《青霉素萃取法分離技術的研究進展綜述》6300字

青霉素萃取法分離技術的研究進展綜述摘要本文首先對青霉素進行了概述，然后介紹了青霉素的具體提取工藝，包括預處理、過濾、提取、脫色、結晶等。通過三個萃取方法研究青霉素提取的影響因素。介紹了進行了萃取平衡萃取方法、全液膜萃取方法和離子交換三個萃取方法。關鍵詞：青霉素；萃取工藝；方法研究AbstractInthispaper,anoverviewofpenicillinwasgiven,andthentheextractionprocessofpenicillinwasintroduced,includingpretreatment,filtration,extraction,decoloration,crystallizationandothersteps.Then,threeexperimentswerecarriedouttostudythefactorsrelatedtotheextractionofpenicillin.Inthispaper,threeexperimentswerecarriedout,suchastheextractionequilibriumexperiment,thewholeliquidmembraneexperiment,andtheionexchange.Keywords：Penicillin；extractionprocess；methodstudy?目錄摘要 1Abstract 2前言 41青霉素的概述 52青霉素的萃取流程 62.1預處理 72.2過濾 72.3萃取 72.4脫色 92.5結晶 93萃取方法 103.1萃取平衡法 103.2整體液膜法 103.3離子交換法 11總結 11參考文獻 12前言青霉素（Penicillin，或音譯盤尼西林）又被稱為芐青霉素鉀、青霉素G、配尼西林、青霉素鉀、peillinG、芐青霉素鈉、青霉素鈉、盤尼西林。青霉素是一種抗生素。它是一種含有抗生素penicillanes，能破壞細菌的細胞壁并在細菌細胞的繁殖期起殺菌作用。這是一種從青霉中提取的抗生素。青霉素是一種β-內酰胺類抗生素（β-內酰胺類），和β-內酰胺類抗生素包括青霉素、頭孢菌素、碳青霉烯類、單環(huán)和頭孢菌素類。青霉素是一種很普通的防腐劑。但皮膚試驗必須在每次使用前進行，以防止過敏。青霉素是一種高效、低毒、臨床應用廣泛的重要抗生素。它的成功極大地增強了人類抵抗細菌感染的能力，并導致了抗生素家族的誕生。它的出現(xiàn)開創(chuàng)了抗生素治療疾病的新紀元。經過幾十年的改進，青霉素和口服青霉素已能治療肺炎、肺結核、腦膜炎、心內膜炎、白喉、炭疽等。青霉素、鏈霉素、土霉素、四環(huán)素、四環(huán)素等抗生素相繼產生，提高了人類治療傳染病的能力。但同時，一些病原體的耐藥性也在增加。為了解決這個問題，研究人員正在開發(fā)更有效的抗生素，探索防止病原體獲得耐藥基因的方法，開發(fā)基于植物的抗菌劑。青霉素不耐受耐藥菌株（如耐藥金黃色葡萄球菌）產生的酶，且易被破壞，抗菌譜窄，對革蘭氏陽性菌有效。青霉素G鉀，鈉，鉀不僅可以直接靜脈注射，靜脈滴注，也需要仔細計算鉀，從而避免和抑制高鉀血癥的形成到人的心臟功能，死亡原因。Penicillins是很強的毒性。因為β-內酰胺作用于細菌的細胞壁，而人類只有沒有細胞壁的細胞壁，所以它們對人類的毒性較小。除了能引起嚴重的過敏反應外，一般劑量下它們的毒性也不明顯。