抗生素备课第十章发酵液的预处理和液-固分离-精选文档.ppt

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1、第十章 发酵液的预处理 和液-固分离,在发酵法生产中,发酵液中存在大量菌丝体、菌种代谢物、剩余培养基以及抗生素主组分以外的其他复杂组分。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。,第一节 确定预处理方法的基本条件 一、了解抗生素存在的部位 抗生素存在部位：发酵液或菌体内 1、发酵液：大部分抗生素分泌到胞外，经过液-固分离，得澄清发酵液，进一步纯化，得到纯品。 2、菌体内：一些抗生素如多烯类的制霉菌素、两性霉素、曲古霉素累积于菌丝体中，且水溶性很小，取其滤饼，再用其他溶剂萃取。,二、稳定性 发酵液预处理的pH、温度及化学试剂的选择，取决于抗生素的稳定性。 如青霉素稳定

2、性差，酸化pH只能控在4.85.2,并要求低温。（青霉素是很不稳定的化合物，遇酸、碱或加热都易分解而失活，特别是-内酰胺环，失去抗生能力。） 多黏菌素E稳定性好，可在pH2. 0, 95进行处理。 红霉素酸性不稳定,而在碱性中较稳定,故发酵液只能加NaOH调pH7.98.0,过滤去除蛋白质。（红霉素经酸水解产生脱水红霉素，脱水红霉素进一步水解成红霉糖胺和红霉糖。）,三、提取工艺对滤液质量的要求 一般要求：滤液澄清、pH适中、有一定浓度。 不同的提取工艺路线，对滤液质量要求不同。 如离子交换法：对无机离子（特别是高价离子）、灰分含量、澄清度要求较严。 溶媒萃取法：要求蛋白含量低，减轻乳化现象。

3、直接沉淀法：对滤液质量要求更高，加草酸酸化，还要加净化剂，滤液还需复滤，结晶前还需脱色处理。,第二节 发酵液预处理的方法 发酵液预处理的目的： 1、去除可溶性黏胶状物质，包括核酸、杂蛋白、不溶性多糖等。 2、去除无机盐，包括Fe3+、Ca2+、Mg2+等，他们的存在会影响成品质量，影响离子交换提取过程。 为达到预处理目的，经常将发酵液pH调节至酸性或碱性。如四环类抗生素由于能和钙、镁、钡等离子形成不溶性的络合物，故大部分沉积在菌丝内，用草酸酸化后，就能产生草酸钙沉淀，使四环类抗生素从菌丝体中转入水 相中。,酸化剂可采用盐酸、硫酸、磷酸、草酸等。但在选择酸化剂时应考虑适合抗生素产品性能，对设备腐

4、蚀性以及价格低廉、来源方便等。常用的是草酸，因为草酸酸性温和、腐蚀性小，并能与发酵液中碱土金属结合成沉淀而析出，起释放抗生素作用。 碱化剂常用：氢氧化钠、碳酸钠、氨水等，最常用氢氧化钠，因为来源便宜，价格便宜，不污染环境等，但腐蚀性大。碱化时可时铁离子生成氢氧化铁以及部分蛋白沉淀除去。 一、菌丝体及蛋白质的处理 1、等电点沉淀 蛋白质为两性物质，在等电点时，在水中溶解度最小，能沉淀除去。蛋白质等电点都在酸性范围内，pH4.05.5。,2、变性沉淀 最常用的方法是加热，适合于对热稳定的抗生素，加热可加速蛋白凝聚，还能使液体黏度降低，加快过滤速度。如，在链霉素生产中，采取pH3.03.5情况下，加

5、热7075，维持30min以凝固蛋白质，过滤速度可提高3倍，黏度降低到原来的1/6。 3、加各种沉淀剂沉淀 蛋白质能与一些阴离子如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀。在碱性溶液中，能与一些阳离子如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。,4、加入凝聚剂 某些无机盐可使细胞、细胞碎片及蛋白质等胶体颗粒发生凝聚作用而被去除。常用的凝聚剂：Al2（SO4）3 18H2O、AlCl3 6H2O、FeCl3、ZnSO4、MgCO3等。 5、加入絮凝剂 如壳聚糖、海藻酸钠、明胶等。发酵液中加入絮凝剂，形成粗大的絮凝团，有助过滤。 6、吸附 利用吸附作用能有

