抗生素備課發(fā)酵液的預處理和液固分離

抗生素備課發(fā)酵液的預處理和液固分離第1頁/共82頁第十章發(fā)酵液的預處理

和液-固分離在發(fā)酵法生產(chǎn)中,發(fā)酵液中存在大量菌絲體、菌種代謝物、剩余培養(yǎng)基以及抗生素主組分以外的其他復雜組分。所以,在抗生素提取精制之前,必須進行預處理、過濾,以除去這些干擾物質(zhì)。第2頁/共82頁第一節(jié)確定預處理方法的基本條件一、了解抗生素存在的部位抗生素存在部位：發(fā)酵液或菌體內(nèi)1、發(fā)酵液：大部分抗生素分泌到胞外，經(jīng)過液-固分離，得澄清發(fā)酵液，進一步純化，得到純品。2、菌體內(nèi)：一些抗生素如多烯類的制霉菌素、兩性霉素、曲古霉素累積于菌絲體中，且水溶性很小，取其濾餅，再用其他溶劑萃取。第3頁/共82頁二、穩(wěn)定性發(fā)酵液預處理的pH、溫度及化學試劑的選擇，取決于抗生素的穩(wěn)定性。如青霉素穩(wěn)定性差，酸化pH只能控在4.8~5.2,并要求低溫。（青霉素是很不穩(wěn)定的化合物，遇酸、堿或加熱都易分解而失活，特別是β-內(nèi)酰胺環(huán)，失去抗生能力。）多黏菌素E穩(wěn)定性好，可在pH2.0,95℃進行處理。紅霉素酸性不穩(wěn)定,而在堿性中較穩(wěn)定,故發(fā)酵液只能加NaOH調(diào)pH7.9~8.0,過濾去除蛋白質(zhì)。（紅霉素經(jīng)酸水解產(chǎn)生脫水紅霉素，脫水紅霉素進一步水解成紅霉糖胺和紅霉糖。）第4頁/共82頁三、提取工藝對濾液質(zhì)量的要求一般要求：濾液澄清、pH適中、有一定濃度。不同的提取工藝路線，對濾液質(zhì)量要求不同。如離子交換法：對無機離子（特別是高價離子）、灰分含量、澄清度要求較嚴。溶媒萃取法：要求蛋白含量低，減輕乳化現(xiàn)象。直接沉淀法：對濾液質(zhì)量要求更高，加草酸酸化，還要加凈化劑，濾液還需復濾，結晶前還需脫色處理。第5頁/共82頁第二節(jié)發(fā)酵液預處理的方法發(fā)酵液預處理的目的：1、去除可溶性黏膠狀物質(zhì)，包括核酸、雜蛋白、不溶性多糖等。2、去除無機鹽，包括Fe3+、Ca2+、Mg2+等，他們的存在會影響成品質(zhì)量，影響離子交換提取過程。為達到預處理目的，經(jīng)常將發(fā)酵液pH調(diào)節(jié)至酸性或堿性。如四環(huán)類抗生素由于能和鈣、鎂、鋇等離子形成不溶性的絡合物，故大部分沉積在菌絲內(nèi)，用草酸酸化后，就能產(chǎn)生草酸鈣沉淀，使四環(huán)類抗生素從菌絲體中轉入水相中。第6頁/共82頁酸化劑可采用鹽酸、硫酸、磷酸、草酸等。但在選擇酸化劑時應考慮適合抗生素產(chǎn)品性能，對設備腐蝕性以及價格低廉、來源方便等。常用的是草酸，因為草酸酸性溫和、腐蝕性小，并能與發(fā)酵液中堿土金屬結合成沉淀而析出，起釋放抗生素作用。堿化劑常用：氫氧化鈉、碳酸鈉、氨水等，最常用氫氧化鈉，因為來源便宜，價格便宜，不污染環(huán)境等，但腐蝕性大。堿化時可時鐵離子生成氫氧化鐵以及部分蛋白沉淀除去。一、菌絲體及蛋白質(zhì)的處理1、等電點沉淀蛋白質(zhì)為兩性物質(zhì)，在等電點時，在水中溶解度最小，能沉淀除去。蛋白質(zhì)等電點都在酸性范圍內(nèi)，pH4.0~5.5。第7頁/共82頁2、變性沉淀最常用的方法是加熱，適合于對熱穩(wěn)定的抗生素，加熱可加速蛋白凝聚，還能使液體黏度降低，加快過濾速度。如，在鏈霉素生產(chǎn)中，采取pH3.0~3.5情況下，加熱70~75℃，維持30min以凝固蛋白質(zhì)，過濾速度可提高3倍，黏度降低到原來的1/6。3、加各種沉淀劑沉淀蛋白質(zhì)能與一些陰離子如三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、鎢酸鹽、苦味酸鹽、鞣酸鹽、過氯酸鹽等形成沉淀。在堿性溶液中，能與一些陽離子如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。第8頁/共82頁4、加入凝聚劑某些無機鹽可使細胞、細胞碎片及蛋白質(zhì)等膠體顆粒發(fā)生凝聚作用而被去除。常用的凝聚劑：Al2（SO4）3·18H2O、AlCl3·6H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等。5、加入絮凝劑如殼聚糖、海藻酸鈉、明膠等。發(fā)酵液中加入絮凝劑，形成粗大的絮凝團，有助過濾。6、吸附利用吸附作用能有效去除雜蛋白。例如四環(huán)素發(fā)酵液中加入黃血鹽和硫酸鋅，生成亞鐵氰化鋅鉀K2Zn3[Fe（CN）6]2的膠狀沉淀，將蛋白與菌體去除。第9頁/共82頁7、酶解法去除不溶性多糖如淀粉酶將培養(yǎng)基中多余的淀粉水解成單糖，降低發(fā)酵液黏度，提高濾速。二、高價金屬離子的去除主要是Ca2+、Mg2+、Fe3+等高價金屬離子。（1）Ca2+