皮內試驗必須先做。青霉素過敏試驗包括皮試法（簡稱青霉素皮試）和體外試驗，其中皮內注射更準確。皮膚測試本身也有一定的風險，大約25%死于過敏性休克的患者死于皮膚試驗。因此，無論是皮試還是注射都應充分準備。以不同批號的青霉素進行交換，也需要重做皮膚試驗。干粉可保存多年，無故障，但注射、皮膚試驗不穩(wěn)定，以新鮮制劑為佳。此外，腎功能不全患者應適當調整劑量。另外，局部應用過敏的機會較多，而且細菌容易產生耐藥性，所以不提倡。青霉素是適合各種A組和B組溶血性鏈球菌、肺炎鏈球菌、青霉素敏感的金黃色葡萄球菌革蘭氏陽性球菌感染，如產褥熱、腦膜炎、丹毒、敗血癥、猩紅熱、肺炎、中耳炎、扁桃體炎等。也為草綠色鏈球菌和腸球菌性心內膜炎治療（聯(lián)合氨基糖苷類）；梭狀芽胞桿菌所致的破傷風、放線菌病、氣性壞疽、奮森咽峽炎、雅司、炭疽、梅毒、鉤端螺旋體病、白喉、流行性腦脊髓膜炎、回歸熱、李斯特菌病、淋病、鼠咬熱等。青霉素也可用于預防風濕性心臟病或先天性心臟病患者接受口腔手術或牙科手術時的心內膜炎。青霉素對放線菌、革蘭陽性球菌、梭狀芽孢桿菌、革蘭陽性桿菌、螺旋體以及部分擬桿菌有抗菌作用。青霉素對溶血性鏈球菌等鏈球菌屬，肺炎鏈球菌和不產青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。對腸球菌有中等度抗菌作用，梅毒螺旋體、淋病奈瑟菌、鉤端螺旋體、腦膜炎奈瑟菌、李斯特菌、白喉棒狀桿菌、念珠狀鏈桿菌、牛型放線菌和炭疽芽孢桿菌對該品敏感。流感嗜血桿菌和百日咳博德特氏菌產品也具有一定的抗菌活性，其他革蘭氏陰性需氧或兼性厭氧菌對產品敏感。該品對梭菌，消化鏈球菌，厭氧菌和擬桿菌黑色素有很好的抗菌作用，對擬桿菌的抗菌作用較差。青霉素通過抑制細菌細胞的四肽側鏈與五肽跨橋結合并阻斷細胞壁合成來發(fā)揮殺菌作用。革蘭氏陽性菌有效，由于缺乏革蘭氏陰性菌五肽橋和青霉素作用不大。1青霉素的概述青霉素類抗生素是β-內酰胺類抗生素的通用名稱。因為β-內酰胺作用于細菌的細胞壁，而人類細胞只有沒有細胞壁的細胞膜，所以它們對人體的毒性較小并且可以導致嚴重除了過敏反應之外，在通常的劑量下毒性不明顯，但它不能耐受由耐藥菌株（如耐藥金黃色葡萄球菌）產生的酶，并容易被它破壞?？咕V很窄。革蘭氏陽性菌有效。青霉素G分為鉀鹽和鈉鹽。鉀鹽不但不能直接靜脈注射，而且在靜脈輸注過程中應仔細計算鉀離子的數(shù)量，以免向人體注射高鉀以抑制心臟功能并導致死亡。我們現(xiàn)在使用的窄青霉素主要是青霉素G，它是一種基于結節(jié)的青霉素。由于其抗菌譜窄，其分子修飾：在其分子中，苯環(huán)與酰胺基之間的氨基是氨芐青霉素，即氨芐青霉素。錫林，增強了革蘭氏陰性菌，廣譜抗生素的作用。氨芐青霉素加輕堿的氨基是氨芐青霉素，即阿莫西林。雖然它具有與氨芐青霉素相同的抗菌譜，但它增強了藥物的耐酸性，不易分解。目前，這類藥物可分為：1，主要作用于革蘭氏陽性菌的藥物，如青霉素，普魯卡因青霉素，青霉素，青霉素U（苯氧基甲基青霉素）。②青霉素耐藥青霉素，如甲氧西林（目前僅用于藥敏試驗），苯唑西林，氯唑西林等。3.廣譜青霉素，抗菌譜除革蘭陽性菌外，還包括：a.某些腸桿菌科細菌的抗菌活性，如氨芐西林，阿莫西林等;灣對于大多數(shù)革蘭氏陰性桿菌，包括偽綠色細菌細菌的抗菌活性，如哌拉西林，阿洛西林，美洛西林等。青霉素類抗生素是β-內酰胺類抗生素中的一大類。