生化分離工程

生化分離工程第1頁/共41頁7.6離子交換技術(shù)典型實例典型實例：卡那霉素、西索米星、扁桃酸的提取

提取原則：①對目標產(chǎn)物親和力強，而對雜質(zhì)親和力弱。②或者相反，對目標產(chǎn)物親和力弱，而對雜質(zhì)親和力強。提取策略：①化合物的理化性質(zhì)（溶解度、pKa值（價態(tài)）、結(jié)構(gòu)）②樹脂的篩選（交換容量、官能團形式、除雜效果）③離交條件的選擇（溶液pH值、原液濃度、操作方式）第2頁/共41頁7.6離子交換技術(shù)典型實例條件選擇：①溶液pH值：樹脂的離子化、化合物的離子化、化合物的穩(wěn)定性②溶液濃度：擴散效應(yīng)、親和力、價態(tài)、離子大?、鄄僮鞣绞剑红o態(tài)吸附、靜態(tài)解吸動態(tài)吸附、動態(tài)解吸、

動態(tài)串聯(lián)方式

第3頁/共41頁卡那霉素的分離純化提取原則：

采用對卡那霉素親和力強的樹脂，進行富集提取策略：

卡那霉素理化性質(zhì)：結(jié)構(gòu)、pKa值、價態(tài)

樹脂篩選：強酸型、弱酸型

條件選擇：溶液pH值、卡那霉素濃度、操作方式第4頁/共41頁圖1卡A:R1=OHR2=NH2C18H36N4O11MW=484.499[α]D=+146°

卡B:R1=NH2R2=NH2C18H37N5O10MW=483.54[α]D=+130°

卡C:R1=NH2R2=OHC18H36N4O11MW=484.499[α]D=+126°卡那霉素結(jié)構(gòu)式第5頁/共41頁卡那霉素離解常數(shù)（pKa值）第6頁/共41頁卡那霉素離解曲線第7頁/共41頁強酸型陽樹脂（如732）：弱酸型陽樹脂（如DK110、D186、HZ-I）：樹脂類型第8頁/共41頁2、溶液的pH值合適的pH值必須達到下列條件：

使卡那霉素能解離使732或DK110能離子化卡那霉素能維持在穩(wěn)定的范圍內(nèi)第9頁/共41頁①卡那解離問題當PH＝7.0時在PH＝5.0時當PH＝9.0時第10頁/共41頁②樹脂解離問題-SO3H型732樹脂pK＜1-COOH型DK110pK4～6第11頁/共41頁③卡那穩(wěn)定性問題卡那穩(wěn)定存在的pH=6～8。732樹脂離子交換時溶液pH=5.5～6.0；DK110樹脂離子交換時，溶液pH=6.8～7.2。第12頁/共41頁3、原液濃度卡那是多元有機生物堿離子交換理論分析發(fā)酵水平第13頁/共41頁4、操作方式國內(nèi)沿用732靜態(tài)吸附，3%NH4·OH動態(tài)洗脫法；國外采用DK110動態(tài)吸附，2%NH4·OH動態(tài)解吸法第14頁/共41頁5、動態(tài)串聯(lián)方式

第15頁/共41頁西索米星的離子交換樹脂提取

西索米星為弱堿性生物有機堿，分子中含有四個氨基，在水溶液中存在四級離解平衡，在不同pH值的水溶液體系中能以不同的電化學(xué)狀態(tài)存在，隨著溶液的pH值由高到低而出現(xiàn)逐級解離。在解離條件下，選用強酸性陽離子交換樹脂，或選用弱酸型陽樹脂均可達到吸附西索米星陽離子的目的。目前多選擇732強酸性陽樹脂進行離交，溶液pH值5.5，發(fā)酵液原液濃度（約1000-1500ug/ml）。為什么？第16頁/共41頁西索米星結(jié)構(gòu)式第17頁/共41頁

西索米星離解常數(shù)（pKa值）第18頁/共41頁西索米星的離解曲線第19頁/共41頁pH≥9.7時pH7.2～7.4時pH值6.6～6.8時pH≤4.6時不同pH條件下西索米星的價態(tài)分布

