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1、生物工程下游技术期末作业青霉素的分离提纯方法的发展与比较摘要：本文主要介绍了青霉素的分离提纯方法的发展以及比较，包括传统的方法， 如吸附法，沉淀法，溶剂萃取法等，也包括现代发展的高新技术，如反胶团萃取 法，乳状液膜法，中空纤维更新液膜法以及其它的高效提取方法。Abstract：This paper describes the development of penicillin G and the comparison of methods of separation and purification , including traditional methods, such as adsorp
2、tion, precipitation, solvent extraction, but also includes modern high-tech development, such as reverse micelles extraction, emulsion liquid membrane hollow fiber renewal liquid membrane extraction and other efficient methods.正文：1、青霉素简介1、1基本性质：青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又被称为青霉 素G、peillin G、盘
3、尼西林、配尼西林、青霉素钠、苄青霉素钠、青霉素钾、 苄青霉素钾。青霉素是抗菌素的一种，是指从青霉菌培养液中提制的分子中含有 青霉烷、能破坏细菌的细胞壁并在细菌细胞的繁殖期起杀菌作用的一类抗生素， 是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。青霉素类抗生素是B-内酰胺类中一大类 抗生素的总称。1、2发展历程：早在唐朝时，长安城的裁缝会把长有绿毛的糨糊涂在被剪 刀划破的手指上来帮助伤口愈合，就是因为绿毛产生的物质（青霉素素菌）有杀 菌的作用，也就是人们最早使用青霉素。近代，1928 年英国细菌学家弗莱明首先发现了世界上第一种抗生素青霉素， 1941年前后英国牛津大学病理学家霍华德弗洛里与生物化学家钱恩实现对
4、青霉素的分离与纯化，并发 现其对传染病的疗效，弗莱明、弗洛里、钱恩三人共同获得1945年诺贝尔奖。 目前所用的抗生素大多数是从微生物培养液中提取的，有些抗生素已能人工合 成。由于不同种类的抗生素的化学成分不一，因此它们对微生物的作用机理也很 不相同，有些抑制蛋白质的合成，有些抑制核酸的合成，有些则抑制细胞壁的合 成。11、3化学性质：青霉素可以与金属或有机碱结合成盐,常有钠盐、钾盐、普 鲁卡因盐和节星盐。青霉素盐的化学名称是（25,SR,6R） 3,3 二甲基一 6 一 （2 一苯乙酞氨基）7一氧代一4-硫杂一1一氮杂双环3.2.0庚烷一2一甲酸钠（钾） 盐青霉素的钠盐!钾盐均为白色结晶粉末;
5、无臭或微有特异性臭,有引湿性;遇酸 碱或氧化剂迅速失效,在水中极易溶解乙醇中微溶。21、4分类：青霉素用于临床是40年代初，人们对青霉素进行大量研究后又 发现一些青霉素，当人们又对青霉素进行化学改造，得到了一些有效的半合成青 霉素，70年代又从微生物代谢物中发现了一些母核与青霉素相似也含有B内 酰胺环，而不具有四氢噻唑环结构的青霉素类，可分为三代：第一代青霉素指天 然青霉素，如青霉素G （苄青霉素）；第二代青霉素是指以青霉素母核一6氨基 青霉烷酸（6APA）,改变侧链而得到半合成青霉素，如甲氧苯青霉素、羧苄青 霉素、氨苄青霉素;第三代青霉素是母核结构带有与青霉素相同的B内酰胺环， 但不具有四氢