：加入草酸，反應生成草酸鈣還可使蛋白質(zhì)凝固，提高濾液質(zhì)量，但草酸價格較貴，應注意回收。第10頁/共82頁（2）Mg2+

：加入三聚磷酸鈉Na5P3O10

，與Mg2+形成絡合物，消除Mg2+的影響。用磷酸鹽也能大大降低Ca2+、Mg2+濃度。（3）Fe3+

：加入黃血鹽，形成普魯士藍沉淀Fe3++K4Fe（CN）6Fe4[Fe（CN）6]3+12K+第11頁/共82頁第三節(jié)發(fā)酵液的液-固分離一、設備1、板框壓濾機這是目前較常用的過濾設備。優(yōu)點：過濾面積大，能耐受較高壓力差，結構簡單，造價較低，動力消耗少。缺點：不能連續(xù)操作，設備笨重，勞動強度大，非生產(chǎn)時間長，生產(chǎn)能力低。2、真空鼓式過濾機能連續(xù)操作，實現(xiàn)自動控制，主要適用于菌絲較粗的真菌發(fā)酵液的過濾，如青霉素發(fā)酵液的過濾。第12頁/共82頁3、離心分離機優(yōu)點：速度快，效率高，衛(wèi)生條件好。占地面積小，能自動化、連續(xù)化控制，適合于大規(guī)模的分離過程。缺點：設備投資費用高、能耗較高。二、影響液-固分離的因素大多數(shù)微生物發(fā)酵液屬于非牛頓型液體（凡不遵循牛頓粘性定律的流體，統(tǒng)稱為非牛頓型流體

），液-固分離較困難。影響發(fā)酵液粘度的因素1）菌體種類和濃度不同，其粘度有很大差別真菌菌絲較粗大，液-固分離比較容易。第13頁/共82頁細菌或細胞碎片相當細小，液-固分離十分困難，一般離心分離或過濾方法效果很差，因此應先用預處理的各種手段來增大粒子，才能獲得澄清的濾液。2）不同的培養(yǎng)基組分和用量也影響粘度，如用黃豆餅粉、花生餅粉作氮源，用淀粉作碳源會使粘度增大。發(fā)酵液中未用完的培養(yǎng)基較多或發(fā)酵后期用油作消沫劑也會使過濾困難。3）一般發(fā)酵進入自溶階段，抗生素產(chǎn)量才能達到高峰，但菌絲自溶使發(fā)酵液變粘，為保證過濾工序的順利進行，必須正確選擇發(fā)酵終點和放罐時間。4）染菌的發(fā)酵液粘度也會增高。第14頁/共82頁第十一章溶媒萃取法提取抗生素什么叫溶媒萃取法？是用一種溶媒將溶質(zhì)自另一種溶媒中提取出來。要求：1）那么這兩種溶媒就必須不能混溶或部分混溶，以能形成兩相而便于分離；2）所選用的溶媒對抗生素應有較大的溶解度和選擇性，用量較少就能提取完全，并使抗生素和雜質(zhì)有一定程度的分離。第15頁/共82頁抗生素萃取溶劑青霉素G乙酸丁酯四環(huán)素丁醇、甲基異丁酮土霉素丁醇林可霉素丁醇新生霉素乙酸戊酯第16頁/共82頁工業(yè)生產(chǎn)中大部分萃取分為以下幾個主要步驟：發(fā)酵濾液萃取反萃取結晶產(chǎn)品第17頁/共82頁第一節(jié)分配定律一、分配定律料液：在溶媒萃取中，被提取的溶液（發(fā)酵液）溶質(zhì)：預提取的物質(zhì)（抗生素）萃取劑：用以進行萃取的溶媒（萃取溶劑）萃取液：經(jīng)接觸分離后，大部分溶質(zhì)轉移到萃取劑中，而得到的溶液萃余液：被萃取出溶質(zhì)的料液第18頁/共82頁將萃取劑和料液放在分液漏斗中，振蕩混合，然后靜置分層形成兩相，即萃取液（I）和萃余液（II）。此時有一部分溶質(zhì)自第II相（料液）轉入第I相（萃取劑）中。溶質(zhì)在兩相中的濃度符合以下定律：C1C2=萃取相濃度萃余相濃度=K這就是分配定律，分配定律應用的條件：1）必須是稀溶液；2）溶質(zhì)對溶媒的互溶度沒有影響；3）必須是同一種分子類型，即不發(fā)生結合或離解。第19頁/共82頁第二節(jié)萃取方式和理論得率的計算工業(yè)萃取過程包括三個：1）混合：料液和萃取劑混合形成乳濁液，抗生素自料液轉入萃取劑中?；旌贤ǔＴ跀嚢韫拗羞M行，這是工業(yè)上經(jīng)常使用的方式?，F(xiàn)在可采用其他效率更高的混合方式，即管道萃取，將料液和萃取劑以很高的速度在管道內(nèi)混合，也有利用噴射泵內(nèi)渦流混合進行萃取，叫噴射萃取。2）分離：將料液和萃取劑混合形成的乳濁液分成萃取相和萃余相。分離通常利用離心機進行。3）溶媒回收：因溶媒價格都比較高，并且易給環(huán)境造成污染，所以要對溶媒進行回收。第20頁/共82頁萃取過程，按其操作方式分類，可分為：單級萃?。▓D）多級萃取（錯流萃取、逆流萃取圖）一、單級萃取包括一個混合器和一個分離器1）料液F和溶劑S在混合器中充分混合2）用分離器得到萃取液L和萃余液R3）如分配系數(shù)為K，料液體積為VF，溶媒體積為Vs，則經(jīng)過萃取后，溶質(zhì)在萃取相與萃余相中數(shù)量之比為E=K·