6、效去除杂蛋白。 例如四环素发酵液中加入黄血盐和硫酸锌，生成亚铁氰化锌钾K2Zn3Fe（CN）62的胶状沉淀，将蛋白与菌体去除。,7、酶解法去除不溶性多糖 如淀粉酶将培养基中多余的淀粉水解成单糖，降低发酵液黏度，提高滤速。 二、高价金属离子的去除 主要是Ca2+、Mg2+、Fe3+等高价金属离子。 （1）Ca2+ ： 加入草酸，反应生成草酸钙还可使蛋白质凝固，提高滤液质量，但草酸价格较贵，应注意回收。,（2）Mg2+ ： 加入三聚磷酸钠Na5P3O10 ，与Mg2+形成络合物，消除Mg2+的影响。 用磷酸盐也能大大降低Ca2+、 Mg2+浓度。 （3）Fe3+ ： 加入黄血盐，形成普鲁士蓝沉淀,

7、Fe3+ + K4Fe（CN）6,Fe4Fe（CN）63,+ 12 K+,第三节 发酵液的液-固分离 一、设备 1、板框压滤机 这是目前较常用的过滤设备。优点：过滤面积大，能耐受较高压力差，结构简单，造价较低，动力消耗少。缺点：不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，非生产时间长，生产能力低。 2、真空鼓式过滤机 能连续操作，实现自动控制，主要适用于菌丝较粗的真菌发酵液的过滤，如青霉素发酵液的过滤。,3、离心分离机 优点：速度快，效率高，卫生条件好。占地面积小，能自动化、连续化控制，适合于大规模的分离过程。缺点：设备投资费用高、能耗较高。 二、影响液-固分离的因素 大多数微生物发酵液属于非牛顿型液

8、体（凡不遵循牛顿粘性定律的流体，统称为非牛顿型流体 ） ，液-固分离较困难。 影响发酵液粘度的因素 1）菌体种类和浓度不同，其粘度有很大差别真菌菌丝较粗大，液-固分离比较容易。,细菌或细胞碎片相当细小，液-固分离十分困难，一般离心分离或过滤方法效果很差，因此应先用预处理的各种手段来增大粒子，才能获得澄清的滤液。 2）不同的培养基组分和用量也影响粘度，如用黄豆饼粉、花生饼粉作氮源，用淀粉作碳源会使粘度增大。发酵液中未用完的培养基较多或发酵后期用油作消沫剂也会使过滤困难。 3）一般发酵进入自溶阶段，抗生素产量才能达到高峰，但菌丝自溶使发酵液变粘，为保证过滤工序的顺利进行，必须正确选择发酵终点和放罐

9、时间。 4）染菌的发酵液粘度也会增高。,第十一章 溶媒萃取法提取抗生素,什么叫溶媒萃取法？ 是用一种溶媒将溶质自另一种溶媒中提取出来。要求：1）那么这两种溶媒就必须不能混溶或部分混溶，以能形成两相而便于分离；2）所选用的溶媒对抗生素应有较大的溶解度和选择性，用量较少就能提取完全，并使抗生素和杂质有一定程度的分离。,工业生产中大部分萃取分为以下几个主要步骤：,发酵滤液,萃取,反萃取,结晶,产品,第一节 分配定律 一、分配定律 料液：在溶媒萃取中，被提取的溶液（发酵液） 溶质：预提取的物质（抗生素） 萃取剂：用以进行萃取的溶媒（萃取溶剂） 萃取液：经接触分离后，大部分溶质转移到萃取剂中，而得到的溶

