專利名稱：三相萃取一步法萃取純化青霉素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種青霉素的萃取方法，特別涉及一種三相萃取一步法萃取純化青霉素。
目前廣泛應(yīng)用在抗生素的提取純化工業(yè)化生產(chǎn)上的方法基本有吸附法、離子交換法和溶媒萃取法。吸附法雖然簡(jiǎn)單，但勞動(dòng)強(qiáng)度大選擇性不高，可逆性差；離子交換法在選擇性和收率上雖有所提高，但周期長(zhǎng)不適合穩(wěn)定性差的抗生素的提??；溶媒萃取法為一種選擇性和收率都比較好的方法，目前廣泛應(yīng)用在抗生素的提取分離中，但仍存在工藝過程較復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高的問題。比如，從發(fā)酵液中提取青霉素需經(jīng)絮凝、破乳、冷凍脫水和脫色等工序，而且對(duì)所需的離心萃取設(shè)備要求比較高，國(guó)內(nèi)基本上采用進(jìn)口設(shè)備，尤其在全發(fā)酵液的萃取過程中目前采用國(guó)外進(jìn)口價(jià)格昂貴的Decantor型萃取傾析器。
在抗生素的提取純化工業(yè)化生產(chǎn)中，尤其，對(duì)青霉素發(fā)酵液的溶劑萃取技術(shù)的改進(jìn)主要集中在對(duì)溶媒的改進(jìn)。如中國(guó)發(fā)明專利CN1047293B“萃取青霉素的組合物及方法”(中科院化冶所楊智發(fā)、于淑秋、陳家鏞等)利用新的混合溶劑，使萃取操作pH提高到2.5～5，降低酸解，提高了收率；中國(guó)發(fā)明專利，CN1052862B“無破乳劑的萃取青霉素的萃取劑及工藝”(中科院化冶所楊智發(fā)，于淑秋，陳家鏞等)開發(fā)了一種新型無需破乳劑的萃取青霉素的萃取劑；另外，中國(guó)發(fā)明專利CN.1228434B“用醇類溶劑提取純化青霉素”(清華大學(xué)，亓平言、戴猷元、苗勇等)研究的醇類溶劑提取純化青霉素。盡管上述方法提供了部分優(yōu)于醋酸丁酯提取青霉素的工藝條件，但仍沒有從根本上改進(jìn)現(xiàn)存工藝。近年來隨著抗生素品種的不斷增加，對(duì)分離方法也提出新的要求。為此，產(chǎn)生了一些新的分離技術(shù)如膜分離方法，雙水相分配技術(shù)等對(duì)特定抗生素的提取都顯示較高的選擇性和高效性，但仍有一些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍，例如膜分離方法，在常用的有機(jī)溶劑醋酸丁酯中，普通膜材料容易變形、老化；潘杰、李佐虎和秦德華綜述了雙水相在抗生素分離方面取得的進(jìn)展，但仍存在提取率較低，高聚物成本較高的缺點(diǎn)(“生物工程進(jìn)展”1999,19(3),48～51)。
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種三相萃取一步法提取純化青霉素，該三相萃取一步法利用有機(jī)溶劑與雙水相體系共同組成的三相一次完成對(duì)復(fù)雜混合物提取和純化，三相之間協(xié)同作用完成目標(biāo)產(chǎn)物和副產(chǎn)物的定向分離，在一次萃取中完成有機(jī)相/水以及雙水相之間的協(xié)同萃取分配過程，可明顯提高萃取質(zhì)量，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。
本發(fā)明提供的三相萃取一步法萃取純化青霉素，其特征在于將高分子聚合物A/鹽或高分子聚合物B/高分子聚合物C按比例加入到青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液中，形成雙水相體系，然后再加入有機(jī)相形成三相體系，用酸調(diào)節(jié)pH至1.8～2.2，通過攪拌完成萃取，然后離心，一次完成青霉素的提取、純化及除雜，青霉素被提取到有機(jī)相中，色素、雜質(zhì)及雜蛋白則被分配到下面的雙水相中；所述的高分子聚合物A和鹽及青