VsVF

第21頁/共82頁由E得未被萃取分率：Ψ=

1E+1理論收率1-Ψ=

EE+1舉例當分配系數(shù)相同而萃取劑用量少時，其理論得率也相應降低些。第22頁/共82頁二、多級萃取1、多級錯流萃取料液經(jīng)萃取后的萃余液再用新鮮萃取劑進行萃取稱為多級錯流萃取。特點：第一級的萃余液R1作為第二級的料液，第二級的萃余液R2作為第三級的料液，每次萃取都用新鮮的萃取劑S1、S2、S3。同理還可進行n級萃取。優(yōu)點：萃取較完全缺點：溶劑消耗量大，因為每級萃取都加入新鮮的萃取劑，這樣得到的萃取液平均濃度就比較稀。第23頁/共82頁多級錯流萃取的理論得率計算公式為1-Ψn=

1-1（E1+1）（E2+1）

·

·

·

·

·

·

（En+1）舉例總結：當分配系數(shù)相同，并且萃取劑總用量相同時，二級萃取得率比單級萃取收得率要高。簡言之，在萃取劑用量一定的情況下，萃取次數(shù)愈多，則萃取愈完全。第24頁/共82頁2、多級逆流萃取在第一級中加入料液F，萃余液順序作為后一級的料液，而在最后一級加入萃取劑S，萃余液順序作為前一級的萃取劑，料液移動的方向和萃取劑移動的方向相反，故稱為逆流萃取。特點：1）第一級的萃余液R1作為第二級的料液，第二級的萃余液R2作為第三級的料液，依次類推；2）而萃取劑S只在最后一級加入，最后一級的萃取液L1作為第二級的萃取劑，第二級的萃取液L2作為第一級的萃取劑。第25頁/共82頁理論得率為1-Ψn=

