青霉素的萃取工艺案例讨论3 PPT课件

青霉素的萃取与萃取率的计算 实训原理
萃取过程是利用混合物质在两个不相混溶的液相中各种组分的溶 解度的不同，从而达到分离的目的。pH为2.3时，青霉素在乙酸乙酯 中比在水中溶解度大，因而可以将乙酸乙酯加到青霉素混合液中，并 使其充分接触，从而使青霉素被萃取浓集到乙酸乙酯中，达到分离提 存的目的。
青霉素的萃取与萃取率的计算
2、碘溶液（0.1mol/L）配制：取碘1.3g，加KI3.6g与水5mL使之 溶解，再加HCl1～2滴，定容到100mL。
青霉素的萃取与萃取率的计算
生产实训
3、HAc-NaAc（pH4.5）缓冲液配制：取83g无水NaAc溶于水，加入 60mL冰醋酸，定容到1L。
4、Dowex50的处理：Dowex50用蒸馏水充分浸泡后，用6mol/LHCl浸 泡煮沸1h，然后用蒸馏水洗去HCl至树脂呈中性，换15%NaOH浸泡 1h，用蒸馏水洗去NaOH至树脂呈中性，最后用pH4.2柠檬酸钠缓冲 液浸泡备用。
实训试剂与设备 一、试剂和材料
1、Na2S2O3（0.1mol/L） 2、碘溶液（0.1mol/L） 3、HAc-NaAc（pH4.5）缓冲液 4、NaOH液（1mol/L）、HCl液（1mol/L）、淀粉指示剂、乙酸乙 酯、稀H2SO4、蒸馏水。 5、Dowex50
青霉素的萃取与萃取率的计算
实训试剂与设备
青霉素的萃取与萃取率的计算 产品简介 二、产品结构式
三、产品分子式 C16H18N2O4S·HCl
四、化学名称 1-乙氧甲酰乙氧6-〔D（-）-2-氨基-2-乙酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐
青霉素的萃取与萃取率的计算 产品简介
五、青霉素药理作用 干扰细菌细胞壁的合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘肽结构中的

青霉素的制备
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（A）、理化性质： 1、溶解性：受pH影响
游离酸：易溶于有机溶剂，难溶于水 盐：易溶于水，几乎不溶于有机溶剂，当有 机溶剂中含少量水时，溶解度增大。
2、酸碱性：有机弱酸
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3、稳定性：干燥纯净的盐固体稳定；纯有机溶剂溶液稳定；遇酸
碱易分解；в-内酰胺环易为亲核或亲电试剂作用而打开失活；青霉素 的水溶液不稳定。
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控制要点：
1）加糖控制：一般残糖降至0.6%左右、pH上升后可开始 加糖。
2）补料及添加前体：丝状菌发酵于接种后8～12小时，发
酵液中残余苯乙酰胺浓度为0.05～0.08%。球状菌在 发酵10h后加入尿素、氨水和苯乙酸的混合料， 每3h加入一次，加入量视生长状况。
3）pH控制：主要通过加葡萄糖控制pH，在PH大于6.5时 可以加入硫酸铵
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2、发酵工艺流程
1）丝状菌发酵工艺流程
[孢 子 培 养 ]
[孢 子 培 养 ]
[种 子 培 养 ]
砂 土 管 — → 斜 面 母 瓶 — — — — → 大 米 孢 子 — — — — → 种 子 罐 — — — — — — — — — — — — — → 繁 殖 罐
大米茄子瓶
28度，50-60h，1.5v/(v*min)
种子液
发酵罐培养
•
发酵罐
26度，PH6.7-7.0，6-7d，0.8-1.0v/(v*min)
发酵液
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3、发酵工艺要点
• 1）丝状菌：种子：砂土孢子接入斜面上，25℃培 养6～7天，制成悬液，接入大米茄子瓶内，经25℃ 培养6～7天，制成大米孢子，真空干燥。