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液的重量份比為每100重量份中，聚合物A占8-16重量份，鹽占10-20重量份其余為青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液；所述的高分子聚合物B與高分子聚合物C及青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液的重量份比為每100重量份中，聚合物B占5-12重量份，高分子聚合物C占8-20重量份其余為青霉素的發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液；所述的高分子聚合物A為聚乙二醇，鹽為磷酸鉀、硫酸鈉、甲酸鈉、硫酸鎂或硫酸銨；或者高分子聚合物A為聚丙二醇，鹽為磷酸鉀；或者高分子聚合物A為甲氧基聚乙二醇，鹽為磷酸鉀；所述的高分子聚合物B為聚乙二醇，高分子聚合物C為葡聚糖或聚乙烯醇；或者高分子聚合物B為聚丙二醇，高分子聚合物C為葡聚糖、羥基丙基葡聚糖、聚乙烯醇或甲氧基聚乙二醇；或者高分子聚合物B為聚乙烯醇，高分子聚合物C為葡聚糖、羥基丙基葡聚糖或甲基纖維素；或者高分子聚合物B為甲基纖維素，高分子聚合物C為葡聚糖或羥基丙基葡聚糖，或者高分子聚合物B為羥基丙基葡聚糖，高分子聚合物C為葡聚糖；所述的有機(jī)相為乙酸丁酯、乙酸乙酯，有機(jī)相在三相體系中與雙水相的體積比為1/3～2/3所屬的調(diào)節(jié)pH值的酸為硫酸或鹽酸。
本發(fā)明提供的三相萃取一步法萃取純化青霉素，是通過將成相組分(高聚物A和鹽或高聚物B和高聚物C)按上述比例加入到含有青霉素的發(fā)酵液或其濾液中形成雙水相體系，然后加入乙酸丁酯形成的三相體系，利用有機(jī)溶劑與雙水相體系共同組成的三相體系一次完成對(duì)復(fù)雜混合物提取和純化，三相之間協(xié)同作用完成目標(biāo)產(chǎn)物和副產(chǎn)物的定向分離，在一次萃取中完成有機(jī)相/水以及雙水相之間的協(xié)同萃取分配過程。萃取、純化和除雜過程一步完成，實(shí)現(xiàn)青霉素的提取和純化過程。對(duì)濾液可減少破乳、冷凍脫水和脫色等中間環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。對(duì)于全發(fā)酵液萃取過程除有上述優(yōu)點(diǎn)外，用普通攪拌和離心操作過程下即可完成萃取過程，還可簡(jiǎn)化絮凝、破乳、冷凍脫水和脫色等中間環(huán)節(jié)，有效地簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。
實(shí)施例1，用本發(fā)明的三相萃取一步法萃取純化青霉素發(fā)酵濾液將12.5g聚乙二醇(也可為聚丙二醇或甲氧基聚乙二醇)和15g硫酸銨(也可為磷酸鉀、硫酸鈉、甲酸鈉或硫酸鎂)加入至72.5g新鮮青霉素發(fā)酵濾液中，形成雙水相，在100重量份的雙水相中，聚乙二醇占12.5重量份，硫酸銨占15重量份，其余為新鮮青霉素發(fā)酵濾液，占72.5重量份，再加入工業(yè)回收的乙酸丁酯(也可為乙酸乙酯)，形成三相體系，乙酸丁酯與雙水相總體積的體積比為1/2，攪拌，并用10％硫酸調(diào)節(jié)pH值，使pH1.8～2.2范圍。充分?jǐn)嚢韬?，進(jìn)行離心，此時(shí)共有四層最上面一層是澄清的有機(jī)相，第二層是一層薄的乳化層，第三層是顏色很深的一層水相，第四層是淺顏色的水相。取上清有機(jī)相做一次乙酸丁酯全檢，結(jié)果如表1所示。
表1，三相(其兩相組成為高分子聚合物A與鹽水溶液)萃取一步法萃取濾液體系
注BA即表示乙酸丁酯表1表示三相萃取一步法萃取濾液體系的情況。表明對(duì)不同批次的濾液，不同分子量的聚乙二醇，不同的有機(jī)溶劑情況下，均可保證一次乙酸丁酯檢測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)高于現(xiàn)行工廠標(biāo)準(zhǔn)，采用三相萃取一步法對(duì)濾液體系萃取可明顯提高萃取質(zhì)量，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。
