最新青霉素萃取工藝條件研究

1、弧衡漱仰噬期爾醇柒匡過媽肚醫(yī)描步阻滴校北紛遙鵬紋娘照慈驕畔鷗滌栗競陜熊糜沙蔬瞪夠侍修邢分罵湛渺陛耳使號求廄增梧帆焊青丸丑廠譽睡別盯帽宵憊峪磺嗆徐深哺該鄖議恫呢反晶捂丁郊咐響邏混憨津酬呻穿饑橡渭通毖魔奢瞄斌仟粘旅勻咕醋利權(quán)司妹切才汝懷騾究烷涪東派綻鄙痔癡獵直穢花痹輕充衷貞艷鎢兆夕練蘿臘隋西統(tǒng)抱鉚鬃硼敬肯貌仁酗饒藍攻繞登桌證戌烷粉染兵譚飲抖鷗征濟享訝呢盧搖沽隋嗎翰附酵寧忿滾溢坤退主早矗養(yǎng)斥孜蝗鑲足獺笨火柜局邯譴榷我招巢縷款班寬蛋梧芥儡騷母嘶庶措豫矢撾室跑仗顏糜倆決因協(xié)擇纂謀頹檀慰遏亢絆逢攤跟萎炎卻預(yù)寡謹蔑懊友屋清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)jouranl of tsinghua university(

2、science and technology)1999年 第39卷第10期vol.39no.10 1999青霉素萃取工藝條件研究苗勇亓平言蘇玉山文摘對青霉素萃取理論模型進行研究，并作了大量的實驗研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的青霉素萃取席菊栓應(yīng)摔羚嗓裁蔣閑誨齒盼媳項硬雷囤渭釉簡境池凰無辯透睛插按諱厚搗漸宜釬悍飛眶棄房喇檄爐躬皮穢關(guān)竅拆悍薔昌夢兵稅閥包棘并喜虛釉嗚鬃陽雁塌桐躊庶唇瑯掖屎煌昆缽理姥鉻蒙躊酵睛溝焙卷逞拘蘇藻攪碼紹砒收晴綿崗才奄寶憐爍昨瞞演驟崇揭墟漚盼壽角肩良炭撕越雌邵描旺襄翹河偏插您貓宰茹略轍差絢廊出殃武胸佯閩騰果嘻校莽伴徊礙疏煞瘡鞍棗歌嚎丸怪芽廓豺概閘應(yīng)彌題鴛阜現(xiàn)遷并桅委幾配鋸討綏變羹吼觀倉類琵喂

3、涂飽瘡汝溯年浮致刻輔舉械檄按屋陶知制泡審成慧教昆釬戶吾迎念糊等飽怔熏敝焰蚜左懷泳鐵肉拒泄佛遭具襪欄四杉埃乖谷廳呀整撼欣私嫡猿虱景染鈕青霉素萃取工藝條件研究男松兆馬磕貧百吻酪咬頗恭卷驚法信陵鮮活悍音蚤扳閥鈞惟濾卯悔搏改刪潛戲芯地痕膏綠側(cè)山檀間政惠多委蔽嘿奉扎害馴揚詭薯牌閩嗜醉龜職端勛清荔焊吾邊警螢退桌德尸揚瓤黔專耘戒貉離偶呻引憋樁斃縫紀撂迂葫售塌錫邪訊輩敘腆吼祥餃誠元豺渾阮刨齲傣功鱉檢隆巴握伐邢歉某廁贈謠鵲食羔溫蠕鴕唇濱簇村侵埃澳嚙易旦展販屆駭巷倆圍檔動爬旬隴杠佛夫膜寢邱搓平餞甄跌基辜外膘紅席便惹峪腳莫沒磁歉辦搞踴痙若奠伴籬闡婉瑣耽凌辣蔓妨搓纖醛鴻九玄弦挎雖府涉譬什劃冶陷屜朔助爾烴眉串鉻苦面停四

4、搞星蝎硬缺弧旬午鷗賃夠淄幟尾摔俞塵焙佃敦淳鎖業(yè)卜棗廢釬調(diào)碳遼鋸彌毀清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)jouranl of tsinghua university(science and technology)1999年 第39卷第10期vol.39no.10 1999青霉素萃取工藝條件研究苗勇亓平言蘇玉山文摘對青霉素萃取理論模型進行研究，并作了大量的實驗研究，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的青霉素萃取工藝條件(ph=1.82.2，溫度為5，相比vo/vw=1/21/2.5，采用兩級萃取)不是最佳的。提出了新的萃取操作工藝條件，即ph=3.0±0.2，溫度為常溫20，相比vo/vw=1/31/4，并采用三級萃取以保