6、噻唑环，如硫霉素、奴卡霉素。按其特点可分为 ：青霉素 G 类、青霉素 V 类、耐酶青霉素、氨苄西林类、 美西林及其酯匹西林、甲氧西林类。1 本文主要针对青霉素 G 的分离提纯方法进 行综述。2、青霉素G分离提纯方法比较2、1 传统的分离提纯方法 青霉素的大规模生产采用的是生物发酵法,其分离提纯包括过滤、提取、共沸 结晶等工序。传统的青霉素发酵液提取工艺主要有吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、 离子交换和树脂吸附法,目前在青霉素提取中普遍采用的是溶剂萃取法。 2、1、1吸附法吸附法系利用吸附剂与抗生素之间的分子间吸引力而将抗生素吸附在吸附 剂上。吸附剂有活性炭、三氧化二铝、白土、大孔吸附剂等，其中以活
7、性炭应用 得最早。有研究表明在较低的pH值下,青霉素v可以吸附到中性的芳香族吸附剂 上,并且随着pH值的降低,青霉素v的吸附量增加，而在较高的pH值下,青霉素V 易溶于水,几乎无法利用青霉素V被吸附的特点来吸附提取，由于青霉素V是热 敏性物质,且稳定性差,吸附法由于操作周期较长而造成青霉素的损失,所以只进 行了实验室规模的研究。2、1、2 沉淀法 沉淀法是分离抗生素的最简单而经济的方法,浓缩倍数高。它是利用抗生素 能和某些无机、有机离子或分子形成复合物而沉淀,此外也可利用本身的等电点 沉淀析出，然后将沉淀物在适宜的条件下,再进行分离精制而得到提纯的目的。青霉素生产可以通过加入无毒的弱酸或部分有
8、机强酸到青霉素发酵滤液或盐溶 液中调节pH值获得酸性相对较弱的酸离解常数常选择在（1.3 6.6）X10 -5的 一元脂肪酸,如乙酸、丙酸等,或二元脂肪酸,如丁二酸等，强酸的离解常数至少 为1.7xi0-1如硫酸、盐酸、磷酸、柠檬酸等，酸化过程中强酸的存在可以使青霉 素沉淀完全，为了获得较高的收率,通常先加入弱酸,然后缓慢加入强酸或部分强 酸与弱酸同时加入,大部分青霉素沉淀后,加入剩余的强酸。利用沉淀法直接从发酵液中回收分离和提纯青霉素优点很多,如节省或不用 溶媒,收率高;操作费用降低;设备简单,工艺路线短;对经基青霉素酸化后存在于 液相中等但是在青霉素酸化过程易形成豁性的油状物 ,过滤处理存
9、在一定的问 题。2、1、3 溶剂萃取法溶媒萃取法（液一液萃取法）:当抗生素以不同的化学状态存在于（游离酸或 游离碱状态）与水不溶性的溶媒中,有不同的溶解度,利用分配系数不同而达到浓 缩和提纯的目的。在较低的pH值时,大部分青霉素G以未解离酸分子形式存在， 在水中溶解度较低但易溶于有机溶剂,因此可用溶剂萃取技术提取青霉素。溶剂 萃取分物理萃取和反应萃取两大类目前在青霉素提取过程中普遍采用的是碳一 键合氧给予体类型的萃取剂，即碳氢化合物和取代的碳氢化合物溶剂，在pH值为 2.0左右进行萃取青霉素,萃取收率服从分配定律,称为物理萃取。工业上一般采用醋酸丁醋为萃取剂，在pH值1.8 2.2时进行萃取生
10、产，青 霉素在一定酸性条件下呈游离酸状态，在醋酸丁醋中的溶解度远大于在水中的溶 解度，青霉素从水相转入醋相，水溶性杂质留在水相把互不相溶的醋相与水相分 开后就实现了水溶性杂质与青霉素的分离工业上的提炼流程如下:共涕结晶D过淞卜T十燥图12青毒素C提纯I E流裡图Fig.l -2 (Tic purification process ot penic;illin G2、1、4离子交换和树脂吸附法青霉素G的生产采用生物合成法,其分离提纯过程包括过滤!提取!共沸结晶 等一系列分离和纯化过程。近年来，随着青霉素扩产，产量激增，造成供过于求的 状况，为了提高行业竞争力，科技工作者围绕完善现有萃取过程和进行
11、新技术开 发两个方面进行了大量研究工作，青霉素提纯工艺的进展主要集中在改进工艺、 方法、设备几方面，离子交换法系利用离子交换树脂和抗生素之间的化学亲和力， 有选择性的将抗生素吸附上去，然后用较少量的洗脱剂将它洗下来，从而达到浓 缩和提纯的目的。目前，离子交换和树脂吸附技术主要用于从青霉素提取，结晶后得到的废液 中回收青霉素以及在青霉素水解生产6ARA过程中去除苯乙酸以降低其浓度，离 子交换和树脂吸附技术用于青霉素提纯，收率偏低，解吸困难，并且其规模与产量 很难适应青霉素的大规模生产。32、2新型青霉素G提取方法2、2、1双水相萃取双水相分配技术是近年来发展起来的提取和纯化生物活性物质的新型分离