由于β-內酰胺作用于細菌的細胞壁，并且人類只有無細胞的細胞壁，因此青霉素類抗生素毒性較低并具有最高的化療指數(shù)。但其常見的過敏性青霉素類抗生素在各種藥物中占首位，發(fā)病率最高可達5％?10％，用于皮膚反應，表現(xiàn)為皮疹，血管性水腫，過敏性休克最嚴重，多在注射后數(shù)分鐘，呼吸困難癥狀，發(fā)紺，血壓下降，昏迷，四肢僵硬，最后一次抽搐，不及時搶救可致死亡。各種給藥途徑或使用各種制劑可引起過敏性休克，但注射發(fā)生率最高。過敏反應的發(fā)生與藥物劑量的大小無關。對產品高度過敏，雖然痕跡也會引起休克。進入人體可引起癲癇發(fā)作。長期大劑量注射中樞神經系統(tǒng)毒性（如引起驚厥，昏迷等），戒斷或減少劑量即可恢復?？诜妆晃杆岷拖钙茐?。肌內或皮下注射吸收更快，血藥濃度峰值15-30分鐘。青霉素在體內具有很短的半衰期，主要從尿液中以原始形式排出。青霉素藥理作用會干擾細菌細胞壁的合成。青霉素的結構與D-丙氨酰-D-丙氨酸在細胞壁的粘膜肽結構中的結構類似，與后者競爭轉肽酶，阻礙粘肽形成，導致細胞壁缺陷和細胞細胞壁的損失穿透屏障，殺死細菌發(fā)揮作用。2青霉素的萃取流程由于青霉素水溶液不穩(wěn)定，所以發(fā)酵液預處理，提取和精制條件要溫和，快速，防止降解。在提取過程中，必須遵循以下三個原則：時間短;低溫;中等pH值。2.1預處理發(fā)酵結束后，目標產物僅存在于發(fā)酵液中，濃度僅為10-30kg/m3，并含有大量雜質，如高價無機離子（Ca，Mg，F(xiàn)e離子），菌絲和未使用的培養(yǎng)基。，易污染細菌，產生細菌代謝物，蛋白質等。因此，必須進行預處理，其目的是濃縮目標產物，除去大部分雜質，并促進后續(xù)的分離和純化過程，這是第一個分離和純化過程。2.2過濾通過向發(fā)酵液中加入少量絮凝劑以沉淀蛋白質（例如明礬），或者將發(fā)酵液的pH調節(jié)至蛋白質的等電點以沉淀蛋白質，在提取之前對發(fā)酵液進行預處理，然后在真空轉鼓（過濾器推力）或板框式過濾（浮動液體被泵入過濾器的每個封閉的過濾室）中過濾，在工作壓力的作用下，濾液通過過濾膜或其他過濾材料并通過液體出口，殘留物保留在箱內形成濾餅，從而達到固液分離的目的），去除菌絲體和部分蛋白質。青霉素在室溫下易降解，發(fā)酵液和濾液應冷卻至10℃以下，過濾收率一般在90％左右。（1）菌絲體厚10μm，用鼓式真空過濾器過濾。濾渣形成致密的濾餅，很容易從濾布上刮下。濾液pH6.27-7.2，蛋白質含量0.05-0.2％。需要進一步除去蛋白質。（2）改善過濾和蛋白質去除的措施：將硫酸調節(jié)至pH4.5-5.0，加入0.07％溴十五烷吡啶PPB，并使用0.7％硅藻土作為助濾劑。然后通過板式過濾器。濾液澄清透明并被提取。2.3萃取采用溶劑萃取法提取青霉素。當在水和水不溶性溶劑中的溶解度不同時，在不同的化學狀態(tài)（游離酸或鹽）下，在不同pH條件下使用抗生素，從液相中制備抗生素（如發(fā)酵濾液轉移到另一個液相（如有機溶劑）進行濃縮和純化，青霉素的分子結構中含有酸性基團（羧基），青霉素的pKa值為2.75，所以青霉素G的水溶液酸化至pH值約為2.0左右，青霉素是游離酸，這種青霉酸在水中的溶解度很低，但易溶于醇，酮，醚和酯，利用這種性質，可以使用溶劑萃取從發(fā)酵液中分離和純化青霉素。在酸性條件下將青霉素注入有機溶劑中，調節(jié)pH值至2.0左右，然后放入中性水相中，反復抽提數(shù)次，你可以凈化和集中。