《青霉素萃取法分离技术的研究进展综述》6300字

青霉素萃取法分离技术的研究进展综述摘要本文首先对青霉素进行了概述，然后介绍了青霉素的具体提取工艺，包括预处理、过滤、提取、脱色、结晶等。通过三个萃取方法研究青霉素提取的影响因素。介绍了进行了萃取平衡萃取方法、全液膜萃取方法和离子交换三个萃取方法。关键词：青霉素；萃取工艺；方法研究AbstractInthispaper,anoverviewofpenicillinwasgiven,andthentheextractionprocessofpenicillinwasintroduced,includingpretreatment,filtration,extraction,decoloration,crystallizationandothersteps.Then,threeexperimentswerecarriedouttostudythefactorsrelatedtotheextractionofpenicillin.Inthispaper,threeexperimentswerecarriedout,suchastheextractionequilibriumexperiment,thewholeliquidmembraneexperiment,andtheionexchange.Keywords：Penicillin；extractionprocess；methodstudy 目录摘要 1Abstract 2前言 41青霉素的概述 52青霉素的萃取流程 62.1预处理 72.2过滤 72.3萃取 72.4脱色 92.5结晶 93萃取方法 103.1萃取平衡法 103.2整体液膜法 103.3离子交换法 11总结 11参考文献 12前言青霉素（Penicillin，或音译盘尼西林）又被称为苄青霉素钾、青霉素G、配尼西林、青霉素钾、peillinG、苄青霉素钠、青霉素钠、盘尼西林。青霉素是一种抗生素。它是一种含有抗生素penicillanes，能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用。这是一种从青霉中提取的抗生素。青霉素是一种β-内酰胺类抗生素（β-内酰胺类），和β-内酰胺类抗生素包括青霉素、头孢菌素、碳青霉烯类、单环和头孢菌素类。青霉素是一种很普通的防腐剂。但皮肤试验必须在每次使用前进行，以防止过敏。青霉素是一种高效、低毒、临床应用广泛的重要抗生素。它的成功极大地增强了人类抵抗细菌感染的能力，并导致了抗生素家族的诞生。它的出现开创了抗生素治疗疾病的新纪元。经过几十年的改进，青霉素和口服青霉素已能治疗肺炎、肺结核、脑膜炎、心内膜炎、白喉、炭疽等。青霉素、链霉素、土霉素、四环素、四环素等抗生素相继产生，提高了人类治疗传染病的能力。但同时，一些病原体的耐药性也在增加。为了解决这个问题，研究人员正在开发更有效的抗生素，探索防止病原体获得耐药基因的方法，开发基于植物的抗菌剂。青霉素不耐受耐药菌株（如耐药金黄色葡萄球菌）产生的酶，且易被破坏，抗菌谱窄，对革兰氏阳性菌有效。青霉素G钾，钠，钾不仅可以直接静脉注射，静脉滴注，也需要仔细计算钾，从而避免和抑制高钾血症的形成到人的心脏功能，死亡原因。Penicillins是很强的毒性。