培训分离纯化.ppt

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1、硫氰酸红霉素的提取及分离纯化,1990年以前我国的氰酸红霉素主要以进口为主，几乎没有厂家生产。近年来，随着我国医药工业的发展，尤其是大环内酯类抗生素产量剧增和技术水平的提高，使我国一跃成为红霉素主要生产国和出口国。硫氰酸红霉素成为重要的出口型商品。其原因主要是：一、硫氰酸红霉素可作为生产红霉素、琥乙红霉素、罗红霉素、克拉霉素等药品的原料。二、硫氰酸红霉素在国外主要用作兽药，用于防治家禽的慢性呼吸道感染。,一、背景介绍,近些年来，随着我国医疗体制改革的深入，人们用药开支日益增长，市场上对疗效好且价格便宜的药品需求旺盛，而红霉素类药物作为大众化的消炎药，需求量更是剧增。同时，世界各国对红霉素衍生物

2、的开发迅速。在国内，如目前市场上畅销的利君沙(琥乙红霉素)、阿齐霉素、罗红霉素、地红霉素、氟红霉素、红霉素碳酸乙酯、去氧红霉素等均为红霉素类药物，而硫氰酸红霉素又是生产这些药物的原料，其生产水平的高低和质量的好坏就显得尤为关键。,硫氰酸红霉素是红霉素的中间盐，其商品名为高力霉素。该品为白色或类内白色的结晶性粉末，无臭、味苦，易溶于甲醇或乙醇中，微溶于水或氯仿中。通常，工业上生产硫氰酸红霉素是将红霉素的发酵液经过滤、萃取后与KSCN(或NaSCN)溶液反应、结晶，再离心得到结晶性粉末，干燥后即为硫氰酸红霉素成品。,二、硫氰酸红霉素简介,目前，国内生产硫氰酸红霉素的厂家主要有西安利君、宁夏启元、沈

3、阳同联和河南天方等。在生产工艺方面，一般是先利用红霉素萃取液生产出硫氰酸红霉素，再将硫氰酸红霉素经碱化、结晶得到红霉素的工艺路线。因而红霉素滤洗液的萃取效率就成为硫氰酸红霉素提取及生产的关键环节。,三、硫氰酸红霉素的提取及分离纯化,菌种孢子制备 种子制备发酵发酵液预处理提取及精制成品包装 在抗生素生产过程中一般将微生物发酵和酶反应过程称为“上游过程”，而与之相应的产物回收、粗分离、纯化及精制等后续过程就称之为“下游过程”，或称之为生化分离和纯化过程。,抗生素的生产工艺流程,红霉素的分离具有以下特点：,目标产物浓度低。在发酵液中，红霉素的浓度很低，约占0.14、0.18。分离对象的初始浓度越低，

4、分离提纯的成本就越高；红霉素的性质不很稳定，且发酵液容易被污染，这就对能够采用的分离技术手段造成了严格的限制；红霉素发酵液中杂质的浓度相对较高，其中一些杂质的性质和红霉素很相似，用一些常规的分离技术无法将它们分离以获得高纯度的红霉素产品红霉素往往直接作为医药用品，需要符合特殊的质量和安全要求。,1、发酵液的预处理,在发酵生产中，发酵液中存在大量菌丝体、菌种代谢产物、剩余培养基以及抗生素主要组分以外的其他复合组分。所以，在抗生素提取、精制之前，必须进行预处理、过滤，以除去这些干扰物质。预处理的方法完全取决于可分离物质的性质，如对PH和热的稳定性、是蛋白质还是非蛋白质、分子的质量和大小等等。具体方

5、法主要有以下几种：,1.1 加热法,加热法是最简单和价廉的预处理方法，即把悬浮液加热到所需温度并保温适当时间。加热可降低液体的黏度，根据流体力学的原理，滤液通过滤饼的速率与液体的黏度成反比，可见降低液体黏度可有效提高过滤速率；同时，在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善了发酵液的过滤特性。,使用加热法时必须严格控制加热温度和时间。首先，加热的温度必须控制在不影响目的产物活性的范围内；其次，温度过高或时间过长，会使细胞溶解，胞内物质外溢，增加发酵液的复杂性，影响产物后续的分离与纯化。因此，加热法的关键取决于产品的热稳定性。,1.2 调节悬浮液的PH值,PH值直接影

6、响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，因此适当调节发酵液的PH值可改善其过滤特性。此法是发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一。对于Aa、Pro等两性物质，在等电点时，其溶解度最小，这就是等电沉淀法。例如，在味精生产中，利用等电点（PH3.22）沉淀法提取谷氨酸；在膜过滤中，发酵液中的大分子物质容易与膜发生吸附，通过调整PH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染。,1.3 凝聚与絮凝,胶体颗粒的聚集称为凝聚或絮凝。凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使聚集起来，增大体积，以便于过滤，常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理中。目前国内大部分药厂采用硫酸锌作