與現(xiàn)行對(duì)濾液體系萃取方法比較，三相萃取一步法主要體現(xiàn)在純化有機(jī)相及降低乳化，如表2所示表2、三相萃取一步法工藝與現(xiàn)行工藝萃取濾液一些基本指標(biāo)的比較
從表2可知，一次乙酸丁酯的主要參數(shù)都有所提高，乳化也有所降低。另外，在三相萃取一步法工藝過程中可節(jié)省原過程中的破乳、冷凍、脫水及吸附脫色等步驟，有效的簡(jiǎn)化了現(xiàn)行的工藝過程。現(xiàn)行工藝中的濾液中的色素只在乙酸丁酯和水相中進(jìn)行分配，而在濾液中引入高分子聚合物和鹽類導(dǎo)致形成雙水相，一方面聚乙二醇可有效的吸附色素，沉降蛋白，硫酸銨絮凝蛋白雜質(zhì)，另一方面，兩者相互作用形成的雙水相類似一層液體的過濾膜，將青霉素萃取到有機(jī)相同時(shí)將色素，雜蛋白質(zhì)和有機(jī)酸等雜質(zhì)留在水相中。
與雙水相體系比較，例如在聚乙二醇6000(11.6％)，硫酸銨(13.9％)的雙水相濾液體系中，青霉素首先在雙水相中進(jìn)行不對(duì)稱分配，分配系數(shù)為18.7，由于上下相體積比0.34，因此，青霉素效價(jià)度高的上相的萃取率僅為42.7％。將上相取出，然后用醋酸丁酯在pH=2的條件下提取青霉素，收率62.0％。即使上下相同時(shí)用醋酸丁酯萃取，因?yàn)檫^程比較多，損失仍然很大。此外，雙水相的上相盡管青霉素效價(jià)比較高，但由于富含聚乙二醇相，粘度比較大萃取過程傳質(zhì)比較慢。而在與上述相同的聚乙二醇和硫酸銨百分含量的三相體系，采用三相萃取一步法，則一次乙酸丁酯的萃取率可達(dá)89.9％，水含量0.93，污染指數(shù)0.26，色級(jí)2級(jí)。而且，乙酸丁酯可在萃取過程中有效地降低雙水相的粘度，增加萃取過程的傳質(zhì)速度。
實(shí)施例2，用本發(fā)明的三相萃取一步法萃取純化青霉素濾液將8g聚乙二醇(也可為聚丙二醇、聚乙烯醇、甲基纖維素或羥基丙基葡聚糖)和20g葡聚糖(也可為聚乙烯醇、甲基纖維素、羥基丙基葡聚糖或甲氧基聚乙二醇)加入至72g新鮮青霉素發(fā)酵濾液中，形成雙水相，在100重量份的雙水相中，聚乙二醇占8重量份，葡聚糖占20重量份，其余為新鮮青霉素發(fā)酵濾液，占78重量份，再加入工業(yè)回收的乙酸丁酯(也可為乙酸乙酯)，形成三相體系，乙酸丁酯與雙水相總體積的體積比為1/3，攪拌，并用10％硫酸調(diào)節(jié)pH值，使pH1.8～2.2范圍。充分?jǐn)嚢韬?，進(jìn)行離心。其結(jié)果分析情況同實(shí)施例1類似。
實(shí)施例3，用本發(fā)明的三相萃取一步法萃取純化青霉素濾液將16g聚乙二醇(也可為聚丙二醇或甲氧基聚乙二醇)和10g硫酸銨(也可為磷酸鉀、硫酸鈉、甲酸鈉或硫酸鎂)加入至74g新鮮青霉素發(fā)酵濾液中，形成雙水相，在100重量份的雙水相中，聚乙二醇占16重量份，硫酸銨占10重量份，其余為新鮮青霉素發(fā)酵濾液，占74重量份，再加入工業(yè)回收的乙酸丁酯(也可為乙酸乙酯)，形成三相體系，乙酸丁酯與雙水相總體積的體積比為2/3，攪拌，并用10％鹽酸調(diào)節(jié)pH值，使pH1.8～2.2范圍。充分?jǐn)嚢韬?，進(jìn)行離心。其結(jié)果分析情況同實(shí)施例1類似。
實(shí)施例4、用本發(fā)明的三相萃取一步法萃取純化青霉素發(fā)酵液將12.5g聚乙二醇(也可為聚丙二醇或甲氧基聚乙二醇)和15g硫酸銨(也可為磷酸鉀、硫酸鈉、甲酸鈉或硫酸鎂)加入至72.5g新鮮青霉素發(fā)酵液中，形成雙水相，在100重量份的雙水相中，聚乙二醇占12.5重量份，硫酸銨占15重量份，其余為新鮮青霉素發(fā)酵液，占72.5重量份，再加入工業(yè)回收的乙酸丁酯(也可為乙酸乙酯)，形成三相體系，乙酸丁酯與雙水相總體積的體積比為1/2，攪拌，并用10％硫酸調(diào)節(jié)pH值，使pH1.8～2.2范圍。充分?jǐn)嚢韬螅M(jìn)行離心。