因为β-内酰胺作用于细菌的细胞壁，而人类只有没有细胞壁的细胞壁，所以它们对人类的毒性较小。除了能引起严重的过敏反应外，一般剂量下它们的毒性也不明显。皮内试验必须先做。青霉素过敏试验包括皮试法（简称青霉素皮试）和体外试验，其中皮内注射更准确。皮肤测试本身也有一定的风险，大约25%死于过敏性休克的患者死于皮肤试验。因此，无论是皮试还是注射都应充分准备。以不同批号的青霉素进行交换，也需要重做皮肤试验。干粉可保存多年，无故障，但注射、皮肤试验不稳定，以新鲜制剂为佳。此外，肾功能不全患者应适当调整剂量。另外，局部应用过敏的机会较多，而且细菌容易产生耐药性，所以不提倡。青霉素是适合各种A组和B组溶血性链球菌、肺炎链球菌、青霉素敏感的金黄色葡萄球菌革兰氏阳性球菌感染，如产褥热、脑膜炎、丹毒、败血症、猩红热、肺炎、中耳炎、扁桃体炎等。也为草绿色链球菌和肠球菌性心内膜炎治疗（联合氨基糖苷类）；梭状芽胞杆菌所致的破伤风、放线菌病、气性坏疽、奋森咽峡炎、雅司、炭疽、梅毒、钩端螺旋体病、白喉、流行性脑脊髓膜炎、回归热、李斯特菌病、淋病、鼠咬热等。青霉素也可用于预防风湿性心脏病或先天性心脏病患者接受口腔手术或牙科手术时的心内膜炎。青霉素对放线菌、革兰阳性球菌、梭状芽孢杆菌、革兰阳性杆菌、螺旋体以及部分拟杆菌有抗菌作用。青霉素对溶血性链球菌等链球菌属，肺炎链球菌和不产青霉素酶的葡萄球菌具有良好抗菌作用。对肠球菌有中等度抗菌作用，梅毒螺旋体、淋病奈瑟菌、钩端螺旋体、脑膜炎奈瑟菌、李斯特菌、白喉棒状杆菌、念珠状链杆菌、牛型放线菌和炭疽芽孢杆菌对该品敏感。流感嗜血杆菌和百日咳博德特氏菌产品也具有一定的抗菌活性，其他革兰氏阴性需氧或兼性厌氧菌对产品敏感。该品对梭菌，消化链球菌，厌氧菌和拟杆菌黑色素有很好的抗菌作用，对拟杆菌的抗菌作用较差。青霉素通过抑制细菌细胞的四肽侧链与五肽跨桥结合并阻断细胞壁合成来发挥杀菌作用。革兰氏阳性菌有效，由于缺乏革兰氏阴性菌五肽桥和青霉素作用不大。1青霉素的概述青霉素类抗生素是β-内酰胺类抗生素的通用名称。因为β-内酰胺作用于细菌的细胞壁，而人类细胞只有没有细胞壁的细胞膜，所以它们对人体的毒性较小并且可以导致严重除了过敏反应之外，在通常的剂量下毒性不明显，但它不能耐受由耐药菌株（如耐药金黄色葡萄球菌）产生的酶，并容易被它破坏。抗菌谱很窄。革兰氏阳性菌有效。青霉素G分为钾盐和钠盐。钾盐不但不能直接静脉注射，而且在静脉输注过程中应仔细计算钾离子的数量，以免向人体注射高钾以抑制心脏功能并导致死亡。我们现在使用的窄青霉素主要是青霉素G，它是一种基于结节的青霉素。由于其抗菌谱窄，其分子修饰：在其分子中，苯环与酰胺基之间的氨基是氨苄青霉素，即氨苄青霉素。锡林，增强了革兰氏阴性菌，广谱抗生素的作用。氨苄青霉素加轻碱的氨基是氨苄青霉素，即阿莫西林。虽然它具有与氨苄青霉素相同的抗菌谱，但它增强了药物的耐酸性，不易分解。目前，这类药物可分为：1，主要作用于革兰氏阳性菌的药物，如青霉素，普鲁卡因青霉素，青霉素，青霉素U（苯氧基甲基青霉素）。②青霉素耐药青霉素，如甲氧西林（目前仅用于药敏试验），苯唑西林，氯唑西林等。3.广谱青霉素，抗菌谱除革兰阳性菌外，还包括：a.某些肠杆菌科细菌的抗菌活性，如氨苄西林，阿莫西林等;湾对于大多数革兰氏阴性杆菌，包括伪绿色细菌细菌的抗菌活性，如哌拉西林，阿洛西林，美洛西林等。青霉素类抗生素是β-内酰胺类抗生素中的一大类。