10.4青霉素提取精制工艺过程

CompanyLOGO微生物制药工艺及反应器生物工程系讲师：赵德胜第十章青霉素的生产CompanyLogo第三节青霉素生产工艺过程二、青霉素的提取和精制工艺过程1.工艺流程简图微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo工艺控制青霉素不稳定，发酵液预处理、提取和精制过程要条件温和、快速，防止降解。⑴预处理及过滤⑵提取⑶脱色⑷结晶微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑴预处理及过滤①发酵滤液冷却至10℃→②鼓式真空过滤机过滤→③一次滤液pH6.2-7.2，蛋白质0.05%-0.2%→④沉淀蛋白质加10%硫酸调pH4.5-5.0，0.05%PPB，0.7%硅藻土助滤剂→⑤板框过滤机过滤→⑥二次滤液（澄清透明）→萃取。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑵提取10℃以下pH值1.8-2.2加1/3体积BA1．二次滤液———————————————卧式离心机（POD）分离————→一次醋酸丁酯（BA）萃取液（青霉素）微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo℃以下pH值6.8～7.42．一次（BA）萃取液————————————卧式离心机（POD）分离————→NaHCO3缓冲溶液（青霉素）微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo℃以下10%H2SO4调pH2.03．NaHCO3缓冲溶液————————————再加1/3体积BA————→二次（BA）萃取液（青霉素）微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑶脱色萃取液中添加活性炭，除去色素、热源，过滤除去活性炭。活性炭150-300g/10亿单位二次BA萃取液——————————————石棉过滤板———→脱色——————→过滤——→结晶萃取条件：为减少青霉素降解，整个萃取过程应在低温10℃以下进行。萃取罐冷冻盐水冷却。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑷结晶萃取液一般通过结晶提纯。青霉素钾盐在醋酸丁酯中溶解度很小，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。然后采用重结晶方法，进一步提高纯度，将钾盐溶于KOH溶液，调pH至中性，加无水丁醇，在真空条件下，共沸蒸馏结晶得纯品。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo直接结晶：在二次乙酸丁酯萃取液中加醋酸钠－乙醇溶液反应，得到结晶钠盐。加醋酸钾－乙醇溶液，得到青霉素钾盐。共沸蒸馏结晶：萃取液，再用0.5mol/mlNaOH萃取，pH6.4-6.8下得到钠盐水浓缩液。加2.5倍体积丁醇，16－26℃，0.67-1.3KPa下共沸蒸馏。水和丁醇形成共沸物而蒸出。钠盐结晶析出。结晶经过洗涤、干燥后，得到青霉素产品。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo下面以青霉素盐溶液结晶普鲁卡因青霉素为例来说明其工艺要求。在结晶过程中应注意控制晶体大小、纯度和形态等要求。⑴晶种晶体形态的控制关键在于品种的采用。在结晶开始时加入一定量的晶种，以便在大量结晶前预先增加很多晶核，在结晶过程中这些晶核相互地成长为晶体，这样成长速度快，而每颗晶核上成长的量并不多。从而得到微细的品粒，同时形态也得到了保证。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo晶种的质量(即大小、均匀度)好坏，对晶体形态控制有着关键的作用。工艺上要求晶种的形态应椭圆形，直径在2微米左右。如果加入的晶种直径过大，则结晶后生成的晶体相应也大。因此控制晶种的质量，对晶体的形态有着直接影响。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑵温度温度高能加强分子运动，反应速度快，晶体生长快，形成的晶体颗粒较大；温度低，晶体生长较慢，晶体颗粒较细小。但普鲁卡因青霉素结晶是放热反应，因此在整个反应过程中温度控制在5—20℃较适宜。温度过高要造成对青霉素的破坏；温度过低会增加反应液的粘度，造成晶体过细，给洗涤过滤工作带来困难，从而影响产品质量。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑶盐酸普鲁卡因水溶液的加入速度在普鲁卡因青霉素结晶的过程中，是采用先行加入晶种的方法，故反应剂盐酸普鲁卡因水溶液的加入速度是“先馒后快”。