7、为预处理凝聚剂，即利用锌离子和蛋白质反应沉淀起到絮凝的效果，然后利用板框压滤机完成红霉素发酵液的分离。但大量的硫酸锌的化合物进入发酵的废渣和废水之中，含锌离子的红霉素菌渣作饲料有毒性，用于土壤施肥则使土地板结，不能综合利用。,助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，改变了滤饼结构，降低了过滤阻力。,1.4 加入助滤剂,常用的助滤剂,硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭粒、淀粉等。最常用的是硅藻土。,1.5 加入反应剂：,加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，如CaSO4，AlPO4等。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝

8、具有块状结构，沉淀本身可作为助滤剂，且能使胶状物和悬浮物凝固，改善过滤性能；如发酵液中含有不溶性多糖物质，用酶将其转化为单糖，以提高过滤速率。如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入0.025%的淀粉酶，搅拌30min后，再加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。,2.1离子交换法,由于红霉素为大分子的碱性化合物，在水溶液中能电离为带正电的阳离子化合物，故可采用阳离子交换树脂来提取红霉素。一般先将树脂转为钠型或铵型，在接近中性条件下进行吸附，因为红霉素在pH5.5-7.0的范围内几乎全部电离。再用碱性的醇溶液自树脂上解吸红霉素，解吸前先用水、30及60的甲醛溶液进行洗涤，洗脱液再经减压浓

9、缩后进行结晶等。,2、提纯方法简介,2.2 溶媒萃取结合中间盐沉淀法,溶媒萃取法是用一种溶剂将物质从另一种溶液中提取出来的方法，这两种溶剂不能互溶或只部分互溶，能形成便于分离的两相。该工艺设备简单，但生产中红霉素萃取液损耗较大且转碱过程中转碱收率低，导致生产成本仍较高。萃取方式主要有：单级萃取、多级错流萃取、多级逆流萃取。,单级萃取只有一个混合器和一个分离器的萃取。多级错流萃取是由数个萃取器串联组成，料液经萃取后的萃余液依次流人下一萃取器用新鲜萃取剂继续萃取,多级逆流萃取由多个萃取器串联组成，其特点是料液与萃取剂分别由两端加入，溶剂与料液互成逆流接触，故称多级逆流萃取。此法收率最高，溶剂用量最

10、小，工业普遍采用。,2.2.2 乳化现象和去乳化,乳化现象,有机相,乳化层,水 相,2）乳状液及其类型乳状液一种液体以细小液滴分散在另一种互不相溶的液体中所构成的分散体系，也称乳浊液。类型油包水（W/O）型和水包油（O/W）型两大类,乳状液的消除方法：加热升高温度加入电解质，利用电解质来中和乳状液分散相所带的电荷而促使其聚沉。(3)吸附过滤，由于乳状液中的溶剂相与水相对吸附介质的润湿性不同，其中水分被吸附也可引起去乳化作用。(4)加入去乳化剂，最主要的破乳化方法。,2.3 膜分离法,膜分离是利用天然或人工合成的半透性高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对多组分混合物进行分离、提纯和富集的

11、方法。膜过滤就是其中的一种，它是利用流体压力差作为椎动力的筛分分离方法。通过膜微滤法(膜截留粒子)，不加任何凝集剂和絮凝剂，发酵液经膜微滤处理后滤渣烘干可作饲料，不会带来环境污染，收率可达99-100，过滤速度较快。,在红霉素发酵液中，含有大量的菌丝体、未利用完的蛋白质、糖。这些杂质的存在，和其他发酵液相比，红霉素发酵液比较粘稠，较难过滤。对于有机膜而言，易于污染，不适合于粘稠液体的分离；强度弱，设备的维修费用高，不适合于工业化大生产。因此，无机膜更适合于红霉素发酵液的过滤。,无机膜及其特点,无机膜是固体膜的一种，它是由无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半

12、透膜。无机膜技术在液相分离中基本原理是：在压力差下，利用膜孔的筛分特性，使混合物组分得到分级或分离。,无机膜的优点：,化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂；机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的外压，并可反向冲洗；抗微生物能力强，不与微生物发生作用，可以在生物工程及医学科学领域中应用；耐高温，一般均可以在400操作，最高可达800以上；孔径分布窄，分离效率高。,3、浓缩与结晶,将硫氰酸红霉素的萃取液加入20NaSCN进行成盐结晶。结晶是指溶质自动从过饱和溶液中析出形成新相的过程。同时由于表面分子化学键力的变化使分子有规律地排列在一定的晶格中，形成固体。结晶过程的步骤(1)过饱和溶液的形成(2)晶核的形成(3)晶体的成长 影响晶体大小的因素主要有溶液的过饱和度、温度、搅拌速度等。,4、成品干燥,干燥是指采用气化的方法以除去产品中水分或溶剂的操作过程，一般是用加热的方法来实现。干燥是生物合成产品生产的最后一道工序，目的在于除去水分或有机溶剂以提高产品的稳定性，有利于加工、贮存和运输。常用的干燥方法：减压干燥，气流干燥，喷雾干燥，冷冻干燥。,谢谢！,