由于β-内酰胺作用于细菌的细胞壁，并且人类只有无细胞的细胞壁，因此青霉素类抗生素毒性较低并具有最高的化疗指数。但其常见的过敏性青霉素类抗生素在各种药物中占首位，发病率最高可达5％〜10％，用于皮肤反应，表现为皮疹，血管性水肿，过敏性休克最严重，多在注射后数分钟，呼吸困难症状，发绀，血压下降，昏迷，四肢僵硬，最后一次抽搐，不及时抢救可致死亡。各种给药途径或使用各种制剂可引起过敏性休克，但注射发生率最高。过敏反应的发生与药物剂量的大小无关。对产品高度过敏，虽然痕迹也会引起休克。进入人体可引起癫痫发作。长期大剂量注射中枢神经系统毒性（如引起惊厥，昏迷等），戒断或减少剂量即可恢复。口服易被胃酸和消化酶破坏。肌内或皮下注射吸收更快，血药浓度峰值15-30分钟。青霉素在体内具有很短的半衰期，主要从尿液中以原始形式排出。青霉素药理作用会干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与D-丙氨酰-D-丙氨酸在细胞壁的粘膜肽结构中的结构类似，与后者竞争转肽酶，阻碍粘肽形成，导致细胞壁缺陷和细胞细胞壁的损失穿透屏障，杀死细菌发挥作用。2青霉素的萃取流程由于青霉素水溶液不稳定，所以发酵液预处理，提取和精制条件要温和，快速，防止降解。在提取过程中，必须遵循以下三个原则：时间短;低温;中等pH值。2.1预处理发酵结束后，目标产物仅存在于发酵液中，浓度仅为10-30kg/m3，并含有大量杂质，如高价无机离子（Ca，Mg，Fe离子），菌丝和未使用的培养基。，易污染细菌，产生细菌代谢物，蛋白质等。因此，必须进行预处理，其目的是浓缩目标产物，除去大部分杂质，并促进后续的分离和纯化过程，这是第一个分离和纯化过程。2.2过滤通过向发酵液中加入少量絮凝剂以沉淀蛋白质（例如明矾），或者将发酵液的pH调节至蛋白质的等电点以沉淀蛋白质，在提取之前对发酵液进行预处理，然后在真空转鼓（过滤器推力）或板框式过滤（浮动液体被泵入过滤器的每个封闭的过滤室）中过滤，在工作压力的作用下，滤液通过过滤膜或其他过滤材料并通过液体出口，残留物保留在箱内形成滤饼，从而达到固液分离的目的），去除菌丝体和部分蛋白质。青霉素在室温下易降解，发酵液和滤液应冷却至10℃以下，过滤收率一般在90％左右。（1）菌丝体厚10μm，用鼓式真空过滤器过滤。滤渣形成致密的滤饼，很容易从滤布上刮下。滤液pH6.27-7.2，蛋白质含量0.05-0.2％。需要进一步除去蛋白质。（2）改善过滤和蛋白质去除的措施：将硫酸调节至pH4.5-5.0，加入0.07％溴十五烷吡啶PPB，并使用0.7％硅藻土作为助滤剂。然后通过板式过滤器。滤液澄清透明并被提取。2.3萃取采用溶剂萃取法提取青霉素。当在水和水不溶性溶剂中的溶解度不同时，在不同的化学状态（游离酸或盐）下，在不同pH条件下使用抗生素，从液相中制备抗生素（如发酵滤液转移到另一个液相（如有机溶剂）进行浓缩和纯化，青霉素的分子结构中含有酸性基团（羧基），青霉素的pKa值为2.75，所以青霉素G的水溶液酸化至pH值约为2.0左右，青霉素是游离酸，这种青霉酸在水中的溶解度很低，但易溶于醇，酮，醚和酯，利用这种性质，可以使用溶剂萃取从发酵液中分离和纯化青霉素。在酸性条件下将青霉素注入有机溶剂中，调节pH值至2.0左右，然后放入中性水相中，反复抽提数次，你可以净化和集中。选择高分配系数的青霉素有机溶剂。