共有三層最上面一層是有機(jī)相，然后是一層顏色很深的固液混合相，包括有菌絲，色素和部分乳化的雜蛋白，最下面一層是澄清的水相。取上層有機(jī)相做一次BA全檢。取80g新鮮發(fā)酵液(重量百分比占74.5％)加入12.5g聚乙二醇(或聚丙二醇，或甲氧基聚乙二醇)(重量百分比占11.6％)，15g硫酸銨(或磷酸鉀、硫酸鈉、甲酸鈉、或硫酸鎂)(重量百分比占13.9％)，加入50ml工業(yè)回收的乙酸丁酯(或乙酸乙酯)(與雙水相總體積比為1/2)，攪拌，再用10％硫酸調(diào)節(jié)到pH1.8～2.2范圍。充分?jǐn)嚢韬?，進(jìn)行離心。共有三層最上面一層是有機(jī)相，然后是一層顏色很深的固液混合相，包括有菌絲，色素和部分乳化的雜蛋白，最下面一層是澄清的水相。取上層有機(jī)相做一次BA全檢，其結(jié)果見表3。
表3三相(其兩相組成為高分子聚合物A與鹽水溶液)萃取一步法萃取全發(fā)酵液
注BA即表示乙酸丁酯表3表示三相萃取一步法萃取全發(fā)酵液體系的情況。表明對(duì)不同批次的全發(fā)酵液，不同分子量的聚乙二醇的青霉素萃取情況，一次BA的各項(xiàng)指標(biāo)均可達(dá)到現(xiàn)形濾液萃取后的標(biāo)準(zhǔn)，采用三相萃取一步法對(duì)全發(fā)酵液體系的萃取可明顯提高萃取質(zhì)量，簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝。
對(duì)全發(fā)酵液萃取過程中，過濾是抗生素生產(chǎn)中的長(zhǎng)期以來薄弱環(huán)節(jié)，過濾時(shí)由于機(jī)械損失及破壞等原因，有時(shí)效價(jià)損失可達(dá)10～20％。因此，全發(fā)酵液的不過濾提取是抗生素提取的重要發(fā)展方向。傳統(tǒng)的全發(fā)酵液提取一般使用樹脂進(jìn)行吸附和解吸過程提取部分抗生素，這種方法水稀釋量大，工作強(qiáng)度比較大。目前國(guó)外和國(guó)內(nèi)的某些廠家都采用先進(jìn)的價(jià)格昂貴的Decantor傾析器萃取設(shè)備，工藝上仍需選擇好的、合適的破乳劑，同時(shí)要控制一定的粘度，而且發(fā)酵液中要預(yù)先加入一定量的溶媒，以便提高萃取率。采用三相萃取一步法除仍具有處理濾液時(shí)的特點(diǎn)，并可在全發(fā)酵液上進(jìn)行更為簡(jiǎn)單的工藝處理，簡(jiǎn)化絮凝，破乳，脫色等中間環(huán)節(jié)，而且得到質(zhì)量更高的產(chǎn)品。三相萃取一步法工藝與現(xiàn)行工藝一些基本過程和參數(shù)的比較見表4。
表4、三相萃取一步法工藝與現(xiàn)行工藝萃取全發(fā)酵液基本過程和參數(shù)的比較
一般利用雙水相處理全發(fā)酵液得到四種不同的相頂相、界面相、底相和固相。界面相及固相主要由特定物料組成，相多造成處理上的麻煩，而且后處理過程復(fù)雜，損失量也較大。分配系數(shù)和萃取率也都略低于同樣條件下對(duì)濾液的萃取情況。而采用三相萃取一步法，青霉素萃取率可達(dá)77％，水含量1.1％，色級(jí)4+，污染指數(shù)0.25。而且萃取后得到界限分明的三相，上層有機(jī)相，中間顏色很深的液固混合相及下部也較為澄清的水相。這樣易于分段處理，便于控制集中回收。工藝過程也簡(jiǎn)單，產(chǎn)品質(zhì)量也大大提高。
實(shí)施例5，用本發(fā)明的三相萃取一步法萃取純化青霉素發(fā)酵液將8g聚乙二醇(也可為聚丙二醇、聚乙烯醇、甲基纖維素或羥基丙基葡聚糖)和20g葡聚糖(也可為聚乙烯醇、甲基纖維素、羥基丙基葡聚糖或甲氧基聚乙二醇)加入至72g新鮮青霉素發(fā)酵濾液中，形成雙水相，在100重量份的雙水相中，聚乙二醇占8重量份，葡聚糖占20重量份，其余為新鮮青霉素發(fā)酵濾液，占78重量份，再加入工業(yè)回收的乙酸丁酯(也可為乙酸乙酯)，形成三相體系，乙酸丁酯與雙水相總體積的體積比為1/3，攪拌，并用10％硫酸調(diào)節(jié)pH值，使pH1.8～2.2范圍。充分?jǐn)嚢韬?，進(jìn)行離心。其結(jié)果分析情況同實(shí)施例4類似。
