organic solvents on the physical properties of ionic liquids. Pure Appl Chem, 2000, 72(12): 2275~2287 11胡松青, 李琳, 肖蕾, 等. PEG/磷酸盐双水相系统及BSA 在其中的分配特性. 广西大学学报(自然科学版), 2002, 27(1): 30~34(2004-09-23收稿, 2005-02-24收修改稿)・书 讯・ 《化学键能数据手册》作者: 罗渝然 出版: 科学出版社2005年3月 定价: 98元 本书是化学键能的数据大全. 前三章介绍了化学键能的基本知识, 主要介绍测量方法以及如何使用键能数据库等. 第4～11章, 介绍了3700个含碳、氢、氧、氮、硫、 磷、硅、卤素元素等化合物中的4300个键能的测量数据. 对 每个化学键, 列出了5个不同来源的数值, 并用黑体字显示了推荐值. 本书按照C —H, C —C, C —X, O —X, N —X, S —X, Si —X, P —X 等化学键的次序排列. 第12章列出了原子和大量自由基的生成热(焓). 本书可供化学、化工、物理、材料、能源、生物、资源、环境等学科的大学生、研究生、教师、工程师、专业技术人员参考, 是有关学科的必备工具书．。
青霉素提取
青梅素的提炼工艺过程青霉素提纯工艺流程简图：青霉素不稳定，发酵液预处理、提取和精制过程要条件温和、快速，防止降解。
1.预处理发酵液结束后，目标产物存在于发酵液中，而且浓度较低，如抗生素只有10－30Kg/m3，含有大量杂质，它们影响后续工艺的有效提取，因此必须对其进行的预处理，目的在于浓缩目的产物，去除大部分杂质，改变发酵液的流变学特征，利于后续的分离纯化过程。
是进行分离纯化的一个工序。
2.过滤发酵液在萃取之前需预处理，发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白，然后经真空转鼓过滤或板框过滤，除掉菌丝体及部分蛋白。
青霉素易降解，发酵液及滤液应冷至10 ℃以下，过滤收率一般90%左右。
（1）菌丝体粗长10µm，采用鼓式真空过滤机过滤，滤渣形成紧密饼状，容易从滤布上刮下。
滤液pH6.27-7.2，蛋白质含量0.05-0.2%。
需要进一步除去蛋白质。
（2）改善过滤和除去蛋白质的措施：硫酸调节pH4.5-5.0，加入0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0.7%硅藻土为助滤剂。
再通过板框式过滤机。
滤液澄清透明，进行萃取。
3.萃取青霉素的提取采用溶媒萃取法。
青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。
利用这一性质，在酸性条件下青霉素转入有机溶媒中，调节pH，再转入中性水相，反复几次萃取，即可提纯浓缩。
选择对青霉素分配系数高的有机溶剂。
工业上通常用醋酸丁酯和戊酯。
萃取2－3次。
从发酵液萃取到乙酸丁酯时，pH选择1.8-2.0，从乙酸丁酯反萃到水相时，pH选择 6.8-7.4。
发酵滤液与乙酸丁酯的体积比为1.5-2.1，即一次浓缩倍数为1.5-2.1。
为了避免pH波动，采用硫酸盐、碳酸盐缓冲液进行反萃。
发酵液与溶剂比例为3－4。
几次萃取后，浓缩10倍，浓度几乎达到结晶要求。
萃取总收率在85％左右。
所得滤液多采用二次萃取，用10%硫酸调pH2.0~3.0，加入醋酸丁酯，用量为滤液体积的三分之一，反萃取时常用碳酸氢钠溶液调pH7.0~8.0。
青霉素萃取 第二组
乳化
萃取时的分相情况是与pH值相 关联的，低pH有利于分相。因 此采用新工艺操作，破乳剂的 量要适当增大，以防止乳化， 保证分相良好。
萃取级数
•工厂现行工艺大多采用两级逆流萃取， 提高pH以后，由于单级萃取率下降， 两级萃取后残水相仍然含有一定量的 青霉素，因此需要进行第三级萃取。 这就需要增加设备。对于已采用三级 萃取的工厂来讲不存在问题。
PH值控制
在pH=3.0附近萃取率随pH变化较大， 因此操作的稳定性较差，很小的物 流波动将对萃取率有较大影响，造 成了操作的不稳定。这就要求对萃 取操作的控制要十分严格。但大量 实验已证明是可以控制的。