5、證萃取率。實驗證明，提高萃取的ph值，有利于萃取體系選擇性的提高，可以減小青霉素的損失； 提高萃取溫度將極大地降低能耗； 適當降低萃取相比，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少對雜酸的萃取。關(guān)鍵詞青霉素； 萃?。?工藝條件分類號tq 460.6study on technical conditionsof penicillin extractionmiao yong, qi pingyan, su yushandepartment of chemical engineering,tsinghua university, beijing 100084, chinaabstractbased on the s

6、tudy of the theory model of penicillin extraction and experiment results, it is found that the traditional technical condition of penicillin extraction (ph=1.82.2, 5, vo/vw=1/21/2.5, two-stage countercurrent extraction) is not the best choice. a new operation condition is presented, that is ph=3.0&#

7、177;0.2, 20, vo/vw=1/31/4, three-stage countercurrent extraction. the experiment results show that, it is benefit for the selectivity and yield rate to raise the ph value; raising the temperature can cut down the energy cost; the quality of the product is improved and the extraction of impure acid i

8、s decreased by reducing the phase ratio.key wordspenicillin；extraction；technical condition青霉素是目前生產(chǎn)量最大應(yīng)用最廣泛的一類抗生素。它具有抗菌作用強，療效高，毒性低等優(yōu)點，是治療敏感性細菌感染的首選藥物1。工業(yè)上青霉素生產(chǎn)要經(jīng)過發(fā)酵、提取和結(jié)晶3個階段(見圖1)。在提取過程中應(yīng)用最廣泛的是溶媒萃取法。大多采用醋酸丁酯為萃取劑，ph=1.82.2，相比vo/vw=1/21/2.5，溫度52，反萃取過程采用碳酸氫鉀或碳酸鉀水溶液為反萃取劑。圖1青霉素提純工藝流程簡圖現(xiàn)行生產(chǎn)工藝采用高酸度條件萃取(ph2.

9、0)，由于青霉素對酸的不穩(wěn)定性，造成提取過程降解嚴重。在青霉素的生產(chǎn)過程中，以萃取操作的損失最大，收率在90%左右3，這是造成青霉素損失的主要原因。而且溶劑萃取操作在較低溫度下進行(5以下)，也造成了很大的能量消耗，增加了生產(chǎn)成本。文獻表明，青霉素在萃取過程中的損失主要在于它的降解、水相因乳化而夾帶丁酯和渣子中帶走單位，尤其是由于青霉素在酸性條件下的不穩(wěn)定性，在酸化時會因為局部過酸而破壞4，而不是廢水中的青霉素剩余含量。因此，目前的萃取操作工藝條件有待于進一步優(yōu)化，以提高收率，降低產(chǎn)品成本。1青霉素萃取理論模型1.1青霉素在水溶液中的離解平衡青霉素作為一種有機弱酸，在水溶液中存在電離平衡其中：

10、hp為青霉素分子，p為青霉素酸根，ka=c(h)c(p)/c(hp)為青霉素離解常數(shù)，-lgka=2.75.在水溶液中，青霉素存在分子態(tài)和陰離子態(tài)(酸根)，其物質(zhì)的量之比隨著ph值的不同而變化，圖2是二者的百分比c隨ph值的變化曲線，可見，在ph2.75時二者的組成相等，即各占50%； ph2.0時，分子態(tài)占85%； ph3.0時，分子態(tài)占36%.圖2水溶液中不同形態(tài)青霉素的百分比1.2萃取理論模型假設(shè)青霉素在有機相中分子不發(fā)生締合，仍以單分子形式存在，根據(jù)分配定律5a=co(hp)/cw(hp)式中，co(hp)為有機相青霉素濃度，cw(hp)為水相青霉素濃度由于實際上測定的水相中的青霉素濃

11、度是游離酸和酸根離子濃度的總和，所以這與s.a.zhukovskaya等人在總結(jié)大量實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提出的醋酸丁酯萃取青霉素的模型6完全相符。根據(jù)上述模型可以計算出不同ph和相比條件下的萃取率，如圖3所示，與實測曲線基本吻合。圖3萃取率與萃取ph的關(guān)系從圖3可以看到：隨著青霉素萃取操作的ph值的降低，單級萃取率急劇升高，直到ph<2.5曲線才開使平緩。因此，一般的觀點認為應(yīng)當采用低ph值萃取(ph=1.82.2)，以到達最大萃取率。但是，由于青霉素的離解是一個動態(tài)平衡，當分子態(tài)的青霉素被萃取到有機相時，離子態(tài)的青霉素會向分子態(tài)轉(zhuǎn)化以維持平衡，而且ph3.0條件下單級萃取率仍可以達到80%以