10、液 萃余液：被萃取出溶质的料液,将萃取剂和料液放在分液漏斗中，振荡混合，然后静置分层形成两相，即萃取液（I）和萃余液（II）。此时有一部分溶质自第II相（料液）转入第I相（萃取剂）中。 溶质在两相中的浓度符合以下定律：,C1,C2,=,萃取相浓度,萃余相浓度,=,K,这就是分配定律，分配定律应用的条件：1）必须是稀溶液； 2）溶质对溶媒的互溶度没有影响；3）必须是同一种分子类型，即不发生结合或离解。,第二节 萃取方式和理论得率的计算 工业萃取过程包括三个： 1）混合：料液和萃取剂混合形成乳浊液，抗生素自料液转入萃取剂中。混合通常在搅拌罐中进行，这是工业上经常使用的方式。现在可采用其他效率更高的

11、混合方式，即管道萃取，将料液和萃取剂以很高的速度在管道内混合，也有利用喷射泵内涡流混合进行萃取，叫喷射萃取。 2）分离：将料液和萃取剂混合形成的乳浊液分成萃取相和萃余相。分离通常利用离心机进行。 3）溶媒回收：因溶媒价格都比较高，并且易给环境造成污染，所以要对溶媒进行回收。,萃取过程，按其操作方式分类，可分为： 单级萃取（图） 多级萃取（错流萃取、逆流萃取图） 一、单级萃取 包括一个混合器和一个分离器 1）料液F和溶剂S在混合器中充分混合 2）用分离器得到萃取液L和萃余液R 3）如分配系数为K，料液体积为VF，溶媒体积为Vs，则经过萃取后，溶质在萃取相与萃余相中数量之比为,E = K,Vs,V

12、F,由E得未被萃取分率：,=,1,E+1,理论收率,1-=,E,E+1,举例,当分配系数相同而萃取剂用量少时，其理论得率也相应降低些。,二、多级萃取 1、多级错流萃取 料液经萃取后的萃余液再用新鲜萃取剂进行萃取称为多级错流萃取。 特点：第一级的萃余液R1作为第二级的料液，第二级的萃余液R2作为第三级的料液，每次萃取都用新鲜的萃取剂S1、S2、S3。同理还可进行n级萃取。 优点：萃取较完全 缺点：溶剂消耗量大，因为每级萃取都加入新鲜的萃取剂，这样得到的萃取液平均浓度就比较稀。,多级错流萃取的理论得率计算公式为,1-n=,1-,1,（E1+1）（E2+1） （En+1）,举例,总结：当分配系数相同

13、，并且萃取剂总用量相同时，二级萃取得率比单级萃取收得率要高。 简言之，在萃取剂用量一定的情况下，萃取次数愈多，则萃取愈完全。,2、多级逆流萃取 在第一级中加入料液F，萃余液顺序作为后一级的料液，而在最后一级加入萃取剂S，萃余液顺序作为前一级的萃取剂，料液移动的方向和萃取剂移动的方向相反，故称为逆流萃取。 特点：1）第一级的萃余液R1作为第二级的料液，第二级的萃余液R2作为第三级的料液，依次类推；2）而萃取剂S只在最后一级加入，最后一级的萃取液L1作为第二级的萃取剂，第二级的萃取液L2作为第一级的萃取剂。,理论得率为,1-n=,En+1- E,En+1- 1,X 100%,举例,结论：二级逆流萃

14、取的效果比二级错流萃取的效果更好，溶媒用量更少，收得率更高。,实际生产中情况极复杂，实际收得率一般比理论得率要低。 第三节 乳化和去乳化 一、乳化 在正常情况下，萃取过程中将料液和萃取剂充分混合后形成乳浊液，但通过静置或离心的方法这两相可完全分开，分为上下两层，但在抗生素工业中，因为发酵液中有大量蛋白质存在，即使通过预处理和过滤，也不能将这些杂蛋白完全去除。这些残留的杂蛋白具有表面活性作用，在进行溶剂萃取时引起乳化，使有机相与水相难以分层，即使用离心机也不能将两相完全分开。,如在有机相中夹带水相，会使后续操作困难；如果水相中夹带有机相，则意味着产物的损失，因为这些水相往往作为萃取液被处理丢弃的