不同温度下青霉素降解半衰期与水溶液pH的关系曲线 不同温度下青霉素降解半衰期与水溶液 的关系曲线 •可以看出，pH在3.0以上，青霉素 的稳定性急剧上升，提高操作的 pH，将大大减少青霉素的降解。 而且，实验数据表明，滤液酸化 至pH=2.0，滤液中的青霉素效价 降解损失平均达7.1%； 而酸化至 pH=3.0，其降解损失只有2.0%。 因此，萃取操作应该提高到 pH=3.0进行。
不同萃取pH值的萃取液质量分析 不同萃取 值的萃取液质量分析
色级 滤液批号 pH=2.0 1 2 3 4 3 3 3 3+ pH=3.0 2+ 2 2 2 pH=2.0 0.36 0.39 0.45 0.70 pH=3.0 0.27 0.35 0.32 0.60 污染系数
从表面上看，提高萃取pH值将导致单级萃取收 率的降低(以相比VO/VW=1/3计，pH从2.0提高到 3.0单级萃取率降低8%)，但是这可以通过增加一级 萃取操作的方法解决，如pH=3.0, VO/VW=1/3时， D=17，三级逆流萃取总收率为0.9955，完全能够满 足工业要求
青霉素溶剂萃取PPT学习课件
青霉素萃取设备碟片式离心机
此类离心机适用于分离乳 浊液或含少量固体的乳浊液。 其结构大体可分为三部分： 第－部分是机械传动部分； 第二部分是由转鼓碟片架、 碟片分液盖和碟片组成的分 离部分；第三部分是输送部 分，在机内起输送已分离好 的两种液体的作用，由向心 泵等组成。
27
重液向心泵出口 轻液向心泵出口
17
青霉素萃取方式
E
K
VS VF
K = CS / CF
1 E 1
1
E E1
式中 ——萃取因素。
18 由E可求得未被萃取的分率 E和理论收得率1- ：
青霉素萃取方式 多级错流萃取
S1 混 和 器 F
19
L1 分 离 器
R1 第一级
S2
L2
混
分
和
离
器
器
R2 第二级
S3 L3
混
分
11 H K14
图9-12 Westfalia 生产的三相倾析式离心机
1-三角皮带 2-差速变动装置 3-转鼓皮带轮 4-轴承 5-外壳 6-分离盘 7-螺旋输送器
8-轻相分布器 9-排渣口 10-转鼓 11-调节环 12-重液出口 13-轻注出口
14-转鼓主轴承 15-轻相送料管 16-重相送料管 17-向心泵
和
离
器
器
R3
第三级
图9-1 多级错流萃取 F-料液 S-溶媒 L-萃余液 下标1，2，3-级别
青霉素萃取方式 多级逆流萃取
L1
L2
S
L3
混
分
混
分
混
分
和
离
和
离
和
青霉素的提取
抽滤完成后，关闭真空阀V47。 待母液全部回收后，关闭阀V48。 点击“移出晶体”按钮，将抽滤后的晶体移入洗涤罐。 打开阀V49，加丁醇进行洗涤。 待丁醇加入量为500kg时，关闭阀V49。 启动洗涤罐搅拌器，并设定时间为8min。 停止洗涤罐搅拌器。并设定时间，保持10min。 打开阀V50，排出废洗液。 待废洗液排尽后，关闭阀V50。 点击“移出晶体”，将洗涤后的晶体移至真空干燥机。 启动干燥机，进行干燥，并设定时间为20min 关闭干燥机开关，停止干燥。
打开混合罐B102搅拌器。 打开V28，加碳酸氢钠溶液，质量为青霉素溶液的3~4倍， 并调节PH值为7~8 待PH值调节至7~8时，关闭阀V28。 打开阀V29、V30及泵P7，向分离机A102注液。 待分离机A102中有液位时，迅速打开A102开关。 打开萃余相回收阀V32，调节V32阀门开度，控制重相液 位在总液位的80%左右，轻相液能充分的溢流出。 待混合罐B102液体排空后，关闭阀V29、V30及泵P7。 停止混合罐B102搅拌器。 待分离机中剩余少许重液时，关闭阀V32，防止轻液流 入混合罐B103中 关闭分离机A102开关
打开混合罐B103搅拌器。 打开阀V33，加BA（醋酸丁酯）质量为发酵液的1/4~1/3倍。 关闭阀V33。 打开阀V35，加稀硫酸调节PH值。 待PH值调节至2~3时，关闭阀V35。 打开阀V36、V37及泵P8。 待分离机中有液位时，迅速打开A103开关。 打开萃余相回收阀V39，调节V39阀门开度，控制重相液位在 总液位的80%左右，使轻相液能充分的溢流至脱色罐中。 待混合罐B103液体排空后，关闭阀V36、V37及泵P8。 停止混合罐B103搅拌器。 待分离机A103中液体排尽后，关闭阀V39。 关闭分离机A103开关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
E2,y2 E3,y3 萃取相 最终) (最终) E1,y1
澄 清 器 Ⅰ 澄 清 器 Ⅱ 澄 清 器 Ⅲ