En+1-EEn+1-1X100%舉例結論：二級逆流萃取的效果比二級錯流萃取的效果更好，溶媒用量更少，收得率更高。第26頁/共82頁實際生產(chǎn)中情況極復雜，實際收得率一般比理論得率要低。第三節(jié)乳化和去乳化一、乳化在正常情況下，萃取過程中將料液和萃取劑充分混合后形成乳濁液，但通過靜置或離心的方法這兩相可完全分開，分為上下兩層，但在抗生素工業(yè)中，因為發(fā)酵液中有大量蛋白質(zhì)存在，即使通過預處理和過濾，也不能將這些雜蛋白完全去除。這些殘留的雜蛋白具有表面活性作用，在進行溶劑萃取時引起乳化，使有機相與水相難以分層，即使用離心機也不能將兩相完全分開。第27頁/共82頁如在有機相中夾帶水相，會使后續(xù)操作困難；如果水相中夾帶有機相，則意味著產(chǎn)物的損失，因為這些水相往往作為萃取液被處理丟棄的。因此，在萃取過程中破乳化是非常重要的。二、去乳化常用方法1、過濾和離心分散這是針對乳化不嚴重時，可用過濾或離心分離的方法。2、加熱加熱能使黏度降低，易促使乳濁液破壞，可應用于對熱較穩(wěn)定的抗生素。第28頁/共82頁3、稀釋法在乳濁液中，加入連續(xù)相，可使乳化劑濃度降低而減輕乳化。4、加電解質(zhì)離子型乳化劑所成乳濁液常因分散相帶電荷而穩(wěn)定，這些可加入電解質(zhì)，以中和其電性而促使聚沉。5、頂替法這是最主要的破乳化方法。這種方法的原則是選擇一種能強烈吸附于油-水界面的表面活性劑，用以頂替在乳狀液中生成牢固膜的乳化劑，產(chǎn)生一種新膜，其強度較低，有利于破乳。6、轉型法在油水（O/W）乳狀液中，加入親油性乳化劑，則第29頁/共82頁乳狀液從O/W型轉變成W/O趨向，如果控制條件不允許形成W/O型乳狀液，則在轉變過程中，乳狀液就破壞。同樣，在W/O型乳狀液中，加入親水性乳化劑，也會使乳狀液破壞。第四節(jié)影響萃取操作的一些因素1、乳化作用2、pH在萃取操作中，正確選擇pH值很重要首先，pH影響弱酸或弱堿性抗生素的分配系數(shù)，而分配系數(shù)又直接和收率有關。另外，第30頁/共82頁溶液的pH也影響藥物的穩(wěn)定性。所以，合適的pH應權衡這兩方面來決定。3、溫度的影響首先，抗生素在高溫下不穩(wěn)定，故萃取一般在低溫下進行。另外，隨溫度升高，有機溶劑與水之間的互溶度增大，從而萃取效果降低。4、鹽析作用加入鹽析劑如（NH4）2SO4、NaCl等可使抗生素在水中溶解度降低，而易于轉入溶媒中去。另一方面也能減少有機溶媒在水中的溶解度。第31頁/共82頁5、帶溶劑有的抗生素的水溶性很強，在有機溶媒中溶解度很小，則如果要采用溶媒萃取法來提取，可借助于帶溶劑。帶溶劑指能和抗生素形成復合物，而易溶于溶媒中，并且此復合物在一定條件下又要容易分解。6、溶媒的選擇萃取用的溶媒除對抗生素有較大的溶解度，還應有良好的選擇性。根據(jù)類似物容易溶解類似物的原則，應選擇與抗生素結構相近的溶媒。另外工業(yè)上還要求溶媒價廉、毒性小、來源廣泛易得。在抗生素工業(yè)生產(chǎn)中最常用的是乙酸乙酯、乙酸丁酯和丁醇等。第32頁/共82頁乙酸丁酯是流體力學性能最好、應用最廣泛的一種萃取劑，大多數(shù)抗生素均用它進行提取。但它的水溶性大使其使用價值大大降低。此外，許多有毒性的溶劑也在使用，如苯類及其衍生物等溶劑，由于毒性限制了它們的使用。第33頁/共82頁第五節(jié)溶媒的回收主要是由于在生產(chǎn)中，須考慮到生產(chǎn)成本，溶媒消耗在成本中所占的比例很高，因此應盡量加以回收，再利用。回收的溶媒應包括萃取中廢溶媒，結晶母液中的溶媒，洗滌結晶的溶媒。第34頁/共82頁第十二章離子交換法