15、。 因此，在萃取过程中破乳化是非常重要的。 二、去乳化 常用方法 1、过滤和离心分散 这是针对乳化不严重时，可用过滤或离心分离的方法。 2、加热 加热能使黏度降低，易促使乳浊液破坏，可应用于对热较稳定的抗生素。,3、稀释法 在乳浊液中，加入连续相，可使乳化剂浓度降低而减轻乳化。 4、加电解质 离子型乳化剂所成乳浊液常因分散相带电荷而稳定，这些可加入电解质，以中和其电性而促使聚沉。 5、顶替法 这是最主要的破乳化方法。这种方法的原则是选择一种能强烈吸附于油-水界面的表面活性剂，用以顶替在乳状液中生成牢固膜的乳化剂，产生一种新膜，其强度较低，有利于破乳。 6、转型法 在油水（O/W）乳状液中，加入

16、亲油性乳化剂，则,乳状液从O/W型转变成W/O趋向，如果控制条件不允许形成W/O型乳状液，则在转变过程中，乳状液就破坏。同样，在W/O型乳状液中，加入亲水性乳化剂，也会使乳状液破坏。 第四节 影响萃取操作的一些因素 1、乳化作用 2、pH 在萃取操作中，正确选择pH值很重要 首先，pH影响弱酸或弱碱性抗生素的分配系数，而分配系数又直接和收率有关。另外，,溶液的pH也影响药物的稳定性。所以，合适的pH应权衡这两方面来决定。 3、温度的影响 首先，抗生素在高温下不稳定，故萃取一般在低温下进行。另外，随温度升高，有机溶剂与水之间的互溶度增大，从而萃取效果降低。 4、盐析作用 加入盐析剂如（NH4）2

17、SO4、NaCl等可使抗生素在水中溶解度降低，而易于转入溶媒中去。另一方面也能减少有机溶媒在水中的溶解度。,5、带溶剂 有的抗生素的水溶性很强，在有机溶媒中溶解度很小，则如果要采用溶媒萃取法来提取，可借助于带溶剂。带溶剂指能和抗生素形成复合物，而易溶于溶媒中，并且此复合物在一定条件下又要容易分解。 6、溶媒的选择 萃取用的溶媒除对抗生素有较大的溶解度，还应有良好的选择性。根据类似物容易溶解类似物的原则，应选择与抗生素结构相近的溶媒。另外工业上还要求溶媒价廉、毒性小、来源广泛易得。在抗生素工业生产中最常用的是乙酸乙酯、乙酸丁酯和丁醇等。,乙酸丁酯是流体力学性能最好、应用最广泛的一种萃取剂，大多数

18、抗生素均用它进行提取。但它的水溶性大使其使用价值大大降低。此外，许多有毒性的溶剂也在使用，如苯类及其衍生物等溶剂，由于毒性限制了它们的使用。,第五节 溶媒的回收 主要是由于在生产中，须考虑到生产成本，溶媒消耗在成本中所占的比例很高，因此应尽量加以回收，再利用。 回收的溶媒应包括萃取中废溶媒，结晶母液中的溶媒，洗涤结晶的溶媒。,第十二章 离子交换法 提取抗生素,离子交换法：是应用合成的离子交换树脂作为吸着剂，将溶液中的物质，依靠库仑力吸附在树脂上，然后用合适的洗脱剂将吸附物从树脂上洗脱下来，达到分离、浓缩、提纯的目的。 特点：树脂无毒性且可反复再生使用，少用或不用有机溶剂，因而具有设备简单，操作

19、方便，劳动条件好的优点，成为提取抗生素的主要方法之一，在多种抗生素生产中使用。,缺点：离子交换法有生产周期长，成品质量有时较差，pH变化大，可能对pH稳定性不佳的抗生素不适用。 第一节 离子交换树脂的 基本概念极其分类 一、基本概念 定义：离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和有机溶剂的固态高分子化合物，化学稳定性良好，且具有离子交换能力。 其组成可分为两部分： 一部分是不能移动的、多价的高分子基团，构成树脂的骨架，使树脂具有上述溶解度和化学稳定性的性质；,另一部分是可移动的离子，称为活性离子，它在树脂骨架中的进进出出，就发生了离子交换现象。 活性离子是阳离子的称为阳离子交换树脂，活性离子是阴离子的