商业上使用的乙酸丁酯和戊酯。提取2-3次。当发酵液被提取到乙酸丁酯时，选择pH值为1.8-2.0，并且从醋酸丁酯反萃取到水相中，pH被选择为6.8-7.4。发酵滤液与醋酸丁酯的体积比为1.5-2.1，即浓度比为1.5-2.1。为了避免pH值波动，使用硫酸盐，碳酸盐缓冲液反萃取。发酵液与溶剂的比例为3-4。几次萃取后，浓缩10次，浓度几乎达到结晶要求。总提取收率约为85％。将得到的滤液经二次提取，用10％硫酸调pH2.0〜3.0，加入乙酸丁酯，滤液用量为三分之一，常用碳酸氢钠溶液回提取，调节pH7.0〜8.0。在丁酯萃取中，由于滤液含有大量的蛋白质，因此通常添加破乳剂以防止乳化。首先提取蛋白质，加上0.05-0.1％乳化剂PPB。提取条件：为了减少青霉素降解，整个提取过程应在低温（低于10℃）下进行。萃取罐用冷盐水冷却。在提取过程中，青霉素的降解受温度和酸度的影响很大，这是决定操作条件的主要因素。许多学者对其进行了研究并详细研究了不同pH条件下水溶液的温度对青霉素降解半衰期的影响。他们认为：青霉素的稳定范围为pH5〜8，它在pH6.0最稳定，在酸性或碱性条件下迅速降解。数据曲线拟合可以在不同温度下获得青霉素降解半衰期与水溶液的pH曲线的曲线。可以看出，在一定pH条件下，温度越低，青霉素越稳定。因此，工厂使用低温操作，在pH2.0下提取，温度在5°C以下。但是，这不仅增加了能量消耗，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稳定。据报道，在室温下，其半衰期为75小时或更长。另有研究表明，pH值越高，允许的操作温度越高，半衰期不变。换句话说，只要操作pH值可以增加，萃取操作就可以在更高的温度下进行。工厂运行条件下的运行半衰期仅为2小时。如果操作pH增加，则可以在环境温度下操作。这取决于pH对提取率的影响。

为了研究温度和酸度对提取率的影响，使用模拟饲料溶液在不同温度和平衡pH值下进行萃取方法研究，并进行分光光度分析。结果表明，青霉素的提取率受pH影响较大;增加提取的平衡pH值，提取率将显着降低。另一方面，随着工作温度的升高，萃取率在相同的pH下略有增加。2.4脱色将活性炭加入到提取液中，去除色素，热源，过滤，去除活性炭。2.5结晶提取物通常通过结晶纯化。青霉素钾在乙酸丁酯中溶解度很小，在乙酸丁酯提取物中加入醋酸钾-乙醇溶液，青霉素钾盐结晶。然后用重结晶法进一步提高纯度，将钾盐溶于KOH溶液中，调节pH至中性，加无水丁醇，真空下共沸蒸馏结晶纯化。直接结晶：在2倍乙酸丁酯萃取液中用乙酸钠-乙醇溶液结晶得到钠盐。加入乙酸钾乙醇溶液，得到青霉素钾盐。共沸蒸馏结晶法：萃取后，再用0.5mol/LNaOH萃取，将pH调至pH6.4-6.8的钠盐浓缩液。加入2.5倍体积的丁醇，16-26℃，0.67-1.3KPa蒸馏。水和丁醇形成共沸物并蒸馏出。钠盐结晶出来。洗涤并干燥晶体后，得到青霉素产品。3萃取方法3.1萃取平衡法有的研究了磷酸三丁酯作为载体煤油作为稀释剂，将20mL有机相和20mL水溶液加入到锥形瓶中，振摇后恒温水浴5分钟，将溶液取出分层漏斗，用HPLC测定青霉素摩尔浓度为磷酸三丁酯浓度600mmol/L时，水相的pH值分别为3.1,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,7.0萃取方法结果表明，水相在pH3.1为86.2％在冰相中pH为3.5时的76％单级萃取显示在水相中在pH4.0下的单级萃取56.2％。