第20頁/共41頁扁桃酸的離子交換樹脂提取

提取策略：

扁桃酸理化性質(zhì)：結(jié)構(gòu)、pKa值、溶解度

樹脂篩選：強酸型、弱酸型

條件選擇：溶液pH值、扁桃酸濃度、操作方式第21頁/共41頁扁桃酸結(jié)構(gòu)式第22頁/共41頁扁桃酸pKa值的測定扁桃酸pKa值測定的物理意義扁桃酸pKa值測定方法第23頁/共41頁扁桃酸在非極性溶劑中的溶解度曲線

第24頁/共41頁扁桃酸在非極性溶劑中的溶解度差值曲線

第25頁/共41頁扁桃酸在極性溶劑中的溶解度曲線

第26頁/共41頁扁桃酸在極性溶劑中的溶解度差值曲線

第27頁/共41頁發(fā)酵液中R-扁桃酸的711-OH型離子交換提取扁桃酸理化性質(zhì)樹脂功能團雜質(zhì)影響扁桃酸pKa=5.28最適動態(tài)吸附條件最適動態(tài)解吸條件第28頁/共41頁陰離子交換樹脂的選擇Fig.1PermeablecurveofR,S-mandelicacidatanionresinpH=0.41andOD220=1.236ofR,S-mandelicacidsolutioncontaining2%NH4Cl,1.0Bv/hvelocityofflow,30mlanionresinand18mm×300mmcolumnsize.第29頁/共41頁711陰離子交換樹脂對扁桃酸發(fā)酵液的動態(tài)吸附特性Fig2DynamicadsorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidfromfermentbrothat711-OHanionexchangeresinThedynamicadsorptionconditionwas6.0～7.0pHvalue、70～80mmol/LR-mandelicacidconcentration、8～10mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20ml711-OHanionresinand18mm×300mmcolumnsize.ThesameasFig3-Fig6.第30頁/共41頁711陰離子交換樹脂對R-扁桃酸的動態(tài)解吸工藝的選擇Fig4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentvelocityofflowwith4%HClCl->MA->OH-第31頁/共41頁711陰離子交換樹脂對R-扁桃酸的動態(tài)解吸工藝的選擇Fig.5DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidindifferentHClconcentrationwith1.5Bv/h第32頁/共41頁711陰離子交換分離工藝的驗證實驗

Fig6DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidat711-OHanionresinwhiletheoptimumcondition第33頁/共41頁大孔吸附樹脂HZ801分離發(fā)酵液中R-扁桃酸研究

扁桃酸理化性質(zhì)樹脂功能團雜質(zhì)影響扁桃酸pKa=5.28最適動態(tài)吸附條件最適動態(tài)解吸條件第34頁/共41頁3.1不同流速時，HZ801對扁桃酸的動態(tài)吸附特性

Fig1aDynamicadsorptioncurveofR-mandelicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflowThedynamicadsorptionconditionwas2.0pHvalue、80mmol/LR-mandelicacidconcentration、6mmol/Lphenylglyoxilicacidconcentration，20mlHZ801resinand18mm×300mmcolumnsize.ThesameasFig.1b～Fig.4.

第35頁/共41頁3.1不同流速時，HZ801對苯乙酮酸的動態(tài)吸附特性

Fig.1bDynamicadsorptioncurveofphenylglyoxilicacidfromfermentbrothatHZ801resinindifferentvelocityofflow

第36頁/共41頁3.2不同乙醇濃度對HZ801樹脂上R-扁桃酸的動態(tài)解吸曲線

Fig.2DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidatHZ801resinindifferentethanolconcentrationwith1.5Bv/h第37頁/共41頁3.3不同流速時，50%乙醇對HZ801樹脂上R-扁桃酸和苯乙酮酸的解吸曲線

Fig3DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinindifferentvelocityofflowwith50%ethanol第38頁/共41頁HZ801吸附樹脂分離工藝的驗證實驗Fig.4DynamicdesorptioncurveofR-mandelicacidandphenylglyoxilicacidatHZ801resinwhiletheo