20、称为阴离子交换树脂。 树脂的特点：1）当树脂浸在水溶液中时，活性离子因热运动的关系，可在树脂周围的一定距离内运动；2）树脂内部有许多空隙，由于内部和外部溶液的浓度不等，通常是内部浓度较高，存在着渗透压，外部水分可渗入到内部，这样就促使树脂体积膨胀，因而,可把树脂看作有弹性的物质，当树脂体积增大时，骨架的弹力也随着增加，当弹力增加到和渗透压平衡时，树脂体积就不再增大；3）离子交换树脂进行提取和通常在溶液中进行的离子交换有质的区别。利用离子交换树脂进行的反应是在异相中进行，如树脂的选择性好，则把离子吸附到树脂上去后，就好象产生“沉淀”一样，反应就较完全。这样只要是能离子化的物质，就可能利用树脂来改

21、变其中的离子组成。,二、分类 树脂的主要性能是由可交换的功能团中的活性离子决定的，阳树脂的功能团是酸性基团，而阴树脂的是碱性基团。功能团的电离程度决定了树脂的酸性或碱性的强弱。因此，也可分为强酸性、弱酸性阳离子交换树脂，强碱性、弱碱性阴离子交换树脂四大类。 1、强酸性阳离子交换树脂 一般以磺酸基SO3H作为功能基团；强酸性基团的电离程度不随外界溶液的pH而变，pH一般没有限制。,RSO3H + NaCl,RSO3Na + HCl,2、弱酸性阳离子交换树脂 功能基团是羧基-COOH，酚羟基-OH等，其交换性能和溶液的pH有很大关系，一般pH 7或pH 9。,3、强碱性阴离子交换树脂 两种，强碱

22、I型：含三甲胺基，碱性较强，再生较困难。强碱 II型：含二甲基- 羟基-乙基胺基团，稳定性较差。,RCOOH + NaOH,RCOONa + H2O,RN（CH ）3Cl+ NaOH,RN（CH ）3OH+ NaCl,4、弱碱性阴离子交换树脂 功能团有伯胺基（-NH2 ）、仲胺基（=NH ）、 叔胺基（ N ），吡啶基（C6H5N）等。 交换能力随pH变化而变化，pH愈低，交换能力越大。,RNH3OH + HCl,RNH3Cl + H2O,三、树脂的命名 离子交换树脂的命名，国际上迄今还没有统一的规则，国外多数是以厂家或商家的牌号、代号来表示。我国在60年代后逐步规划统一的命名法是：,1100

23、号 强酸性离子交换树脂 101200号 弱酸性离子交换树脂 201300号 强碱性离子交换树脂 301400号 弱碱性离子交换树脂 1044：强酸性阳离子交换树脂，交链度为4。 第二节 离子交换树脂的理论基础 一、离子交换速度 1、交换机理 交换反应：,A+ + RB,RA + B +,离子交换过程包括5个步骤： 1）A+离子自溶液中扩散到树脂表面 2） A+离子从树脂表面再扩散到树脂内部的活性中心 3） A+离子与RB在活性中心上发生复分解反应 4）解吸离子B+自树脂内部的活性中心扩散到树脂表面 5） B+离子再从树脂表面扩散到溶液中 根据电荷中性原则1）和5）同时发生且速度相等，方向相反；

24、2）和4）同时发生，速度相等，方向相反。,实际上包括三个过程：外部扩散，内部扩散，化学交换反应。 2、影响交换速度的因素： 1）颗粒大小 树脂颗粒减小无论对内部扩散控制或外部扩散控制的场合，都有利于交换速度的提高。 2）交链度 降低树脂交链度，能提高交换速度。 3）温度 温度上升，交换速度增快 4）离子的化合价,化合价愈高，扩散速度愈慢，离子在树脂中扩散时，存在和树脂骨架中的库仑力。离子化合价愈高，引力愈大，扩散速度就愈小。 5）离子的大小 离子小，交换速度快 分子筛：利用大分子和小分子在某种树脂上的交换速度不同，大分子在树脂中的扩散速度慢，因为大分子会和树脂碰撞，而达到分离的目的，这种树脂称