12、 方法之一，一般而言，双水相系统是指把两种聚合物或一种聚合物与一种盐的水 溶液混合在一起，由于聚合物与聚合物之间或聚合物与盐之间的不相溶性而形成 互不相溶的两相。近年来， 一种新型绿色溶剂离子液体的出现引起各国学者的广泛关注. 离子液体是指在由离子组成的室温时呈液态的液体， 一般由有机阳离子和无机 阴离子组成. 改变阴阳离子组成， 可以合成不同性质的离子液体， 被称为“设计 者溶剂”.。离子液体几乎没有蒸气压， 不挥发.，离子液体分为疏水性和亲水性 两种类型， 研究表明， 疏水性离子液体萃取红霉素得到很好的效果。刘庆芬4等以亲水性离子液体BmimBF4和NaH2PO42O水溶液形成的双 水相体
13、系为研究象，考察了影响双水相形成的因素以及青霉素 G 的萃取特性.特 别考察了 NaH2PO4浓度、青霉素浓度以及Bmim-BF4的浓度对双水相的形成和 萃取率的影响, 同时考察了萃取体系 pH 值变化以及乳化现象。结果发现：(1) 离子液体双水相可以有效萃取青霉素, 轻相中青霉素萃取率可达 93.7%. 萃取 率受成相盐浓度、初始青霉素浓度以及离子液体浓度的影响. 萃取的最佳参数为 NaH2P042H20 36%38%(质量分数)、青霉素浓度 50000 u/mL、离子液体 40%45%(体积分数).。离子液体双水相萃取青霉素是一项高效分离青霉素的新技 术。(2) 离子液体双水相体系萃取青霉
14、素的 pH 值在 45 之间, 为弱酸性, 青 霉素降解率降低, 萃取收率提高.。萃取过程不发生乳化现象, 有利于两相分离。 2、2、2反萃取法2、2、2、1连续反萃取连续反萃取是根据BA中青霉素含量把碳酸氢钾水溶液按一定比例加入到混 合罐，进行充分混合反应，而后用离心机进行分离，得到RK。连续反萃取BA和碳 酸钾是连续加入,混合液不断进入离心机进行分离,整个过程是连续性操作,由于 BA效价是变化的，所以碳酸钾水溶液的加入量要随时进行调整，以控制PH值。在 生产过程中造成PH值大范围的波动,影响收率和产品质量。为了减小PH值的波 动，通常采用低浓度的碳酸氢钾水溶液进行反萃取。得到的RK效价偏低
15、,通常在 60万、1/ml以下。2、2、2、2间歇反萃取间歇反萃取是在混合罐中一次性加入一定量的BA,经计算加入适量的碳酸 氢钾水溶液，进行充分混合，使之完全反应，再静止分层。此时萃取液是在重力作 用下分层的，分离后得到RK。在这个过程中，首先测定混合罐中的BA效价，再依 照公式进行计算，得出加入碳酸氢钾水溶液的量，所以能准确地控制PH值。由于 PH值易于控制，可以提高碳酸氢钾溶液的浓度，以达到提高RK效价的目的。RK 效价可以提高到80万u/ml左右。表2 RK在结晶中及成品的数据对比对比顷目间駄反茅取胜连续反萃取结晶时1可(hr)结晶收率()勺140nm透光度7585兀銭嫦舍量5 DO p
16、pm8t)()pfJTTl梁玉等5通过对这两种工艺的研究比较得到如下的数据表格，表明间歇反萃 取方法分离提纯青霉素G的效力更好。2、2、3反胶团萃取 反胶团是一种新型生物活性物质的分离方法，最初应用于具有鲜明等电点的氨基酸、蛋白质类物质的分离。吴子生6等在室温和pHS 8的条件下进行了 青霉素G的反胶团相转移提取研究，提取率在90%以上离子强度及pH对青霉素 萃取率，反萃取率的影响不大，但是离子强度对蛋白质的萃取率影响很大，因此可 利用这些特点将杂蛋白除去。2、2、4超临界流体萃取超临界流体萃取是新型的提取技术,它以超临界条件下的气体作为萃取剂, 从液体或固体中萃取出某些成分并进行分离，与一般液体萃取相比，S死的萃取 速率和范围更为扩大，