R1,x1 物料液 (F,xF)
混 合 器 Ⅰ 混 合 器 Ⅱ
R2,x2
萃取剂 (S)
混 合 器 Ⅲ
R3,x3 萃取余相 最终) (最终)
萃取过程
发酵滤液 用15%硫酸调节 硫酸调节pH3.0±0.2 ，按1：3.5~1：4.0体积比加入醋酸 硫酸调节 ± ： ： 体积比加入醋酸 丁酯（ ）及适量破乳剂， 丁酯（BA）及适量破乳剂，在5 ℃左右进行逆流萃取 一次萃取液 体积比加入1.5%NaHCO3缓冲液，在5 ℃左右 缓冲液， 按1：4~1：5体积比加入 ： ： 体积比加入 进行逆流反萃取 一次水提液 用15%硫酸调节 硫酸调节pH2.0~2.2，按1：3.5~1：4.0体积比加入 体积比加入碳 硫酸调节 ， ： ： 体积比加入 酸氢钾，在5 ℃左右进行逆流萃取 在 反萃取液
青霉素溶剂萃取方法
第二组
萃取原理
对于液体混合物的分离，除了可采用蒸馏 或精馏的方法外，还可仿照吸收的方法，在液 体混合物中加入某种与其不相混溶的液体作为 溶剂，利用原料液中各组分在溶剂中的溶解度 差异来分离液体混合物，此操作称为液－液萃 取。
萃取剂
醋酸丁酯为萃取剂 以酸的形式存在，酸性条件下，在醋酸 丁酯中的溶解度大。 碳酸氢钾为反萃取剂。 以盐的形式存在，中性条件下，加入碳 酸氢钠或碳酸氢钾在水中的溶解度大。
不同萃取pH值的萃取液质量分析 不同萃取 值的萃取液质量分析
色级 滤液批号 pH=2.0 1 2 3 4 3 3 3 3+ pH=3.0 2+ 2 2 2 pH=2.0 0.36 0.39 0.45 0.70 pH=3.0 0.27 0.35 0.32 0.60 污染系数
从表面上看，提高萃取pH值将导致单级萃取收 率的降低(以相比VO/VW=1/3计，pH从2.0提高到 3.0单级萃取率降低8%)，但是这可以通过增加一级 萃取操作的方法解决，如pH=3.0, VO/VW=1/3时， D=17，三级逆流萃取总收率为0.9955，完全能够满 足工业要求
混合澄清器的三级逆流萃取流程
PH值控制
在pH=3.0附近萃取率随pH变化较大， 因此操作的稳定性较差，很小的物 流波动将对萃取率有较大影响，造 成了操作的不稳定。这就要求对萃 取操作的控制要十分严格。但大量 实验已证明是可以控制的。
不同温度下青霉素降解半衰期与水溶液pH的关系曲线 不同温度下青霉素降解半衰期与水溶液 的关系曲线 •可以看出，pH在3.0以上，青霉素 的稳定性急剧上升，提高操作的 pH，将大大减少青霉素的降解。 而且，实验数据表明，滤液酸化 至pH=2.0，滤液中的青霉素效价 降解损失平均达7.1%； 而酸化至 pH=3.0，其降解损失只有2.0%。 因此，萃取操作应该提高到 pH=3.0进行。
温度的影响
由图可见，温度升高青霉素的稳定性急剧下 降，即温度越低越稳定。 在pH=2.0下操作，只能选择在低温(5 ℃) 下进行，以减少因降解而造成的损失，这大 大增加了操作能耗。 而将萃取操作的pH提高到3.0，操作温度就 可以提高。另一方面，在低温下萃取，乳化 严重，提高温度将有利于两相分离，对操作 是有利的。 而将萃取pH提高到3.0，萃取操作温度可以 从低温提高到常温，节省了大量的能源。同 时，实验证明，有机萃取剂的萃取率随温度 升高也有所上升。
乳化
萃取时的分相情况是与pH值相 关联的，低pH有利于分相。因 此采用新工艺操作，破乳剂的 量要适当增艺大多采用两级逆流萃取， 提高pH以后，由于单级萃取率下降， 两级萃取后残水相仍然含有一定量的 青霉素，因此需要进行第三级萃取。 这就需要增加设备。对于已采用三级 萃取的工厂来讲不存在问题。
萃取设备
工业上使用的萃取设备种类很多，常见的主要有混合澄清器、 工业上使用的萃取设备种类很多，常见的主要有混合澄清器、萃取塔 和离心萃取器等类型。在此，仅简单介绍混合澄清器和萃取塔两种类型。 和离心萃取器等类型。在此，仅简单介绍混合澄清器和萃取塔两种类型。 ⑴混合澄清器 混合澄清器是运用最早、使用较广泛的一种萃取设备， 混合澄清器是运用最早、使用较广泛的一种萃取设备，它主要由混合 器与澄清器两部分构成。 器与澄清器两部分构成。 如图所示， 如图所示，混合澄清器结构简 单，操作方便，适用于多种物系的 操作方便， 萃取操作。 萃取操作。 混合澄清器易实现多级连续操 作，处理量较大，传质效率高；但 处理量较大，传质效率高； 占地面积大，溶剂储量大， 占地面积大，溶剂储量大，设备费 和操作费较高。 和操作费较高。