青霉素提取工藝

1、青霉素的提取工藝青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被稱為青霉素G、peillin G、 盤尼西林、配尼西林、青霉素鈉、芐青霉素鈉、青霉素鉀、芐青霉素鉀。青霉素是抗菌素的一種，是指從青霉菌培養(yǎng)液中提制的分子中含有青霉烷、能破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁并在細(xì)菌細(xì)胞的繁殖期起殺菌作用的一類抗生素。青霉素類抗生素是-內(nèi)酰胺類中一大類抗生素的總稱。 （圖1.青霉素分子式）化學(xué)特性青霉素又稱鹽酸巴氨西林。其化學(xué)名為1-乙氧甲酰乙氧6-D（-）-2-氨基-2-乙酰氨基青霉烷酸鹽酸鹽。是一種有機(jī)酸，性質(zhì)穩(wěn)定，難溶于水?？膳c金屬離子或有機(jī)堿結(jié)合成鹽，臨床常用的有鈉鹽、鉀鹽。 青霉素鹽如青

2、霉素鉀或鈉鹽為白色結(jié)晶性粉末，無臭或微有特異性臭，有引濕性。干燥品性質(zhì)穩(wěn)定，可在室溫保存數(shù)年而不失效，且耐熱。遇酸、堿、重金屬離子及氧化劑等即迅速失效。極易溶于水，微溶于乙醇，不溶于脂肪油或液狀石蠟。其水溶液極不穩(wěn)定，在室溫中效價(jià)很快降低10%，水溶液pH為5.57.5。青霉素價(jià)格較為便宜，因而也證明了生產(chǎn)并提取青霉素是有著較為成熟的工業(yè)方法的。 （圖2青霉素的售價(jià)）青霉素的提純青霉素提純工藝流程簡圖： （圖3） 因?yàn)榍嗝顾厮芤翰环€(wěn)定，故發(fā)酵液預(yù)處理、提取和精制過程要條件溫和、快速，防止降解。在提煉過程中要遵循下面三個(gè)原則：時(shí)間短溫度低pH適中1.預(yù)處理 發(fā)酵結(jié)束后，目標(biāo)產(chǎn)物存在于發(fā)酵液中，

3、濃度較低，只有1030kg/m3，并且含有大量雜質(zhì)，如高價(jià)無機(jī)離子（Ca,Mg,Fe離子），菌絲，未用完的培養(yǎng)基，易污染雜菌，產(chǎn)生菌的代謝產(chǎn)物，蛋白質(zhì)等。因此必須對(duì)其進(jìn)行的預(yù)處理，其目的在于濃縮目的產(chǎn)物，去除大部分雜質(zhì)，利于后續(xù)的分離純化過程，是進(jìn)行分離純化的第一個(gè)工序。2.過濾發(fā)酵液在萃取之前需預(yù)處理，可在發(fā)酵液加少量絮凝劑沉淀蛋白（比如明礬），或者調(diào)解發(fā)酵液pH至蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)以沉淀蛋白，然后經(jīng)真空轉(zhuǎn)鼓過濾（以負(fù)壓作過濾推動(dòng)力）或板框過濾（浮液用泵送入濾機(jī)的每個(gè)密閉的濾室，在工作壓力的作用下，濾液透過濾膜或其它濾材，經(jīng)出液口排出，濾渣則留在框內(nèi)形成濾餅，從而達(dá)到固液分離目的），除掉菌絲體及

4、部分蛋白。青霉素在常溫下易降解，因而發(fā)酵液及濾液應(yīng)冷至10 以下，過濾收率一般90%左右。（1）菌絲體粗長10µm，采用鼓式真空過濾機(jī)過濾，濾渣形成緊密餅狀，容易從濾布上刮下。濾液，蛋白質(zhì)含量0.05-0.2%。需要進(jìn)一步除去蛋白質(zhì)。（2）改善過濾和除去蛋白質(zhì)的措施：硫酸調(diào)節(jié)，加入0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0.7%硅藻土為助濾劑。再通過板框式過濾機(jī)。濾液澄清透明，進(jìn)行萃取。3.萃取 青霉素的提取采用溶媒萃取法。這是利用抗生素在不同的pH值條件下以不同的化學(xué)狀態(tài)（游離態(tài)酸或鹽）存在時(shí)，在水及水互不相溶的溶媒中溶解度不同的特性，使抗生素從一種液相（如發(fā)酵濾液）轉(zhuǎn)移到另一種液相（如有

