青霉素提取工藝

1、關(guān)于青霉素的提取工藝第一張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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(shí)驗(yàn)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)第二張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月青霉素簡介青霉素簡介第三張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月簡介青霉素（Penicillin）又被稱為青霉素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，是第一種能

2、夠治療人類疾病的抗生素。青霉素類抗生素是-內(nèi)酰胺類中一大類抗生素的總稱。第四張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月青霉素的發(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(shí)驗(yàn)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(yàn)，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。 第五張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月青霉

3、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-內(nèi)酰胺環(huán)（B）拼合而成，為抗菌活性重要部分， -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)球棍模型第六張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月化學(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：C16H18N3O4SHCl 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

4、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(jì)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。 第七張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月抗菌作用和臨床應(yīng)用 青霉素作為第一個應(yīng)用于臨床的-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。 第八張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月青霉素理化性質(zhì)1. 不耐熱，一般保存于冰箱中，但青霉素鹽的結(jié)晶純品，在干燥條

5、件下可于室溫保存數(shù)年。2.水溶液不穩(wěn)定 ，20萬u/ml水溶液于30放置24h效價下降56%。3. 肌肉注射吸收快而安全 4.作用快,維持時間短 第九張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月新型提取技術(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(shí)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

6、，降低了生產(chǎn)成本，具有更高的經(jīng)濟(jì)價值。第十張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月中空纖維更新液膜原理： 該技術(shù)利用疏水性中空纖維膜與有機(jī)相間的親和力，依靠在管程流體中預(yù)先加入分散的有機(jī)相小液滴與纖維壁面的浸潤性和界面張力，在纖維管內(nèi)側(cè)形成一層極薄的有機(jī)相液膜，利用流體流動過程中形成的剪切力，形成了管程流體內(nèi)的有機(jī)相小液滴與所形成的液膜層的更新融合過程，從而極大提高了過程的傳質(zhì)效率，并有效解決了液膜過程缺乏長期穩(wěn)定性的問題。 另一方面，中空纖維更新液膜過程采用反應(yīng)萃取機(jī)理代替?zhèn)鹘y(tǒng)溶媒萃取過程中的物理萃取機(jī)理，通過在有機(jī)液膜相中添加流動載體DOA（二辛胺）的方式，可極大的提高過程的傳質(zhì)效率，放寬

7、了過程的操作條件，可以在青霉素較穩(wěn)定的pH值(pH 57)和溫度范圍內(nèi)進(jìn)行操作，最大程度上避免青霉素的降解損失。第十一張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月青霉素的提取實(shí)驗(yàn)中空纖維更新液膜 中空纖維更新液膜實(shí)驗(yàn)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(jī)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(jī)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，

8、操作溫度為室溫18C第十二張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月中空纖維更新液膜提取工藝流程圖： 采用中空纖維更新液膜實(shí)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 以碳酸鉀溶液作為接收相，DOA（二辛胺）+異辛醇+煤油作為有機(jī)相，在常溫條件下提取模擬發(fā)酵濾液中的青霉素第十三張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月第十四張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月第十五張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月 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(qiáng)化作用，可在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到90min時實(shí)現(xiàn)液膜過程的逆濃度梯度傳遞，傳質(zhì)速率較快，實(shí)驗(yàn)結(jié)果所用時間較長是為了避

9、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5.4810m，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)60m，則可極大地提高處理速率。第十六張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月青霉素的生產(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(yàn) 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(diǎn)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)體融合第十七張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)酵過程的工藝控制：第十八張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2

10、022年6月 生產(chǎn)原理：第十九張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月發(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(jī)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.多級錯流萃取：料液經(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。第二十張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月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

11、青霉素提純工藝流程簡圖：第二十一張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月醋酸丁酯萃取工藝流程圖 在青霉素提取工藝中，應(yīng)用最廣泛的是溶劑萃取法，工藝流程圖見圖1。 大多采用醋酸丁酯為萃取劑，以D925m為破乳劑，以10%H2SO4調(diào)節(jié)濾液的pH值，料液pH值為1.82.2，相比為1/21/2.5，溫度5 14 ，反萃取過程采用碳酸氫鉀或碳酸鉀水溶液為反萃取劑第二十二張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月液膜技術(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(diǎn)，并可利用其載體促進(jìn)遷移的傳質(zhì)機(jī)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(diǎn)，可以有效降低能耗，減少環(huán)境污染，現(xiàn)已成為傳

12、質(zhì)與分離領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)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)：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(diǎn)：（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(shí)現(xiàn)”逆濃度梯度傳遞“。第二十三張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月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360 t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)

13、量（t）發(fā)酵液 360.0 360萃取劑損失量 13.116.3（醋酸丁酯） 7.0（7%DOA+30%異辛醇+煤油） 反萃液 36.0 140.0（0.5 M碳 酸鉀溶液）提取過程中洗滌用水 36.0 0.0青霉素G 9.8 10.4第二十四張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月中空纖維更新液膜提取工藝經(jīng)濟(jì)效益評價優(yōu)點(diǎn)： (1) 提取效率高、產(chǎn)量大：新工藝提取青霉素G總收率約為 80%。 (2) 萃取劑損失量較少：新工藝中采用的混合萃取劑均微溶于水，其損失量小于發(fā)酵濾液量的1.0%。 (3) 后續(xù)處理簡單：新工藝所采用萃取劑（7%DOA+30%異辛醇+煤油）中的3 種物質(zhì)均微溶于水，完成提

14、取過程后，只需經(jīng)過簡單的分相處理即可重復(fù)利用。 (4) 過程能耗低：可在常溫條件下操作，可極大減少能量消耗。且不需要對循環(huán)使用的萃取劑進(jìn)行蒸餾提純以及對萃余液中的溶劑進(jìn)行蒸餾回收過程，故能耗大大降低。 第二十五張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月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(shí)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(diǎn)：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。第二十六張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月中

15、空纖維超濾膜4寸中空纖維超濾膜型號U中空纖維超濾膜第二十七張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月青霉素生產(chǎn)車間 第二十八張，PPT共三十頁，創(chuàng)作于2022年6月參考文獻(xiàn)：1江濱、李桂東、韓濤 發(fā)現(xiàn)與發(fā)展造福人類的青霉素 醫(yī)藥歷史 2000年2吳金川，何志敏，姚轉(zhuǎn)義.反膠團(tuán)酶反應(yīng)-膜分離技術(shù)的研究進(jìn)展J.化學(xué)工程，1999,27（2）：27303侯太平，劉世貴.膜技術(shù)對肉毒發(fā)酵液純化重視應(yīng)用研究J.膜科學(xué)和技術(shù)，1996,16（4）：13164 Mahesh V, Gregory F, Charles H. Equilibria for the adsorption of antibiotics onto neutral polymeric sorbents: Experimental and modeling studies J. Biotechnol Bioeng, 1995, 47: 215-226.5 George F B. Phenoxymethyl Penicillin Manufacture: GB 833060P. 1960.6 Vyas S N, Patwardhan R, Padhye V M. Ion exchangers for therecovery of p