青霉素的提取工藝課件

青霉素的提取工藝及其設(shè)備

青霉素簡介發(fā)現(xiàn)化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)式理化性質(zhì)抗菌作用和臨床應(yīng)用中空纖維更新膜技術(shù)青霉素G的提取實驗發(fā)酵過程的工藝控制青霉素的生產(chǎn)工藝流程發(fā)酵液的預(yù)處理青霉素的提煉工藝過程液膜技術(shù)青霉素簡介

青霉素簡介

青霉素的發(fā)現(xiàn)

青霉素的發(fā)現(xiàn)者是英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明。1928年的一天，弗萊明在他的一間簡陋的實驗室里研究導(dǎo)致人體發(fā)熱的葡萄球菌。由于蓋子沒有蓋好，他發(fā)覺培養(yǎng)細(xì)菌用的瓊脂上附了一層青霉菌。這是從樓上的一位研究青霉菌的學(xué)者的窗口飄落進(jìn)來的。使弗萊明感到驚訝的是，在青霉菌的近旁，葡萄球菌忽然不見了。這個偶然的發(fā)現(xiàn)深深吸引了他，他設(shè)法培養(yǎng)這種霉菌進(jìn)行多次試驗，證明青霉素可以在幾小時內(nèi)將葡萄球菌全部殺死。弗萊明據(jù)此發(fā)明了葡萄球菌的克星—青霉素。

青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)青霉素類包括天然青霉素和半合成青霉素。本類基本結(jié)構(gòu)均含有母核-6-氨基青霉烷酸（6-APA）和側(cè)鏈（CO-R）。母核由噻脞環(huán)（A）和β-內(nèi)酰胺環(huán)（B）拼合而成，為抗菌活性重要部分，β-內(nèi)酰胺環(huán)破壞后抗菌活性消失。側(cè)鏈則主要與抗菌譜，耐酸，耐酶等藥理特性有關(guān)。青霉素分子結(jié)構(gòu)球棍模型化學(xué)式青霉素化學(xué)本質(zhì)：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。分子式：C16H18N3O4S·HCl分子量：384.5青霉素它不能耐受耐藥菌株(如耐藥金葡)所產(chǎn)生的酶，易被其破壞，且其抗菌譜較窄，主要對革蘭氏陽性菌有效。青霉素G有鉀鹽、鈉鹽之分，鉀鹽不僅不能直接靜注，靜脈滴注時，也要仔細(xì)計算鉀離子量，以免注入人體形成高血鉀而抑制心臟功能，造成死亡?？咕饔煤团R床應(yīng)用

青霉素作為第一個應(yīng)用于臨床的β-內(nèi)酰類抗生素，至今己有近70年的歷史。他是通過干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的形成達(dá)到抗菌作用。臨床主要用于治療有革蘭氏陽性菌引起的疾病，如腦膜炎，肺炎等。青霉素還是合成青霉素類及頭孢類抗生素的重要中間體和原料。但每次使用青霉素前必須做皮試，以防過敏。

新型提取技術(shù)：中空纖維更新液膜

2004年張衛(wèi)東等將中空纖維包容膜技術(shù)與纖維膜萃取器技術(shù)結(jié)合起來，提出新型的”中空纖維更新液膜“。采用中空纖維更新液膜實現(xiàn)了從發(fā)酵濾液中同步分離和富集青霉素的新型提取工藝。與現(xiàn)行的醋酸丁酯溶劑萃取工藝相比，萃取和反萃取在同一設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，省去了冷卻和溶劑的蒸餾回收提純過程，極大的簡化了工藝流程，所需設(shè)備體積小，溶劑消耗量小，后續(xù)處理簡單。新工藝降低了生產(chǎn)能耗，提高了提取效率，降低了生產(chǎn)成本，具有更高的經(jīng)濟價值。青霉素的提取實驗中空纖維更新液膜中空纖維更新液膜實驗采用9.43mg/ml的青霉素溶液，用磷酸鹽緩沖溶液調(diào)節(jié)PH值到5.0，料液相總體積為500ml。有機相采用22%的TBP-3%異辛醇-煤油，總體積用量為30ml，反萃相用0.1mol/l的Na2co3溶液用10%的硫酸調(diào)節(jié)PH到7.01，總體積為200ml，青霉素G通過蠕動泵流經(jīng)中空纖維膜器的殼程有機相和反萃相的混合液經(jīng)充分?jǐn)嚢杌旌虾罅鹘?jīng)中空纖維膜器的管程，兩側(cè)流體采用循環(huán)逆流操作，操作溫度為室溫18?C如圖所示，采用中空纖維更新液膜技術(shù)提取青霉素G，由于中空纖維更新液膜的傳質(zhì)強化作用，可在實驗進(jìn)行到90min時實現(xiàn)液膜過程的逆濃度梯度傳遞，傳質(zhì)速率較快，實驗結(jié)果所用時間較長是為了避免殼程非理想流動等情況的影響，所用膜器的尺寸較小，填裝因子較低，傳質(zhì)面積較小，僅為5.48?10?2m2，若采用長1m，內(nèi)徑0.1m的商用中空纖維膜器，傳質(zhì)面積可高達(dá)60m2，則可極大地提高處理速率。青霉素的生產(chǎn)工藝流程菌種孢子制備（包括罐內(nèi)）種子制備發(fā)酵發(fā)酵液預(yù)處理提取及精制成品檢驗成品包裝