水相中的pH值为4.5单阶段提取率为46.3％单相提取率为38.1，在冰相pH为5.0时水相中pH值为5.5单相提取率为30.8％水相中的pH值为6.0单阶段提取收率为22.8％单相提取在pH6.5的14.2％单相提取物在pH为7.0的水相中在5.6％的水中的冰相中萃取方法结果显示在pH3.1的水相中效果最好在水相中pH值为3.1时，用磷酸三丁酯（100mmol/L，200mmol/L，300mmol/L，400mmol/L，500mmol/L和600mmol/L）结果表明，当磷酸三丁酯浓度为100mmol/L时，单级提取率为29.9％，磷酸三丁酯浓度为200mmol/L时单级提取率为43.2％，单次提取率为60.6％;当磷酸三丁酯为400mmol/L时，单级提取率为68.3％;当磷酸三丁酯浓度为500mmol/L时，单级提取率为76.2％磷酸三丁酯为600mmol。在/L的情况下，单级提取率为86.2％。萃取方法结果表明，当邻苯二甲酸三丁酯浓度为600mmol/L时效果最好。3.2整体液膜法左右两头加入一定量的8.69mg/ml青霉素G溶液，用磷酸盐缓冲液调节pH值为5.0，加料液相总体积为150ml和0.1mol/LNa2CO3溶液（质量分数的10％硫酸调节pH至7.0），总体积为150ml，然后在其上缓慢加入15％TBP3％异辛醇A煤油液体膜相总体积为80ml将两侧逆向搅拌（进料液相搅拌速度150转/分钟，剥离相搅拌速度155转/分钟）操作温度22摄氏度萃取方法结果8小时后进料液相青霉素G浓度仍高于汽提相浓度提取效率为降低。3.3离子交换法使用DM11，D845，D201,330四种树脂萃取方法树脂柱高度25厘米树脂10克树脂颗粒至400pm20毫升30rrg/ml浓度，pH6.5青霉素G溶液上柱用20％丙酮洗脱，流动速率5ml/min采用碘量法测定青霉素浓度用Matlab软件5.3计算吸附量和洗脱率萃取方法结果表明，DM11树脂的吸附量为0.65g/g，洗脱率为88.32％，洗脱液量为590mlX845树脂对0.51最终洗脱液的吸附容量为65.31，洗脱剂用量为493ml;D201树脂的吸附容量为0.56g/g。洗脱剂用量为65.12％，洗脱剂用量为567毫升，330树脂吸附量为0.32克/克。洗脱率为50.31。洗脱液的量是1321毫升。萃取方法结果表明，DM11树脂效果最好。该萃取方法使用DM11树脂进行。柱高为25厘米。树脂10克。树脂颗粒40μm/ml，pH6.5的青霉素G柱上用20％丙酮，1mol/LKCl，0.3mol/LNa2SO4流速5mL/min洗脱，碘量法测定用20％丙酮洗脱的青霉素浓度洗脱率是88.32％。当1mol/LKCl，0.3mol/LNa2SO4洗脱率为63.32％时，洗脱率为92.32%，萃取方法结果表明1mol/LKCI洗脱效果最好。总结本萃取方法采用溶剂萃取法，全液膜法和离子交换技术三种技术对青霉素萃取溶剂萃取和离子交换技术适用于青霉素萃取的整体液膜萃取效率，平衡萃取方法不适合青霉素萃取获得最佳工艺，为磷酸三丁基酯作为载体的煤油作为稀释剂，在pH3.1的水相中，磷酸三丁酯浓度为600