先慢是为了让先行加入的晶种迅速生长为晶体。如果反应一开始反应剂加入速度很快。则造成反应液过饱和度增加很快，此时晶核形成速度大于晶体生长速度，在反应液中会增加许多不规则的小晶核，先行加入的晶种失去控制晶体形态的作用，造成晶体形态混乱。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo当反应液中已生长了许多晶体后，由于过饱和度较结晶开始阶段要小，所以要加快反应剂的速度，才能维持结晶所需要之过饱和度，促使晶核能顺利地生长为有规则的晶体，从而使晶体的形态也得到了保证。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑷结晶液的质量控制结晶液质量的好坏直接影响到成品的质量。因此要控制好青霉素钠盐结晶水溶液质量还必须掌握好以下几点：微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo①结晶液的pH：应控制在6．5—7．0之间较适宜，因为青霉素钠盐水溶液的稳定性与pH值很大关系，当pH值在5．8—7．0之间较稳定，破坏程度小。为了使结晶液有较稳定的pH值，必须加入由磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲液，其pH值应为6．8—7．0。缓冲液同时还能络合重金属离子使青霉素钠盐结晶液在放置时尽量减少破坏损失。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo②浓度：结晶液浓度过高时，杂质含量也相应升高，对成品质量有影响；如果浓度过低，则设备利用率低，母液体积增加，相应地残留在母液中的发酵单位也增加，同时增加原材料(如氯化钠)的消耗，从而提高成本。因此工艺上要求青霉素钠盐结晶液的浓度应控制在10—20万u／m1左右较适宜。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo③色泽：要求结晶液的颜色应为淡黄色透明液体。因为结晶液的颜色也能表示其质量情况，结晶液色泽不好，就直接影响到成品的色级。④温度：二次青霉素钠盐水溶液在低温条件下较稳定，因此在5℃左右存放。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo⑤丁酯含量：如果二次青霉素钠盐水溶液中含过量多的丁酯，则将使结晶不易控制，容易使晶形长乱，影响洗涤效果，使成品质量下降，同时也影响收率。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo第四节其它工艺技术及技术改造方向一、合成新的半合成青霉素由于天然青霉素抗菌谱较窄，长期使用抗药菌株出现，所以必须对天然青霉素进行化学改造。青霉素类抗生素有疗效的是母核6-氨基青霉烷酸(6-APA)，其对酸、碱不稳定难以化学合成。所以半合成青霉素的基本方法是：微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo半合成青霉素的基本方法是：1.先经微生物发酵法获得6-氨基青霉烷酸(6-APA)，或是酶法水解青霉素G或青霉素V获得6-氨基青霉烷酸(6-APA)；2.用化学方法修饰各类酰基侧链；微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo再经发酵法、酶法或化学法进行酰化缩合反应，最终形成半合成青霉素新产品。比如我们大家知道的：氨苄青霉素、羧苄青霉素、苯唑青霉素等。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo二、菌丝悬浮法、固定化细胞及固定化酶法在6-APA生产中的应用。1.菌丝悬浮法以青霉素G为原料，利用大肠杆菌产生的酰基转移酶(PGA)进行水解（酶解），获得6-氨基青霉烷酸(6-APA)。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo固定化细胞法将大肠杆菌固定在载体上，做成固定化细胞，装入反应器，利用固定化细胞产生的酰基转移酶(PGA)水解青霉素G，再结晶分离获得6-氨基青霉烷酸(6-APA)。3.固定化酶法将酰基转移酶(PGA)固定在载体上，做成固相酶装入反应器，水解青霉素G，再结晶分离获得6-氨基青霉烷酸(6-APA)。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo三、水解青霉素G和青霉素V的酶不同水解青霉素G的是酰基转移酶(PGA)。水解青霉素V的是酰基转移酶(PVA)。微生物制药工艺及反应器（第十章）CompanyLogo作业：1、半合成青霉素的基本方法？微生物制药工艺及反应器（第一章）CompanyLOGO为了生存学长一技改善生存状况的欲望是最好的老师改变命运的渴望是学习的根本动力为了体面的活着