5、機(jī)溶媒）中去，以達(dá)到濃縮和提純的目的。青霉素分子結(jié)構(gòu)中有一個(gè)酸性基團(tuán)(羧基)，青霉素的pKa=275，所以將青霉素G的水溶液酸化至pH20左右，青霉素即成游離酸。這種青霉素酸在水中溶解度很小，但易溶于醇類、酮類、醚類和酯類，利用這一特性，工業(yè)上可用溶媒萃取法從發(fā)酵液中分離并提純青霉素。在酸性條件下青霉素轉(zhuǎn)入有機(jī)溶媒中，調(diào)節(jié)pH至2.0左右，再轉(zhuǎn)入中性水相，反復(fù)幾次萃取，即可提純濃縮。選擇對(duì)青霉素分配系數(shù)高的有機(jī)溶劑。工業(yè)上通常用醋酸丁酯和戊酯。萃取23次。從發(fā)酵液萃取到乙酸丁酯時(shí)，pH選擇，從乙酸丁酯反萃到水相時(shí)，pH選擇。發(fā)酵濾液與乙酸丁酯的體積比為，即一次濃縮倍數(shù)為。為了避免pH波動(dòng)，采用

6、硫酸鹽、碳酸鹽緩沖液進(jìn)行反萃。發(fā)酵液與溶劑比例為34。幾次萃取后，濃縮10倍，濃度幾乎達(dá)到結(jié)晶要求。萃取總收率在85左右。所得濾液多采用二次萃取，用10%硫酸調(diào)pH2.03.0，加入醋酸丁酯，用量為濾液體積的三分之一，反萃取時(shí)常用碳酸氫鈉溶液調(diào)pH7.08.0。在一次丁酯萃取時(shí)，由于濾液含有大量蛋白，通常加入破乳劑防止乳化。第一次萃取，存在蛋白質(zhì)，加0.05-0.1%乳化劑PPB。萃取條件：為減少青霉素降解，整個(gè)萃取過程應(yīng)在低溫下進(jìn)行（10 以下）。萃取罐冷凍鹽水冷卻。在萃取過程中，青霉素的降解受溫度、酸度影響很大, 這是決定操作工藝條件的主要因素, 許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究, 已詳細(xì)考察了不同

7、 pH 條件下水溶液的溫度對(duì)青霉素降解半衰期的影響, 如圖 4所示。他們認(rèn)為: 青霉素的穩(wěn)定區(qū)間是pH58, 在pH6.0 最為穩(wěn)定, 在酸性或堿性條件下降解都很快。將該數(shù)據(jù) 進(jìn)行曲線擬合可以得到不同溫度下青霉素降解半衰期與水溶液pH 的關(guān)系曲線。 （圖4.水中青霉素降解與 pH 的關(guān)系 (25 °C) (圖5.青霉素降解半衰期與pH的關(guān)系） a: pH4. 0, b: pH5. 0, c: pH6. 0, d: pH6. 25,e: pH6. 5, f: pH7. 0, g: pH8. 0, h: pH9. 0）可以看出, 在pH 值一定的條件下, 溫度越低青霉素越穩(wěn)定。因此工廠都

8、采用低溫操作, 萃取在pH2. 0、溫度5°C下進(jìn)行。但是這既增加了能耗, 也增加了乳化的可能性。另一方面, 青霉素在醋酸丁酯中卻很穩(wěn)定。據(jù)報(bào)道，室溫下, 其半衰期達(dá) 75 h 以上。從圖5 可以看出, 在半衰期不變的情況下, pH 值越高, 允許的操作溫度也越高。也就是說, 只要能提高操作pH 值, 就可以在較高溫度下進(jìn)行萃取操作。工廠采用的操作條 件下半衰期只有 2 h, 如果其操作 pH 值提 高, 就可以在常溫下操作。這取決于pH 對(duì)萃取率的影響。為研究溫度、酸度對(duì)萃取率的影響, 用模擬料液在不同溫度和平衡pH 值下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究, 用分光光度法進(jìn)行分析。結(jié)果表明青霉素的萃取率受pH 影響很大; 提高萃取的 平衡pH 值, 萃取率將明顯下降。另一方面, 在相同pH下隨操作溫度升高萃取率也稍有升高(圖 6)。（圖6.溫度、pH對(duì)青霉素萃取率的影響）4.脫色萃取液中添加活性炭，除去色素、熱源，過濾，除去活性炭。5.結(jié)晶萃取液一般通過結(jié)晶提純。青霉素鉀鹽在醋酸丁酯中溶解度很小，在二次丁酯萃取液中加入醋酸鉀-乙醇溶液，青霉素鉀鹽就結(jié)晶析出。然后采用重結(jié)晶方法，進(jìn)一步提高純度，將鉀鹽溶于KOH溶液，調(diào)pH至中性，加無水丁醇，在真空條件下，共沸蒸餾結(jié)晶得純品。直接結(jié)晶：在2次乙酸丁酯萃取液中加醋酸鈉乙醇