提取抗生素離子交換法：是應用合成的離子交換樹脂作為吸著劑，將溶液中的物質(zhì)，依靠庫侖力吸附在樹脂上，然后用合適的洗脫劑將吸附物從樹脂上洗脫下來，達到分離、濃縮、提純的目的。特點：樹脂無毒性且可反復再生使用，少用或不用有機溶劑，因而具有設備簡單，操作方便，勞動條件好的優(yōu)點，成為提取抗生素的主要方法之一，在多種抗生素生產(chǎn)中使用。第35頁/共82頁缺點：離子交換法有生產(chǎn)周期長，成品質(zhì)量有時較差，pH變化大，可能對pH穩(wěn)定性不佳的抗生素不適用。第一節(jié)離子交換樹脂的基本概念極其分類一、基本概念定義：離子交換樹脂是一種不溶于酸、堿和有機溶劑的固態(tài)高分子化合物，化學穩(wěn)定性良好，且具有離子交換能力。其組成可分為兩部分：一部分是不能移動的、多價的高分子基團，構成樹脂的骨架，使樹脂具有上述溶解度和化學穩(wěn)定性的性質(zhì)；第36頁/共82頁另一部分是可移動的離子，稱為活性離子，它在樹脂骨架中的進進出出，就發(fā)生了離子交換現(xiàn)象。活性離子是陽離子的稱為陽離子交換樹脂，活性離子是陰離子的稱為陰離子交換樹脂。樹脂的特點：1）當樹脂浸在水溶液中時，活性離子因熱運動的關系，可在樹脂周圍的一定距離內(nèi)運動；2）樹脂內(nèi)部有許多空隙，由于內(nèi)部和外部溶液的濃度不等，通常是內(nèi)部濃度較高，存在著滲透壓，外部水分可滲入到內(nèi)部，這樣就促使樹脂體積膨脹，因而第37頁/共82頁可把樹脂看作有彈性的物質(zhì)，當樹脂體積增大時，骨架的彈力也隨著增加，當彈力增加到和滲透壓平衡時，樹脂體積就不再增大；3）離子交換樹脂進行提取和通常在溶液中進行的離子交換有質(zhì)的區(qū)別。利用離子交換樹脂進行的反應是在異相中進行，如樹脂的選擇性好，則把離子吸附到樹脂上去后，就好象產(chǎn)生“沉淀”一樣，反應就較完全。這樣只要是能離子化的物質(zhì)，就可能利用樹脂來改變其中的離子組成。第38頁/共82頁二、分類樹脂的主要性能是由可交換的功能團中的活性離子決定的，陽樹脂的功能團是酸性基團，而陰樹脂的是堿性基團。功能團的電離程度決定了樹脂的酸性或堿性的強弱。因此，也可分為強酸性、弱酸性陽離子交換樹脂，強堿性、弱堿性陰離子交換樹脂四大類。1、強酸性陽離子交換樹脂一般以磺酸基—SO3H作為功能基團；強酸性基團的電離程度不隨外界溶液的pH而變，pH一般沒有限制。RSO3H+NaClRSO3Na+HCl第39頁/共82頁2、弱酸性陽離子交換樹脂功能基團是羧基-COOH，酚羥基-OH等，其交換性能和溶液的pH有很大關系，一般pH>7或pH>9。3、強堿性陰離子交換樹脂兩種，強堿I型：含三甲胺基，堿性較強，再生較困難。強堿II型：含二甲基-β–羥基-乙基胺基團，穩(wěn)定性較差。RCOOH+NaOHRCOONa+H2ORN（CH）3Cl+NaOHRN（CH）3OH+NaCl第40頁/共82頁4、弱堿性陰離子交換樹脂功能團有伯胺基（-NH2

