单元三抗生素类药物的发酵生产项目二青霉素的发酵生产任务三青

单元三抗生素类药物的发酵生产项目二青霉素的发酵生产

任务三青霉素的提取和精制青霉素不稳定，遇酸、碱、热分解失活水溶液中不稳定，非极性溶剂中稳定易溶于有机溶剂，水中溶解度很小青霉素盐很稳定；降解产物具有致敏性在发酵液预处理、提取和精制过程条件温和、快速，防止降解。分离纯化前了解青霉素的性质青霉素分离纯化工艺过程预处理过滤萃取脱色结晶青霉素的存在部位：发酵液浓度较低：仅含百分之几含有大量杂质：菌丝、未用完的培养基、易污染杂菌、产生菌的代谢产物、色素、金属离子等目的：浓缩青霉素，去除大部分杂质，改变发酵液的流变学特征，便于后续的分离纯化过程1.发酵液的过滤和预处理最好控制在菌丝自溶前放罐。放罐后要及时冷却，减少青霉素的分解。青霉素发酵液菌丝较粗大，一般用鼓式过滤机过滤1.发酵液的过滤和预处理过滤鼓式真空过滤机过滤一次滤液：pH6.2-7.2蛋白质含量0.5～2.0mg/ml板框式过滤机过滤10%硫酸调节pH4.5-5.0，加入0.07%溴代十五烷吡啶（PPB），0.07%硅藻土为助虑剂二次滤液：澄清透明，用于提取（收率90％）发酵液和滤液应冷至10℃以下，贮罐、管道和滤布等应定期用蒸汽消毒。2.萃取青霉素与碱金属所生成的盐类在水中溶解度很大，而青霉素游离酸易溶解于有机溶剂。溶剂萃取法：将青霉素在酸性溶液中转入有机溶剂中，除去水溶性杂质。然后再转入中性水相中，除去脂溶性杂质。经过这样反复几次萃取，达到提纯和浓缩的目的。（1）萃取溶剂的选择除分配系数外，选择溶剂时尚需考虑下列条件：在水中溶解度较小不和青霉素起作用在5～30℃间的蒸气压较低回收温度不超过120～140℃价格低廉，来源方便等目前工业生产所采用的溶剂多为醋酸丁酯和醋酸戊酯

分配系数：在一定温度、一定压力下，某一溶质在互不相溶的两种溶剂间分配时，达到平衡后，在两相中的浓度之比为一常数，这个常数称为分配系数。溶剂pH=2.5（溶剂/水）pH=7.0（溶剂/水）溶剂pH=2.5（溶剂/水）pH=7.0（溶剂/水）醋酸戊酯45/11/235氯仿39/11/220醋酸丁酯47/11/186三氯乙烯21/11/260醋酸乙酯39/11/260乙醚12/11/190青霉素的分配系数（2）萃取方法先用10%的硫酸将二次滤液pH值调低至2.0～2.2，用醋酸丁酯进行逆流萃取，得一次醋酸丁酯萃取液（BA萃取液）此时青霉素和大部分酸性较弱的有机酸萃取到酯中，而酸性较强的有机盐、无机杂质、碱性化合物等杂质就留在发酵液中。

（2）萃取方法以1.3%～1.5%NaHCO3在pH6.8～7.1条件下将青霉素从BA萃取液反萃取到水相，大部分有机酸则留在醋酸丁酯相中，只有和青霉素酸性很近的有机酸才和青霉素一起转移。

在第一次丁酯萃取时，由于滤液中有大量蛋白质等表面活性物质存在，易发生乳化，故需加入去乳化剂。通常用PPB，加入量为0.05%～0.1%。（3）影响青霉素提取的因素①pH值：pH值会影响青霉素分配系数和选择性。青霉素在pH5.0时最稳定。pH2.0左右时，青霉素在醋酸丁酯和醋酸戊酯中的溶解度比在水中的溶解度大40倍以上，而pH7.0时，青霉素在水中的溶解度则大186～235倍。故在萃取时，从滤液萃取到醋酸丁酯时，pH需调至2.0～2.5；从醋酸丁酯反萃取到水中时，将pH值调至6.8～7.1。反萃取时pH值的调控极为重要，只有在中性时，青霉素以盐的形式存在，转移才较为完全，如果碱性稍强，不但许多有机酸类杂质转移到水中影响青霉素的质量，而且青霉素极易被分解。为避免pH值波动，反萃取时常用缓冲液。可用磷酸盐缓冲液、碳酸氢钠或碳酸钠溶液等。反萃液中青霉烯酸含量与萃取和反萃取时pH值有关，反萃液中青霉烯酸含量随萃取时pH值升高而降低，随反萃取时pH值升高而升高。