選擇高分配系數(shù)的青霉素有機溶劑。商業(yè)上使用的乙酸丁酯和戊酯。提取2-3次。當發(fā)酵液被提取到乙酸丁酯時，選擇pH值為1.8-2.0，并且從醋酸丁酯反萃取到水相中，pH被選擇為6.8-7.4。發(fā)酵濾液與醋酸丁酯的體積比為1.5-2.1，即濃度比為1.5-2.1。為了避免pH值波動，使用硫酸鹽，碳酸鹽緩沖液反萃取。發(fā)酵液與溶劑的比例為3-4。幾次萃取后，濃縮10次，濃度幾乎達到結晶要求。總提取收率約為85％。將得到的濾液經二次提取，用10％硫酸調pH2.0?3.0，加入乙酸丁酯，濾液用量為三分之一，常用碳酸氫鈉溶液回提取，調節(jié)pH7.0?8.0。在丁酯萃取中，由于濾液含有大量的蛋白質，因此通常添加破乳劑以防止乳化。首先提取蛋白質，加上0.05-0.1％乳化劑PPB。提取條件：為了減少青霉素降解，整個提取過程應在低溫（低于10℃）下進行。萃取罐用冷鹽水冷卻。在提取過程中，青霉素的降解受溫度和酸度的影響很大，這是決定操作條件的主要因素。許多學者對其進行了研究并詳細研究了不同pH條件下水溶液的溫度對青霉素降解半衰期的影響。他們認為：青霉素的穩(wěn)定范圍為pH5?8，它在pH6.0最穩(wěn)定，在酸性或堿性條件下迅速降解。數(shù)據(jù)曲線擬合可以在不同溫度下獲得青霉素降解半衰期與水溶液的pH曲線的曲線?？梢钥闯?，在一定pH條件下，溫度越低，青霉素越穩(wěn)定。因此，工廠使用低溫操作，在pH2.0下提取，溫度在5°C以下。但是，這不僅增加了能量消耗，而且增加了乳化的可能性。另一方面，青霉素在乙酸丁酯中非常穩(wěn)定。據(jù)報道，在室溫下，其半衰期為75小時或更長。另有研究表明，pH值越高，允許的操作溫度越高，半衰期不變。換句話說，只要操作pH值可以增加，萃取操作就可以在更高的溫度下進行。工廠運行條件下的運行半衰期僅為2小時。如果操作pH增加，則可以在環(huán)境溫度下操作。這取決于pH對提取率的影響。

為了研究溫度和酸度對提取率的影響，使用模擬飼料溶液在不同溫度和平衡pH值下進行萃取方法研究，并進行分光光度分析。結果表明，青霉素的提取率受pH影響較大;增加提取的平衡pH值，提取率將顯著降低。另一方面，隨著工作溫度的升高，萃取率在相同的pH下略有增加。2.4脫色將活性炭加入到提取液中，去除色素，熱源，過濾，去除活性炭。2.5結晶提取物通常通過結晶純化。青霉素鉀在乙酸丁酯中溶解度很小，在乙酸丁酯提取物中加入醋酸鉀-乙醇溶液，青霉素鉀鹽結晶。然后用重結晶法進一步提高純度，將鉀鹽溶于KOH溶液中，調節(jié)pH至中性，加無水丁醇，真空下共沸蒸餾結晶純化。直接結晶：在2倍乙酸丁酯萃取液中用乙酸鈉-乙醇溶液結晶得到鈉鹽。加入乙酸鉀乙醇溶液，得到青霉素鉀鹽。共沸蒸餾結晶法：萃取后，再用0.5mol/LNaOH萃取，將pH調至pH6.4-6.8的鈉鹽濃縮液。加入2.5倍體積的丁醇，16-26℃，0.67-1.3KPa蒸餾。水和丁醇形成共沸物并蒸餾出。鈉鹽結晶出來。洗滌并干燥晶體后，得到青霉素產品。3萃取方法3.1萃取平衡法有的研究了磷酸三丁酯作為載體煤油作為稀釋劑，將20mL有機相和20mL水溶液加入到錐形瓶中，振搖后恒溫水浴5分鐘，將溶液取出分層漏斗，用HPLC測定青霉素摩爾濃度為磷酸三丁酯濃度600mmol/L時，水相的pH值分別為3.1,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,7.0萃取方法結果表明，水相在pH3.1為86.2％在冰相中pH為3.5時的76％單級萃取顯示在水相中在pH4.0下的單級萃取56.2％。