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青霉素衍生物
why：
青霉素性质不稳定，可降解为青霉噻唑酸和青霉烯酸。前 者还可聚合成青霉噻唑酸聚合物，此聚合物极易与多肽和 蛋白质结合成青霉噻唑酸蛋白，它为一种速发型的致敏原， 是青霉素产生过敏反应的最主要原因。
类型：
青霉素衍生物是指人工合成的，耐酸耐霉的药物，代表药 物有氨苄西林.苯唑西林.阿莫西林等
无菌水制成悬浮液，接入灭菌培养基 种子培养液
苯乙酸前体的培养基 中
通入无菌空气 搅拌 在27℃培养24~28h
通入无菌空气，搅拌， 在27℃下培养7天
注：在发酵过程中需补入苯乙酸前体及适量的培养基。
提取精制：青霉素发酵液 冷却，过滤 滤液萃p取H2机～内2用.5醋酸丁酯进行多级逆流萃取
丁酯萃取液
转入pH7.0～7.2的缓冲液中 转入丁酯中
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苯唑青霉素
对产青霉素酶葡萄球菌具有良好抗菌活性,对各种链球菌及不产青霉素酶 的葡萄球菌抗菌活性则逊于青霉素G。苯唑西林通过抑制细菌细胞壁合成 而发挥杀菌作用。
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阿莫西林（羟氨苄青霉素）
抗菌谱及抗菌活性与氨苄西林基本相同，但杀菌作用较后者强而迅 速，但不能用于脑膜炎的治疗。本品耐酸，在胃肠道吸收好，且不 受食物影响.
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青霉素 Penicillin
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来源
1928年 亚历山大·弗莱明（1881年—1955年），英国细菌学家，生物化学家，微生物 学家 金黄色球菌中的青霉菌 青霉烷能抑制病菌细胞种发酵：产黄青霉 菌
接种于固体培养基 25℃培养7~10天
青霉菌孢子培养物 接种到已灭菌的含有
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氨苄青霉素
抗菌谱与青霉素相似，对青霉素敏感的细菌效力较低，对草绿色链球菌 的抗菌作用与青霉素相仿或略强。对白喉杆菌、破伤风杆菌和放线菌其 效能基本和青霉素相同。对肠球菌及李司忒菌的作用则优于苄青霉素。 对耐药葡萄球菌及其它能产生青霉素酶的细菌均无抗菌作用。对革兰阴 性菌有效，但易产生耐药性。本品主要用于敏感菌所致的泌尿系统、呼 吸系统、胆道、肠道感染以及脑膜炎、心内膜炎等。主要用于伤寒、副 伤寒的治疗；也用于泌尿道、呼吸道感染。

三、青霉素发酵过程
• 青霉素发酵时，青霉素生产菌在合适的培养基、PH、 温度和通气搅拌等发酵条件下进行生长并合成青霉素。 • 发酵开始前，有关设备和培养基（主要是碳源、氮源、 前体和无机盐等）必须先经过灭菌，后接入种子。 • 在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐 温和罐压，在发酵过程中往往要加入泡沫剂，假如酸 碱控制发酵液的PH，还需要间歇或连续的加入葡萄糖 及铵盐等化合物以补充碳源及氮源，或补进其他料液 和前体等以促进青霉素的生产。
可以用青霉素的疾病
• • • • • • • • • 1．流行性脑脊髓膜炎 2．放线菌病 3．淋病 4．奋森咽峡炎 5．莱姆病 6．多杀巴斯德菌感染 7．鼠咬热 8．李斯特菌感染 9．除脆弱拟杆菌以外的许多厌氧菌感染
青霉素生产工艺过程
菌种→孢子制备→种子→发酵→提取→ 精制→成品检验→包装→分装→（应用 →跟踪→质量分析） 1．菌种的选育技术： （1）杂交育种（2）原生质体融合 （3）基因工程（4）新抗生素产生菌获得 2．菌种保藏： （1）定期移植保存法 （2）液体石蜡封藏法 （3）真空冷冻干燥保藏法 （4）液氮超低温保藏法 （5）沙土管保藏法 （6）麦皮保藏法
•
四、生产原理
（1）发酵过程的工艺控制
•
•
基质浓度：在分批发酵中，常常因为前 期基质量浓度过高，后期基质浓度低， 对生物合成酶系产生阻遏或对菌丝生长 产生抑制。为了避免这一现象,在青霉 素发酵中通常采用补料分批操作法,即 对容易产生抑制和限制作用的基质维持 一定的最适浓度。 温度：青霉素发酵的最适温度一般认为 应在25 °C 左右。温度过高将明显降 低发酵产率,同时增加葡萄糖的维持消 耗, 降低葡萄糖至青霉素的转化率。
• 6.发酵过程控制：