序号反萃取pH值萃取pH值2.0±0.23.0±0.24.0±0.2Gu①（相对单位）16.01.301.000.1427.01.631.2.0.3538.02.501.750.43不同pH值下萃取和反萃取时，反萃取液中青霉烯酸含量②浓缩倍数浓缩倍数对选择性也有很大影响。乙酸丁酯用量越多，萃取越完全，提取率也越高。但某些杂质如色素含量也越高，而且溶剂消耗量提高会大幅度提高生产成本，特别是给浓缩增加工作量。在生产中，从滤液萃取到醋酸丁酯时，浓缩比一般为1.5～2.5倍。从乙酸丁酯反萃取到水相时，浓缩比一般为3～5倍。反复几次萃取，当浓缩比达到10倍时，浓度可达到结晶要求。③温度青霉素及其盐类在高温下，稳定性大大降低。24℃和0℃时稳定性相差10倍以上，整个萃取过程应在低温下进行（在10℃以下），在保证萃取效率的前提下，尽量缩短操作时间，减少青霉素的破坏。④萃取方式萃取方式一般采用多级逆流萃取（常为二级）。混合可用机械搅拌混合罐、管道混合器或喷射混合器等。分离采用离心机。一次丁酯萃取时采用碟片式离心机，缓冲液萃取和二次丁酯萃取时如处理量较小，则可采用管式离心机。管式离心机分离效果优于碟片式离心机，但处理量较小。近来也有将混合和分离同时在一个设备内完成的，称为离心萃取机。

多级逆流萃取混合器分离器F

R3R2特点：在第一级中加入料液，萃余液顺序作为后一级的料液，而在最后一级加入萃取剂，萃取液顺序作为前一级的萃取剂，料液的流动方向与萃取剂的流动方向相反。溶剂耗量小，萃取液浓度高。R1

L3L1L2

S分离器第一混和器第二混和器第三混和器分离器分离器3.脱色在二次醋酸丁酯萃取液中加活性炭150～300g/10亿单位，进行脱色、过滤。结晶是提纯物质的有效方法。例如在二次丁酯萃取液中，青霉素的纯度只有50%～70%，但结晶后纯度可提高至90%以上。4.结晶（1）青霉素钾盐结晶青霉素钾盐最好再经过重结晶，或转成青霉素普鲁卡因盐，以减少过敏原等杂质，进一步提高纯度。青霉素钾盐在醋酸丁酯中溶解度很小，利用此性质，在二次丁酯萃取液中加入醋酸钾乙醇溶液，青霉素钾盐就结晶析出。（2）青霉素普鲁卡因盐结晶普鲁卡因青霉素在水中溶解度很小，因此在青霉素钾盐的水溶液中（pH值中性的磷酸盐缓冲液）加盐酸普鲁卡因溶液，普鲁卡因青霉素就结晶析出。从二次丁酯萃取液直接结晶从钾盐转钠盐：在青霉素二次丁酯萃取液中先结晶出钾盐，而后将钾盐溶于水，提取至醋酸丁酯中，加醋酸钠-乙醇溶液结晶得钠盐。从普鲁卡因盐转钠盐：一次丁酯萃取液加普鲁卡因醋酸丁酯溶液，结晶得青霉素普鲁卡因盐。将普鲁卡因盐悬浮在水中，加醋酸丁酯，再以硫酸调pH=2.0，则普鲁卡因盐分解成青霉素游离酸而转入醋酸丁酯中。然后再加醋酸钠-乙醇溶液结晶出钠盐。共沸蒸馏结晶法（3）青霉素钠盐结晶共沸蒸馏结晶法：二次丁酯萃取液以0.5mol/LNaOH溶液萃取，在pH=6.4～6.8下得到钠盐水浓缩液，浓度为（15～25）×l04U/ml，加2.5倍体积的丁醇，在l6～26℃、5～l0mmHg（1mmHg=133.3Pa）下蒸馏，水分与丁醇成共沸物而蒸出，当浓缩到