水相中的pH值為4.5單階段提取率為46.3％單相提取率為38.1，在冰相pH為5.0時水相中pH值為5.5單相提取率為30.8％水相中的pH值為6.0單階段提取收率為22.8％單相提取在pH6.5的14.2％單相提取物在pH為7.0的水相中在5.6％的水中的冰相中萃取方法結果顯示在pH3.1的水相中效果最好在水相中pH值為3.1時，用磷酸三丁酯（100mmol/L，200mmol/L，300mmol/L，400mmol/L，500mmol/L和600mmol/L）結果表明，當磷酸三丁酯濃度為100mmol/L時，單級提取率為29.9％，磷酸三丁酯濃度為200mmol/L時單級提取率為43.2％，單次提取率為60.6％;當磷酸三丁酯為400mmol/L時，單級提取率為68.3％;當磷酸三丁酯濃度為500mmol/L時，單級提取率為76.2％磷酸三丁酯為600mmol。在/L的情況下，單級提取率為86.2％。萃取方法結果表明，當鄰苯二甲酸三丁酯濃度為600mmol/L時效果最好。3.2整體液膜法左右兩頭加入一定量的8.69mg/ml青霉素G溶液，用磷酸鹽緩沖液調節(jié)pH值為5.0，加料液相總體積為150ml和0.1mol/LNa2CO3溶液（質量分數(shù)的10％硫酸調節(jié)pH至7.0），總體積為150ml，然后在其上緩慢加入15％TBP3％異辛醇A煤油液體膜相總體積為80ml將兩側逆向攪拌（進料液相攪拌速度150轉/分鐘，剝離相攪拌速度155轉/分鐘）操作溫度22攝氏度萃取方法結果8小時后進料液相青霉素G濃度仍高于汽提相濃度提取效率為降低。3.3離子交換法使用DM11，D845，D201,330四種樹脂萃取方法樹脂柱高度25厘米樹脂10克樹脂顆粒至400pm20毫升30rrg/ml濃度，pH6.5青霉素G溶液上柱用20％丙酮洗脫，流動速率5ml/min采用碘量法測定青霉素濃度用Matlab軟件5.3計算吸附量和洗脫率萃取方法結果表明，DM11樹脂的吸附量為0.65g/g，洗脫率為88.32％，洗脫液量為590mlX845樹脂對0.51最終洗脫液的吸附容量為65.31，洗脫劑用量為493ml;D201樹脂的吸附容量為0.56g/g。洗脫劑用量為65.12％，洗脫劑用量為567毫升，330樹脂吸附量為0.32克/克。洗脫率為50.31。洗脫液的量是1321毫升。萃取方法結果表明，DM11樹脂效果最好。該萃取方法使用DM11樹脂進行。柱高為25厘米。樹脂10克。樹脂顆粒40μm/ml，pH6.5的青霉素G柱上用20％丙酮，1mol/LKCl，0.3mol/LNa2SO4流速5mL/min洗脫，碘量法測定用20％丙酮洗脫的青霉素濃度洗脫率是88.32％。當1mol/LKCl，0.3mol/LNa2SO4洗脫率為63.32％時，洗脫率為92.32%，萃取方法結果表明1mol/LKCI洗脫效果最好?？偨Y本萃取方法采用溶劑萃取法，全液膜法和離子交換技術三種技術對青霉素萃取溶劑萃取和離子交換技術適用于青霉素萃取的整體液膜萃取效率，平衡萃取方法不適合青霉素萃取獲得最佳工藝，為磷酸三丁基酯作為載體的煤油作為稀釋劑，在pH3.1的水相中，磷酸三丁酯濃度為600