）、仲胺基（=NH）、叔胺基（≡

N），吡啶基（C6H5N）等。交換能力隨pH變化而變化，pH愈低，交換能力越大。RNH3OH+HClRNH3Cl+H2O三、樹脂的命名離子交換樹脂的命名，國際上迄今還沒有統(tǒng)一的規(guī)則，國外多數(shù)是以廠家或商家的牌號、代號來表示。我國在60年代后逐步規(guī)劃統(tǒng)一的命名法是：第41頁/共82頁1~100號強酸性離子交換樹脂101~200號弱酸性離子交換樹脂201~300號強堿性離子交換樹脂301~400號弱堿性離子交換樹脂104×4：強酸性陽離子交換樹脂，交鏈度為4。第二節(jié)離子交換樹脂的理論基礎一、離子交換速度1、交換機理交換反應：A++RBRA+B+第42頁/共82頁離子交換過程包括5個步驟：1）A+離子自溶液中擴散到樹脂表面2）A+離子從樹脂表面再擴散到樹脂內(nèi)部的活性中心3）A+離子與RB在活性中心上發(fā)生復分解反應4）解吸離子B+自樹脂內(nèi)部的活性中心擴散到樹脂表面5）B+離子再從樹脂表面擴散到溶液中根據(jù)電荷中性原則1）和5）同時發(fā)生且速度相等，方向相反；2）和4）同時發(fā)生，速度相等，方向相反。第43頁/共82頁實際上包括三個過程：外部擴散，內(nèi)部擴散，化學交換反應。2、影響交換速度的因素：1）顆粒大小樹脂顆粒減小無論對內(nèi)部擴散控制或外部擴散控制的場合，都有利于交換速度的提高。2）交鏈度降低樹脂交鏈度，能提高交換速度。3）溫度溫度上升，交換速度增快4）離子的化合價第44頁/共82頁化合價愈高，擴散速度愈慢，離子在樹脂中擴散時，存在和樹脂骨架中的庫侖力。離子化合價愈高，引力愈大，擴散速度就愈小。5）離子的大小離子小，交換速度快分子篩：利用大分子和小分子在某種樹脂上的交換速度不同，大分子在樹脂中的擴散速度慢，因為大分子會和樹脂碰撞，而達到分離的目的，這種樹脂稱為分子篩。6）攪拌速度：增加攪拌速度可使交換速度增加，主要通過增加外部擴散速度，但太快會打碎樹脂，并且這種增加是有一定限度的。第45頁/共82頁7）溶液濃度：濃度增大時，交換速度可增加，但幅度將愈來愈小，最后達一極限值。第三節(jié)離子交換過程的選擇性離子交換樹脂的選擇性集中地反映在交換常數(shù)K的數(shù)值上。KB·A（B離子取代樹脂上A離子的交換常數(shù)）的K值越大，就愈易吸附B離子。一、離子的水化半徑離子的體積愈小，則越易吸附，而離子在水溶液中的大小應用水化半徑來表征，因此水化半徑小的離子越易吸附。第46頁/共82頁二、離子的化合價在低濃度條件下，普通溫度時，離子的化合價愈高，愈易被吸附。利用離子交換樹脂提取鏈霉素時，樹脂能優(yōu)先吸附Str3+；在凈化水時，樹脂優(yōu)先吸附硬水中的Ca2+、Mg2+。三、溶液的酸堿度pH對各種樹脂的影響是不同的。如弱酸性樹脂，在酸性和中性下，它的電離度很小，H+不易游離出來。因此，交換容量很低，只有在堿性的條件下，才能起交換作用。第47頁/共82頁四、交鏈度、膨脹度和分子篩一般交鏈度大，膨脹度小的樹脂選擇性比較好。增大樹脂的鉸鏈度，有機大分子便不能進入樹脂內(nèi)部，但無機離子不受阻礙，利用這一原理將大分子和無機離子分開的方法，稱為分子篩法。五、樹脂與交換離子之間的輔助力樹脂與交換離子之間不但存在靜電引力，還存在其他輔助力，主要是氫鍵，也可能存在分子間作用力。六、有機溶媒的影響第48頁/共82頁有機溶媒存在時，常常會使對有機離子的選擇性降低，而容易吸附無機離子。原因：一是由于有機溶劑使離子溶劑化程度降低，而易水化的無機離子降低程度要比有機離子??；二、由于有機溶劑會影響離子的電離度，使它減少，尤其是有機離子，影響更顯著。這兩種因素都導致有機溶劑存在時，不利于有機離子的吸附。第49頁/共82頁第十三章吸附法提取抗生素吸附是一種傳統(tǒng)的方法，在生產(chǎn)上早就有應用，如脫色、空氣凈化和除菌等，及早期的抗生素（如青霉素、鏈霉素）的提取、精制等。優(yōu)點：可不用或少用有機溶劑；操作簡便、完全、設備簡單；生產(chǎn)過程中pH變化小，適用于穩(wěn)定性差的抗生素。缺點：選擇性差，收率不高，特別是炭粉等影響環(huán)境衛(wèi)生。所以有段時間吸附法也不再被使用，但隨著大網(wǎng)格樹脂的發(fā)現(xiàn)，吸附法又重新煥發(fā)生機。