青霉是生產(chǎn)青霉素的重要菌種，且目前發(fā)現(xiàn)的幾百種，其中產(chǎn)黃霉素，點霉素等都能產(chǎn)生大量的青霉素。菌種選育方法：菌種自然選育，誘變育種，雜交育種，原生質(zhì)體融合發(fā)酵過程的工藝控制：

發(fā)酵液的預(yù)處理

發(fā)酵液中的雜質(zhì)很多，其中對提取影響最大的高價無機離子（鈣，鎂，鐵離子等）和蛋白質(zhì)。因此要先除雜。1.單級萃?。喊ㄒ粋€混合器和一個分離器。料液F和溶劑S加入混合器中經(jīng)接觸達(dá)到平衡后，用來分離得到的萃取液F和萃余液R。2.多級錯流萃?。毫弦航?jīng)萃取后，萃余液在于新鮮萃取劑接觸，在進(jìn)行萃取。此方法萃取較完全。3.多級逆流萃?。涸诘谝患壷屑尤肓弦?，并逐漸向下一級移動，而在最后一級中加入萃取液，并逐級向前一級移動。青霉素的提煉工藝過程過濾萃取洗滌共沸結(jié)晶過濾干燥成品反萃取青霉素提純工藝流程簡圖：液膜技術(shù)1.液膜技術(shù)將萃取和反萃過程耦合起來，具有非平衡傳質(zhì)的特點，并可利用其載體促進(jìn)遷移的傳質(zhì)機理，具有傳質(zhì)推動力大、試劑消耗量少、傳質(zhì)效率高等優(yōu)點，可以有效降低能耗，減少環(huán)境污染，現(xiàn)已成為傳質(zhì)與分離領(lǐng)域的研究熱點之一。目前，雖然如支撐液膜、乳化液膜等技術(shù)在青霉素提取中已有一定的研究。2.典型的液膜技術(shù)：⑴萃反串級技術(shù)；（2）乳化液膜技術(shù)（3）支撐液膜；（4）其他新型液膜技術(shù)包括流動液膜技術(shù)，液體薄膜滲透萃取技術(shù)，中空纖維包容液膜技術(shù)等等。3.優(yōu)點：（1）傳質(zhì)催動力大，所需分離級數(shù)少；（2）溶劑相用量很少，是得一些昂貴的萃取劑也得以應(yīng)用；（3）可以實現(xiàn)”逆濃度梯度傳遞“。醋酸丁酯溶媒萃取工藝與中空纖維更新液膜提取工藝比較

新、舊2種提取工藝物料衡算比較（以日處理360t發(fā)酵液為基準(zhǔn)）原料/產(chǎn)物舊工藝用量/產(chǎn)量（t）新工藝用量/產(chǎn)量（t）發(fā)酵液360.0360萃取劑損失量13.1~16.3（醋酸丁酯）7.0（7%DOA+30%異辛醇+煤油）反萃液36.0140.0（0.5M碳酸鉀溶液）提取過程中洗滌用水36.00.0青霉素G9.810.4中空纖維更新膜技術(shù)的應(yīng)用舉例：1.利用中空纖維更新液膜處理含鉻銅鈷廢水；2.中空纖維更新液膜技術(shù)實現(xiàn)同級萃取-反萃的方法；3.中空纖維更新液膜在己內(nèi)酰胺精制中的應(yīng)用；4.利用中空纖維更新液膜技術(shù)從稀溶液中提取檸檬酸等等。缺點：中空纖維膜器使用壽命有限、清洗較困難，會在一定程度上導(dǎo)致設(shè)備投資增大。中空纖維超濾膜4寸中空纖維超濾膜型號U中空纖維超濾膜青霉素——生產(chǎn)車間參考文獻(xiàn)：[9]張衛(wèi)東,李愛民,李雪梅,等.液膜技術(shù)原理及中空纖維更新液膜[J].現(xiàn)代化工,2005,25(4)