• （2）初步分离 ：目的是除去与产物性质差异
较大的杂质，为后道精制工序创造有利条件 （萃 取、吸附、沉淀、蒸发）
• （3）高度纯化 ：去除与产物的物理化学性质
比较接近的杂质（层析、膜分离、离子交换、沉 淀、电泳）。
• （4）产品的最后加工：成品形式由产品的最
终用途决定（结晶、干燥、蒸馏）。
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• 2、利用等电点结晶 当将某一抗生素溶液的pH调 到等电点时，它在水溶液中溶解度最小，则沉淀 析出。
• 3、加成盐剂结晶 在抗生素溶液中加成盐剂使抗 生素以盐的形式从溶液中能够沉淀结晶。
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谢谢您的指导
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
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（4）高度分离纯化技术
以20世纪40年代出现的青霉素产品为代表。
小分子物质一般可通过离子交换、脱色和结晶、重 结晶等方法获得纯度很高的产品。
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脱色和去热原质
• 脱色和去热原质是精制注射用青霉素中不可缺少 的一步。
• 萃取液中添加活性炭，除去色素、热源，过滤， 除去活性炭。
• 色素是在发酵过程中所产生的代谢产物，它与菌 种和发酵条件有关。
• 热原质是在生产过程中由于被污染后色时 间等因素，还应考虑它对抗生素的吸附问题，否 则影响收率。
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结晶
• 抗生素精制常用结晶法来制得高纯度成品。常用 的几种结晶方法有：
• 1、改变温度结晶 利用抗生素在溶剂中的溶解度 随温度变化而显著变化的这一特性来进行结晶。
下游加工一般工艺流程

药理作用
青霉素药理作用是干扰细菌细胞壁的 合成。青霉素的结构与细胞壁的成分粘 肽结构中的D-丙氨酰-D-丙氨酸近似，可 与后者竞争转肽酶，阻碍粘肽的形成， 造成细胞壁的缺损，使细菌失去细胞壁 的渗透屏障，对细菌起到杀灭作用。
青霉素G生产步骤
①菌种发酵：将产黄青霉菌接种到固体培养 基上，在25℃下培养7～10天，即可得青霉 菌孢子培养物。用无菌水将孢子制成悬浮液 接种到种子罐内已灭菌的培养基中，通入无 菌空；气、搅拌，在27℃下培养24～28h， 然后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的含 有苯乙酸前体的培养基中，通入无菌空气， 搅拌，在27℃下培养7天。在发酵过程中需补 入苯乙酸前体及适量的培养基。
2．对一种青霉素过敏者可能对其他青霉素类药 物、青霉胺过敏，有哮喘、湿疹、枯草热、 荨麻疹等过敏性疾病患者应慎用本品。
3．青霉素水溶液在室温不稳定，20单位/ml青 霉素溶液30℃放置24小时效价下降56%，青 霉烯酸含量增加200 倍，因此应用本品须新 鲜配制
4．大剂量使用本品时应定期检测电解质
生产工艺3青霉素的精制及烘干注射用青霉素钠盐生产工艺注射用青霉素钾普鲁卡因青霉素生产工艺青霉素适用于a组及b组溶血性链球菌肺炎链球菌对青霉素敏感金葡菌等革兰阳性球菌所致的各种感染如败血症肺炎脑膜炎扁桃体炎中耳炎猩红热丹毒产褥热等
青霉素的萃取工艺案例讨论
第六组
青霉素简介
青霉素（Benzylpenicillin / Penicillin）又 被称为青霉素G、peillin G、 盘尼西林、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β内酰胺类中一大类抗生素的总称。