實(shí)施例6，用本發(fā)明的三相萃取一步法萃取純化青霉索發(fā)酵液將16g聚乙二醇(也可為聚丙二醇、聚乙烯醇、甲基纖維素或羥基丙基葡聚糖)和10g葡聚糖(也可為聚乙烯醇、甲基纖維素、羥基丙基葡聚糖或甲氧基聚乙二醇)加入至74g新鮮青霉素發(fā)酵濾液中，形成雙水相，在100重量份的雙水相中，聚乙二醇占16重量份，葡聚糖占10重量份，其余為新鮮青霉素發(fā)酵濾液，占74重量份，再加入工業(yè)回收的乙酸丁酯(也可為乙酸乙酯)，形成三相體系，乙酸丁酯與雙水相總體積的體積比為2/3，攪拌，并用10％鹽酸調(diào)節(jié)pH值，使pH1.8～2.2范圍。充分?jǐn)嚢韬?，進(jìn)行離心。其結(jié)果分析情況同實(shí)施例3類似。
權(quán)利要求
1．一種三相萃取一步法萃取純化青霉素，其特征在于將高分子聚合物A/鹽或高分子聚合物B/高分子聚合物C按比例加入到青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液中，形成雙水相體系，然后再加入有機(jī)相形成三相體系，用酸調(diào)節(jié)pH至1.8～2.2，通過攪拌完成萃取，然后離心，一次完成青霉素的提取、純化及除雜，青霉素被提取到有機(jī)相中，色素、雜質(zhì)及雜蛋白則被分配到下面的雙水相中；所述的高分子聚合物A和鹽及青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液的重量份比為每100重量份中，聚合物A占8-16重量份，鹽占10-20重量份其余為青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液；所述的高分子聚合物B與高分子聚合物C及青霉素發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液的重量份比為每100重量份中，聚合物B占5-12重量份，高分子聚合物C占8-20重量份其余為青霉素的發(fā)酵液或青霉素發(fā)酵濾液；所述的高分子聚合物A為聚乙二醇，鹽為磷酸鉀、硫酸鈉、甲酸鈉、硫酸鎂或硫酸銨；或者高分子聚合物A為聚丙二醇，鹽為磷酸鉀；或者高分子聚合物A為甲氧基聚乙二醇，鹽為磷酸鉀；所述的高分子聚合物B為聚乙二醇，高分子聚合物C為葡聚糖或聚乙烯醇；或者高分子聚合物B為聚丙二醇，高分子聚合物C為葡聚糖、羥基丙基葡聚糖、聚乙烯醇或甲氧基聚乙二醇；或者高分子聚合物B為聚乙烯醇，高分子聚合物C為葡聚糖、羥基丙基葡聚糖或甲基纖維素；或者高分子聚合物B為甲基纖維素，高分子聚合物C為葡聚糖或羥基丙基葡聚糖，或者高分子聚合物B為羥基丙基葡聚糖，高分子聚合物C為葡聚糖；所述的有機(jī)相為乙酸丁酯、乙酸乙酯，有機(jī)相在三相體系中與雙水相的體積比為1/3～2/3。
2．按權(quán)利要求1所述的三相萃取一步法萃取純化青霉素，其特征在于調(diào)節(jié)pH值的酸為硫酸或鹽酸。
全文摘要
一種三相萃取一步法萃取純化青霉素:將高分子聚合物/鹽或兩種高分子聚合物按比例加入青霉素發(fā)酵液或其濾液中,形成雙水相,再加入有機(jī)相形成三相,調(diào)整pH,通過攪拌、離心,一次完成其提取、純化及除雜,青霉素被提取到有機(jī)相中,色素、雜質(zhì)及雜蛋白則被分配到雙水相中;有效純化有機(jī)相,降低乳化程度,簡(jiǎn)化青霉素萃取的絮凝,破乳,冷凍脫水和脫色等工藝,綜合利用多相體系的密度梯度、極性梯度,對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物和雜質(zhì)同時(shí)進(jìn)行定向分離。
文檔編號(hào)C07D499/00GK1324795SQ0010765
公開日2001年12月5日 申請(qǐng)日期2000年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月23日
發(fā)明者陳繼, 王斌, 劉慶芬, 安震濤, 劉會(huì)洲, 陳家鏞 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院化工冶金研究所