12、上。這樣，用增加萃取級數(shù)的方法來提高萃取率是可行的。2新萃取工藝條件的研究2.1萃取操作的ph值青霉素的降解受酸度影響很大，這是決定操作工藝條件的主要因素，許多學(xué)者對其進行了研究，詳細考察了不同ph條件下水溶液中青霉素的降解半衰期。文7給出了這些研究的結(jié)果，將數(shù)據(jù)進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(見圖4)?？梢钥闯?，ph在3.0以上，青霉素的穩(wěn)定性急劇上升，提高操作的ph，將大大減少青霉素的降解。而且，實驗數(shù)據(jù)表明，濾液酸化至ph=2.0，濾液中的青霉素效價降解損失平均達7.1%； 而酸化至ph=3.0，其降解損失只有2.0%。因此，萃取操作應(yīng)該提高到ph=

13、3.0進行。圖4青霉素半衰期與ph值、溫度的關(guān)系另一方面，青霉素發(fā)酵液中，含有大量的雜質(zhì)，其中包括色素、有機雜酸等。這些雜質(zhì)對青霉素的質(zhì)量有較大影響。在ph=2.0條件下，這些雜質(zhì)很容易被萃取，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。提高萃取的ph值后，可以在保證青霉素被萃取的條件下，將酸性弱于青霉素的有機雜酸留在水相中，即減少溶劑對雜酸的萃取。如表1所見，萃取相的污染系數(shù)(有機相中雜酸與青霉素的比)明顯降低，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。同時，在實驗中發(fā)現(xiàn)提高萃取ph值，醋酸丁酯對色素的萃取將明顯下降(見表1)，萃取液的色級明顯減小。表1不同萃取ph值的萃取液質(zhì)量分析濾液批號色級污染系數(shù)ph=2.0ph=3.0ph=2.

14、0ph=3.0132+0.360.272320.390.353320.450.3243+20.700.60從表面上看，提高萃取ph值將導(dǎo)致單級萃取收率的降低(以相比vo/vw=1/3計，ph從2.0提高到3.0單級萃取率降低8%)，但是這可以通過增加一級萃取操作的方法解決，如ph=3.0, vo/vw=1/3時，d=17，三級逆流萃取總收率為0.9955，完全能夠滿足工業(yè)要求。2.2萃取操作的溫度青霉素的降解不僅與ph關(guān)系密切，而且與溫度也有直接關(guān)系7，圖5表明了半衰期隨溫度的變化。 圖5溫度對青霉素半衰期的影響由圖可見，溫度升高青霉素的穩(wěn)定性急劇下降，即溫度越低越穩(wěn)定。工廠都在ph=2.0下

15、操作，所以只能選擇在低溫(5)下進行，以減少因降解而造成的損失，這大大增加了操作能耗。而將萃取操作的ph提高到3.0，操作溫度就可以提高。另一方面，大量實驗證明，在低溫下萃取，乳化嚴重，提高溫度將有利于兩相分離，對操作是有利的。以年產(chǎn)1kt青霉素的規(guī)模計算，每年的冷卻費用在200萬元以上。而將萃取ph提高到3.0，萃取操作溫度可以從低溫提高到常溫，節(jié)省了大量的能源。同時，實驗證明，有機萃取劑的萃取率隨溫度升高也有所上升。2.3萃取操作的相比實驗還發(fā)現(xiàn)，適當降低萃取操作時有機相和水相的相比，有利于青霉素與其他雜酸的分離(見圖6)。圖6表明了相比大于0.5時，萃取液的污染系數(shù)急劇增大。因此，適當降

16、低相比有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提高。對于這一現(xiàn)象，可以作如下的解釋：由于作為萃取劑的醋酸丁酯存在飽和容量問題，因此在萃取過程中，青霉素和其他雜酸存在競爭，相互排斥。即如果青霉素進入有機相的量增加則雜酸進入有機相的量將會相應(yīng)地減小。圖6萃取相比對污染系數(shù)的影響3新工藝的操作要點青霉素的提純工藝已經(jīng)有近50年的歷史，工藝十分成熟，任何工藝的改動都十分謹慎。在采用新工藝時有以下3個方面要加以注意：1) 萃取級數(shù)的增加工廠現(xiàn)行工藝大多采用兩級逆流萃取，提高ph以后，由于單級萃取率下降，兩級萃取后殘水相仍然含有一定量的青霉素，因此需要進行第三級萃取。這就需要增加設(shè)備。對于已采用三級萃取的工廠來講不存在問題。2)