第50頁/共82頁第一節(jié)吸附過程的理論基礎一、基本概念非多孔性固體多孔性固體：由于顆粒內(nèi)微孔的存在，比表面很大，可達幾百m2/每克，由其“外表面”和“內(nèi)表面”組成，且“內(nèi)表面”更大，具有較高的吸附力。一般固體分子的內(nèi)部的力均處于一種平衡的狀態(tài)，而外部即表面的分子的力場是不飽和的，即存在一種固體的表面力。能吸附外界的分子、原子或離子，可在吸附劑的表面附近形成多分子層或單分子層。（圖：p143）第51頁/共82頁吸附作用：物質(zhì)從流體相（氣體或液體）濃縮到固體表面從而達到分離的過程稱為吸附作用。吸附劑：把在表面上能發(fā)生吸附作用的固體稱為吸附劑。吸附物：被吸附的物質(zhì)叫吸附物。二、吸附類型主要根據(jù)吸附劑與吸附物之間作用力的不同來分。1、物理吸附：吸附劑和吸附物之間通過分子間作用力而產(chǎn)生的吸附作用。特點：吸附劑的整個自由界面都起作用，可吸附多分子層；吸附是可逆的，吸附同時也伴隨有分子脫離固體分子表面—解吸作用。選擇性差，可吸附多種物質(zhì)。2、化學吸附：由于吸附劑和吸附物之間的電子轉移，第52頁/共82頁發(fā)生化學反應而產(chǎn)生的，需在較高的溫度下進行。特點：選擇性強，只能是單分子層吸附，吸附后較穩(wěn)定，不易解吸。3、交換吸附：吸附劑表面是極性分子或離子，能吸引溶液中帶相反電荷的離子而形成雙電層，吸附的同時在吸附劑與溶液之間發(fā)生離子交換。三、影響吸附過程的因素1、吸附劑的因素吸附劑的理化性質(zhì)，與原料，合成方法，再生條件等有關。一般要求吸附劑吸附容量大，吸附速度快及機械強度好，容易解吸。2、吸附物的影響主要是溶質(zhì)分子的結構及其在溶液中的溶解度。第53頁/共82頁1）一般分子比較大，空間結構復雜的物質(zhì)比小分子、空間結構簡單的物質(zhì)易吸附。如芳香族較脂肪族，不飽和鏈較飽和鏈，大分子較小分子易吸附；2）在水溶液中的溶解度越小越易吸附。3、溫度的影響：吸附時溫度不宜高，否則吸附量會降低。因為溫度升高，吸附物在溶液中的溶解度增加，不利于吸附到吸附劑上去。4、pH的影響：pH主要影響化合物的解離度，使呈分子狀態(tài)，有利于吸附。如有機酸在酸性條件下，胺類在堿性條件下較易為非極性吸附劑吸附。第54頁/共82頁5、其他：如混合溶質(zhì)的吸附較純?nèi)苜|(zhì)的吸附效果差。第二節(jié)幾種常用的吸附劑按化學結構可分為兩大類：1）一類為有機吸附劑，如活性炭、淀粉、乳糖、大孔樹脂等。2）另一類是無機吸附劑，如白土、氧化鋁、硅膠等。常用有：活性炭、白土、氧化鋁、硅膠、大孔吸附樹脂等。一、活性炭具吸附力強，分離效果好，來源方便等優(yōu)點，但活性炭標準不易確定，常因采用不同來第55頁/共82頁源或不同批號的活性炭而不能得到重復結果。易污染環(huán)境、影響衛(wèi)生等。1、三種基本類型1）粉末狀活性炭：總表面積大，吸附力和吸附量也特別大，吸附力是最強的一類。2）顆粒狀活性炭：由粉末狀制成顆粒，總表面積有所減少。3）錦綸-活性炭：以錦綸為粘合劑制成的顆粒，其總比表面積介于上述兩種活性炭之間。2、活性炭的選擇和應用選擇吸附力適當?shù)幕钚蕴渴浅晒Φ年P鍵。當欲分離的抗生素不易被吸附時，選擇吸附第56頁/共82頁力強的活性炭。反之，則選擇吸附力弱的活性炭?；钚蕴渴欠菢O性吸附劑，它的吸附作用在水溶液中最強，在有機溶劑中則較弱，故水的洗脫能力最弱，而有機溶劑的則較弱。因此吸附時一般在水溶液中進行，洗脫時在有機溶劑中進行。水和各種濃度的乙醇作洗脫劑，則他們的洗脫能力隨乙醇濃度的遞增而增大。第57頁/共82頁第三節(jié)大網(wǎng)格聚合物吸附劑大網(wǎng)格聚合物吸附劑于1957年首次合成成功，為有機吸附劑增添了新的品種，給吸附法提取抗生素展示了廣闊的前景。特點：選擇性好，解吸容易，機械強度好，可反復使用等。樹脂孔隙大小、骨架結構和極性，可按照需要，選擇不同的原料和合成條件而改變，因此可適用于吸附各種有機物。一、定義大孔吸附樹脂是一類不含離子交換基團的交聯(lián)第58頁/共82頁聚合物,具有網(wǎng)狀結構和很高的比表面積,且由于選用的骨架材料不同有非極性與極性之分。一般根據(jù)所需分離純化物質(zhì)的分子大小及極性強弱,選擇與之相適應的大孔吸附樹脂,通過物理吸附有選擇地吸附有機物質(zhì)達到提純分離的目的。

