青霉素萃取工艺条件研究

[摘 要]本文对青霉素萃取工艺条件进行了研究，分析出了最佳的萃取模型，而且进行了多次实验，证明了传统青霉素萃取工艺条件萃取效果并不是最佳的，研究人员提出了新的萃取工艺条件，pH在3.0，温度在20℃，相比VO/VW在1/3-1/4左右时，采用三级萃取可以保证最佳的萃取率，这新的青霉素萃取工艺条件下，可以减少青霉素的损失率，还可以减少杂质，提高萃取的质量。下面笔者对实验的过程以及结果进行简单的介绍，以供相关工作者参考与借鉴。

[关键词]青霉素 萃取工艺 模型 条件

中图分类号：P141.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0390-01

青霉素是一种应用范围比较广的抗生素，其具有较强的抗菌性，而且毒性比较低，在临床应用时治疗效果比较好，在治疗敏感性细菌感染问题时，属于首选药物。在青霉素萃取的过程中，对萃取工艺条件有着一定要求，传统的萃取方法是溶媒萃取法，工作人员一般会选择醋酸丁酯作为萃取剂，萃取工艺条件为pH=1.8-2.2，温度为5℃，相比VO/VW=1/2-1/2.5，在反萃取的过程中，反萃取剂选用的是碳酸氢钾溶液。研究人员在对青霉素萃取过程进行反复的实验与研究后发现，当前采用的传统萃取方法并不是最佳的萃取工艺条件，在pH酸性条件下，青霉素具有不稳定性，在萃取的过程中会出现较大的损失，收率只能达到90%，增加了青霉素生产的成本，必须对其进行改进。

一、青霉素萃取理论模型

1、青霉素在水溶液中的离解平衡

青霉素对酸具有不稳定性，这主要是因为青霉素本身属于有机弱酸，在水溶液中存在电离平衡，即

在上式中，HP代表青霉素分子， P-为青霉素酸根，Ka=c（H+）c（P-）/c（HP）为青霉素离解常数， -lgKa=2. 75。

在水溶液中，青霉素存在分子态与阴离子态，这两种酸根的质量在pH不同的条件下会出现不同的变化。分子态与阴离子态量的百分比C随pH值变化的曲线如图1所示，在该图中可以看出，pH=2.75时，二者的组成相等，质量各占50%；当pH值=2.0时，分子态质量比较大，当pH=3.0时，阴离子态的质量比较大。

2、萃取理论模型

这与S.A.Zhukovskaya等人在总结大量实验数据基础上提出的醋酸丁酯萃取青霉素的模型完全相符。根据上述模型可以计算出不同pH和相比条件下的萃取率。

随着青霉素萃取操作的pH值的降低，单级萃取率急剧升高，直到pH

二、新萃取工艺条件的研究

1、萃取操作的pH值

通过分析发现，青霉素的离解会受到溶液酸度的影响，所以，在优化青霉素萃取工艺条件时，需要考虑酸碱等因素，在通过多次实验研究后发现，在不同pH的水溶液中，青霉素降解会进入不同的时期。而且在不同的温度下，青霉素降解半衰期与水溶液pH值之间的关系会出现不同的变化。当水溶液pH大于3.0时，青霉素的稳定性比较高，而青霉素的降解会大大降低；而水溶液pH小于2.0时，青霉素降解大大增加了，在萃取的过程中，青霉素损失率比较高。在水溶液pH=3.0时，青霉素降解损失最小，所以，在选择青霉素萃取工艺条件时，应该将溶液pH控制在3.0左右。

青霉素的发酵液中，一般含有较多的杂质，比如色素、有机杂酸等，这些杂质对青霉素萃取的质量有着较大影响。通过实验发现，pH=2.0时，杂质较容易被萃取，所以，会影响青霉素的萃取质量。将溶液pH控制在3.0左右，可以达到最佳的萃取工艺条件，会降低萃取溶液中的杂质。在不同的萃取pH值下，萃取液的质量如表1所示，在萃取的过程中，要保证萃取相污染系数降到最低。通过多次实验证明，提高萃取的pH值可以有效提高萃取的质量，采用醋酸丁酯可以降低萃取液杂质的含量。

采用新的萃取工艺条件，与传统萃取工艺条件相比，有着较多的优势，可以提高萃取的纯度，而且可以提高青霉素的产量，将新的萃取工艺条件应用在工业生产中，可以提高企业的经济效益。

2、萃取操作的温度

青霉素降解不单和溶液pH值有较大关系，还与环境温度有着一定关系，研究人员在不同的温度下对青霉素进行萃取，得出了不同的萃取效果，如图2所示，该图展示了温度对青霉素半衰期的影响。

温度升高青霉素的稳定性急剧下降，即温度越低越稳定。工厂都在pH= 2. 0下操作，所以只能选择在低温（5℃）下进行，以减少因降解而造成的损失，这大大增加了操作能耗。而将萃取操作的pH提高到3. 0，操作温度就可以提高。另一方面，大量实验证明，在低温下萃取，乳化严重，提高温度将有利于两相分离，对操作是有利的。以年产1 kt青霉素的规模计算，每年的冷却费用在200万元以上。而将萃取pH提高到3. 0，萃取操作温度可以从低温提高到常温，节省了大量的能源。同时，实验证明，有机萃取剂的萃取率随温度升高也有所上升。

3、萃取操作的相比

实验还发现，适当降低萃取操作时有机相和水相的相比，有利于青霉素与其他杂酸的分离，表明了相比大于0. 5时，萃取液的污染系数急剧增大。因此，适当降低相比有利于产品质量的提高。对于这一现象，可以作如下的解释：由于作为萃取剂的醋酸丁酯存在饱和容量问题，因此在萃取过程中，青霉素和其他杂酸存在竞争，相互排斥。即如果青霉素进入有机相的量增加则杂酸进入有机相的量将会相应地减小。

三、新工艺的操作要点

青霉素的提纯工艺已经有近50年的历史，工艺十分成熟，任何工艺的改动都十分谨慎。在采用新工艺时有以下3个方面要加以注意：

1、萃取级数的增加

工厂现行工艺大多采用两级逆流萃取，提高pH以后，由于单级萃取率下降，两级萃取后残水相仍然含有一定量的青霉素，因此需要进行第三级萃取。这就需要增加设备。对于已采用三级萃取的工厂来讲不存在问题。

2、乳化问题

萃取时的分相情况是与pH值相关联的，低pH有利于分相。因此采用新工艺操作，破乳剂的量要适当增大，以防止乳化，保证分相良好。

3、pH值控制

在pH= 3. 0附近萃取率随pH变化较大，因此操作的稳定性较差，很小的物流波动将对萃取率有较大影响，造成了操作的不稳定。这就要求对萃取操作的控制要十分严格。但大量实验已证明是可以控制的。

四、结语

通过理论计算和实际料液的试验，说明青霉素萃取工艺在pH= 3. 0±0. 2，相比VO/VW= 1/3～1/4条件下操作，可以使产品的质量和收率有所提高，生产的能耗和物耗也明显降低。对于生产十分有利，有较高的经济效益。

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