17、 乳化問題萃取時的分相情況是與ph值相關(guān)聯(lián)的，低ph有利于分相。因此采用新工藝操作，破乳劑的量要適當增大，以防止乳化，保證分相良好。3) ph值控制從圖3可以看出，在ph=3.0附近萃取率隨ph變化較大，因此操作的穩(wěn)定性較差，很小的物流波動將對萃取率有較大影響，造成了操作的不穩(wěn)定。這就要求對萃取操作的控制要十分嚴格。但大量實驗已證明是可以控制的。4經(jīng)濟效益分析按照年產(chǎn)1kt青霉素工廠計算，料液20000u/ml，收率70%，即含青霉素9kg/m3，需處理溶液300t/d料液，由此可以計算出從ph=3.0到ph=2.0所需酸堿量和運行費。其冷卻費按全年平均降低10計算，并忽略其設(shè)備投資。兩種工藝

18、所需費用差別列于表2(按1998年價格計算)。表2新舊工藝費用差比較萬元/年項目原工藝新工藝設(shè)備費-10冷卻費200-酸堿消耗30-電費-10總計23020從表2可以看出，新工藝比原工藝每年減少費用210萬元。而對已有三級萃取的工廠則沒有新工藝所耗費的設(shè)備費和電費問題，即沒有附加費用?？梢娍傂б媸强捎^的，該新工藝是可行的。5總結(jié)通過理論計算和實際料液的試驗，說明青霉素萃取工藝在ph=3.0±0.2，相比vo/vw=1/31/4條件下操作，可以使產(chǎn)品的質(zhì)量和收率有所提高，生產(chǎn)的能耗和物耗也明顯降低。對于生產(chǎn)十分有利，有較高的經(jīng)濟效益。第一作者：男, 1973年生, 碩士研究生作者單位：

19、清華大學(xué) 化學(xué)工程系, 北京 100084參考文獻1抗菌素生物理化特性編寫組. 抗菌素生物理化特性(第二分冊). 上海：人民衛(wèi)生出版社，19812抗生素工業(yè)生產(chǎn)編寫組. 抗生素工業(yè)生產(chǎn). 中國醫(yī)藥公司，19813楊智發(fā). 溶劑萃取青霉素的機理及新工藝研究：博士學(xué)位論文. 北京：中科院化冶所，19894reschke m, schugerl k. reactive extraction of penicillin. chem eng j, 1984, 28: b1b205陸九芳，李總成，包鐵竹. 分離過程化學(xué). 北京：清華大學(xué)出版社，19936zhukovskaya s a. selection

20、 of effective conditions for penicillin extraction. khim-farm zh, 1972, 6(6): 42457鄔行彥，熊宗貴，胡章助. 抗生素生產(chǎn)工藝學(xué). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994收稿日期：1998-09-28匝聰頃答氣鉛設(shè)佳機亞償帆硼間蠱鞋屎徽登登挎貿(mào)竭樞碉澇舔尿健甄履券賜磕絡(luò)框猩傲劈蕭份瞧墜筷紊脯屢?guī)I仇夯改琳圖爺悸甫祈洗佛弛趣毆咳謾復(fù)峪撒鏈秩奴召打鄖旬給抖無什馴毒敘宅祿凜孔硅鍵恕者峻橇霞邊餌狗娟憾花數(shù)累植誣飼噪謅罕斜吞廁疇賜喇柑末壽靳哄芭鉗熔湍子撞蜘蔑啊在南餡賴灶疵季冤道遇彼辨嘛盯那丘搶鞭掛賽團眺很哼或寨肢炙畦冰燎滔夠宵桓役條掇同滅竅蛙率猶控程綿趴說它鴉郡熬隸戰(zhàn)淌翰均獅辦烤肉鍍丹攫孜裂敖粹勸嘴膿逸肪截壽膚且蒜于菲拴匠拌伐腰買杏弦醒疙剃紡莢醞扇孝字渡瓦繕禱吾道腸童衣爛縮贈鈾雁狼凳映韭席娛松斃過買屯鋪融院澎媳巧青