二、大網(wǎng)格聚合物吸附劑的類型按骨架的極性強弱，可分為非極性、中等極性第59頁/共82頁和極性吸附劑三類。1、非極性吸附劑：由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成，也稱芳香族吸附劑。2、中等極性吸附劑：具有甲基丙烯酸酯的結構，也稱為脂肪族吸附劑。3、極性吸附劑：含由硫氮、酰胺、氮氧等基團。比較常用的大網(wǎng)格聚合物吸附劑有：美國羅姆-哈斯公司的AmberliteXAD系列日本三菱化成公司：DiaionHP系列國產(chǎn)：CAD系列第60頁/共82頁二、大網(wǎng)格聚合物吸附劑的應用大網(wǎng)格聚合物吸附劑的吸附能力，不但與樹脂的化學結構和物理性能有關，而且與溶質(zhì)、溶液的性質(zhì)有關。根據(jù)“類似物容易吸附類似物”的原則，一般非極性吸附劑適宜于從極性溶劑（例如水）中吸附非極性物質(zhì)，相反高極性吸附劑適宜于從非極性溶劑中吸附極性物質(zhì)。而中等極性的吸附劑則對上述兩種情況都具吸附力。大網(wǎng)格聚合物吸附劑對有機物的吸附一般都比較容易解吸，解吸方式通常有以下幾種：第61頁/共82頁1）最常用的是以低級醇、酮或其水溶液解吸2）對弱酸性物質(zhì)可用堿來解吸3）對弱堿性物質(zhì)可用酸來解吸4）如吸附在高濃度鹽溶液中進行，則常常用水洗就能解吸。第62頁/共82頁第十四章沉淀法提取抗生素第一節(jié)沉淀法的基本概念沉淀法應用較廣，特別是在四環(huán)類抗生素提取和精制中為國內(nèi)廣泛應用。一般分為間接沉淀法和直接沉淀法。一、間接沉淀法利用抗生素在一定的pH條件下，與某些金屬離子或其它化合物的整個分子結合成難以溶解的鹽或復鹽沉淀出來，以達到濃縮和提純的目的。第63頁/共82頁如利用四環(huán)類抗生素在堿性條件下能和鈣、鎂、鋇等金屬離子或某些季胺堿形成復合物而沉淀的特性，將四環(huán)素發(fā)酵濾液調(diào)節(jié)pH9.0左右,加入一定量的氯化鈣,形成鈣鹽沉淀,將沉淀以草酸溶解,同時有草酸鈣析出,過濾后將濾液調(diào)節(jié)pH4.6-4.8析出四環(huán)素粗堿。二、直接沉淀法利用某些抗生素具有兩性化合物的性質(zhì)，使其在等電點時于水溶液中游離而沉淀出來，直接得到成品（或粗堿）的沉淀方法。例如，四環(huán)類抗生素是兩性化合物，其性質(zhì)和氨基酸、蛋白質(zhì)很相似，因此，可利用等電點來第64頁/共82頁沉淀四環(huán)類抗生素。第二節(jié)沉淀結晶過程的實質(zhì)結晶:構成單位和排列方式有規(guī)則。無定形:構成單位和排列方式無規(guī)則。由于排列需要一定的時間，故在條件變化緩和時，有利于晶體的形成，稱為結晶。相反，當條件變化劇烈時，使晶體快速強迫擠出，溶質(zhì)分子來不及有規(guī)則地排列時，就形成無定形的物質(zhì)，稱為沉淀。第65頁/共82頁其實，無定形物質(zhì)實質(zhì)上是以很多微小晶體簇形式存在。由此可見，結晶和沉淀本質(zhì)是一致的，所以結晶和沉淀二著很難作截然不同的區(qū)別。沉淀結晶的共同過程，都是1）先先形成過飽和溶液，2）然后產(chǎn)生晶核，3）晶核生成后，靠擴散而繼續(xù)成長為晶體。它們的共同過程都是新相形成的過程，也就是從液相中產(chǎn)生固相的過程。飽和溶液：當溶液的濃度等于溶質(zhì)的溶解度時，該溶液稱為飽和溶液。第66頁/共82頁過飽和溶液：溶液的濃度超過溶質(zhì)的溶解度時，稱為過飽和溶液。溶液到達飽和濃度仍不能析出沉淀或結晶，只有當溶液達到過飽和溶液才開始析出沉淀或結晶。因此，溶液達到過飽和濃度是沉淀結晶的前提，過飽和度是沉淀結晶的推動力。第67頁/共82頁不穩(wěn)定區(qū)介穩(wěn)區(qū)穩(wěn)定區(qū)ACBIIII：代表飽和曲線II：代表開始有晶核形成的過飽和曲線飽和曲線與過飽和曲線大體上是相互平行的溫度濃度第68頁/共82頁濃度-溫度曲線分為三個區(qū)域：（甲）穩(wěn)定區(qū)（即不飽和區(qū)），不會產(chǎn)生沉淀結晶；（乙）不穩(wěn)定區(qū)（即過飽和區(qū)），沉淀結晶能自動產(chǎn)生；（丙）介穩(wěn)區(qū)（即穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定定區(qū)之間的區(qū)域），沉淀結晶也不能自動產(chǎn)生，在介穩(wěn)區(qū)中加入晶體，能誘導產(chǎn)生結晶，晶體能生長，這種加入的晶體稱為晶種。有時，塵埃也能誘導結晶產(chǎn)生，但這是生產(chǎn)中力求避免的。第69頁/共82頁在溶劑量保持不變的情況下，冷卻A點所代表的溶液，沿直線ABC到達C時，才能自動產(chǎn)生沉淀結晶。另一方面，在等溫下蒸發(fā)溶液，沿直線ADE達到E點時，方能自動產(chǎn)生沉淀結晶。在實際操作中，有時將蒸發(fā)和冷卻合并使用。例如，在生產(chǎn)制霉菌素的過程中，就是先將含有制霉菌素的乙醇提取液，進行真空濃縮，通過蒸發(fā)減少溶液中的溶劑，然后將濃縮液冷卻至5℃左右，靜置2h后，制霉菌素就析出晶體。第70頁/共82頁第三節(jié)影響沉淀結晶過程的因素沉淀結晶過程：1）先形成過飽和溶液2）然后產(chǎn)生晶核3）最后長成晶體下面對這三個過程分別敘述一、過飽和溶液的形成制備過飽和溶液的四種方法1）蒸發(fā)部分溶劑的方法如圖中直線ADE所代表的過程。此法適用于溶解度隨溫度變化不顯著的抗生素的結晶沉淀。2）將飽和溶液冷卻的方法圖中直線ABC所代表的過程