青霉素钠盐成品
90-95度，10mmHg,8-10h
40度左右
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5、提炼工艺要点
1）发酵液预处理和过滤
放罐后，首先要冷却
目前采用鼓式过滤及板框过滤，加助滤剂。酸 化时pH应控制得高些(pH4～5)，再加些絮凝 剂如十五烷基溴代吡啶(PPB)等, 过滤。
随着高效高速萃取离心机的出现，如德国 Westfalia公司出品的倾析器(decantor) ，可革 去过滤工序，比用板框过滤除去菌丝后再提取 的收率高出2～3%。
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前体
作为苄青霉素生物合成的前体有苯乙
酸、苯乙酰胺等。它们一部分能直接 结合到青霉素分子中。这些前体对青 霉菌都有一定的毒性，加入量不能大 于0.1%。加入硫代硫酸钠能减少它们 的毒性。
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无机盐
①硫和磷:硫浓度降低时青霉素产量减少3倍，磷浓 度降低时青霉素产量减少1倍。
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培养基
碳源： 提供能量 如乳糖、蔗糖、葡萄糖、淀粉、天然油脂等。乳 糖能被产生菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利 条件，故为最佳碳源，但价格高，普遍使用有困 难。天然油脂如玉米油、豆油也能被缓慢利用作 为有效的碳源，但不可能大规模使用。目前生产 上用的碳源是葡萄糖母液和工业用葡萄糖。
4）温度控制：青霉菌生长最适温度（27度）高于青霉素 分泌的最适温度（20度）。种子罐培养丝状和球状菌菌 要 求 25℃ ， 发 酵 罐 培 养 丝 状 菌 要 求 26℃-24℃-23℃22℃、球状菌要求26℃--25℃-24℃，前期罐温高于后 期。
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5）通气与搅拌 深层培养需通入一定量空 气，并不停地搅拌以保证溶氧的浓度。 试验证明，通气量0.8-1.0v/v*min.中、后 期减慢转速对球状菌的生理生化代谢有 利，它能提高发酵单位，并能节约能源。

生产原理：
发酵液的预处理
发酵液中的杂质很多，其中对提取影响最 大的高价无机离子（钙，镁，铁离子等）和 蛋白质。因此要先除杂。 1.单级萃取：包括一个混合器和一个分离器。 料液F和溶剂S加入混合器中经接触达到平衡 后，用来分离得到的萃取液F和萃余液R。 2.多级错流萃取：料液经萃取后，萃余液在 于新鲜萃取剂接触，在进行萃取。此方法萃 取较完全。 3.多级逆流萃取：在第一级中加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃 取液，并逐级向前一级移动。
提取过程中洗涤用水
青霉素G
36.0
9.8
0.0
10.4
中空纤维更新液膜提取工艺经济效益评价
优点： (1) 提取效率高、产量大：新工艺提取青霉素G总收率约 为 80%。 (2) 萃取剂损失量较少：新工艺中采用的混合萃取剂均微 溶于水，其损失量小于发酵滤液量的1.0%。 (3) 后续处理简单：新工艺所采用萃取剂 （7%DOA+30%异辛醇+煤油）中的3 种物质均微溶 于水，完成提取过程后，只需经过简单的分相处理即可重 复利用。 (4) 过程能耗低：可在常温条件下操作，可极大减少能量 消耗。且不需要对循环使用的萃取剂进行蒸馏提纯以及对 萃余液中的溶剂进行蒸馏回收过程，故能耗大大降低。
化学式
青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名 为1-乙氧甲酰乙氧6-〔D(-)-2-氨基-2-乙 酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐。 分子式：C16H18N3O4S· HCl 分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所 产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄， 主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、 钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴 注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人 体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。