25、为分子筛。 6）搅拌速度：增加搅拌速度可使交换速度增加，主要通过增加外部扩散速度，但太快会打碎树脂，并且这种增加是有一定限度的。,7）溶液浓度：浓度增大时，交换速度可增加，但幅度将愈来愈小，最后达一极限值。 第三节 离子交换过程的选择性 离子交换树脂的选择性集中地反映在交换常数K的数值上。KBA（B离子取代树脂上A离子的交换常数）的K值越大，就愈易吸附B离子。 一、离子的 水化半径 离子的体积愈小，则越易吸附，而离子在水溶液中的大小应用水化半径来表征，因此水化半径小的离子越易吸附。,二、离子的化合价 在低浓度条件下，普通温度时，离子的化合价愈高，愈易被吸附。 利用离子交换树脂提取链霉素时，树脂

26、能优先吸附Str3+；在净化水时，树脂优先吸附硬水中的Ca2+、Mg2+。 三、溶液的酸碱度 pH对各种树脂的影响是不同的。如弱酸性树脂，在酸性和中性下，它的电离度很小，H+不易游离出来。因此，交换容量很低，只有在碱性的条件下，才能起交换作用。,四、交链度、膨胀度和分子筛 一般交链度大，膨胀度小的树脂选择性比较好。 增大树脂的铰链度，有机大分子便不能进入树脂内部，但无机离子不受阻碍，利用这一原理将大分子和无机离子分开的方法，称为分子筛法。 五、树脂与交换离子之间的辅助力 树脂与交换离子之间不但存在静电引力，还存在其他辅助力，主要是氢键，也可能存在分子间作用力。 六、有机溶媒的影响,有机溶媒存在

27、时，常常会使对有机离子的选择性降低，而容易吸附无机离子。 原因：一是由于有机溶剂使离子溶剂化程度降低，而易水化的无机离子降低程度要比有机离子小；二、由于有机溶剂会影响离子的电离度，使它减少，尤其是有机离子，影响更显著。 这两种因素都导致有机溶剂存在时，不利于有机离子的吸附。,第十三章 吸附法提取抗生素,吸附是一种传统的方法，在生产上早就有应用，如脱色、空气净化和除菌等，及早期的抗生素（如青霉素、链霉素）的提取、精制等。 优点：可不用或少用有机溶剂；操作简便、完全、设备简单；生产过程中pH变化小，适用于稳定性差的抗生素。 缺点：选择性差，收率不高，特别是炭粉等影响环境卫生。所以有段时间吸附法也不

28、再被使用，但随着大网格树脂的发现，吸附法又重新焕发生机。,第一节 吸附过程的理论基础 一、基本概念 非多孔性固体 多孔性固体：由于颗粒内微孔的存在，比表面很大，可达几百m2/每克，由其“外表面”和“内表面”组成，且“内表面”更大，具有较高的吸附力。 一般固体分子的内部的力均处于一种平衡的状态，而外部即表面的分子的力场是不饱和的，即存在一种固体的表面力。能吸附外界的分子、原子或离子，可在吸附剂的表面附近形成多分子层或单分子层。（图：p143）,吸附作用：物质从流体相（气体或液体）浓缩到固体表面从而达到分离的过程称为吸附作用。 吸附剂：把在表面上能发生吸附作用的固体称为吸附剂。 吸附物：被吸附的物

29、质叫吸附物。 二、吸附类型 主要根据吸附剂与吸附物之间作用力的不同来分。 1、物理吸附：吸附剂和吸附物之间通过分子间作用力而产生的吸附作用。 特点：吸附剂的整个自由界面都起作用，可吸附多分子层；吸附是可逆的，吸附同时也伴随有分子脱离固体分子表面解吸作用。选择性差，可吸附多种物质。 2、化学吸附：由于吸附剂和吸附物之间的电子转移，,发生化学反应而产生的，需在较高的温度下进行。 特点：选择性强，只能是单分子层吸附，吸附后较稳定，不易解吸。 3、交换吸附：吸附剂表面是极性分子或离子，能吸引溶液中带相反电荷的离子而形成双电层，吸附的同时在吸附剂与溶液之间发生离子交换。 三、影响吸附过程的因素 1、吸附

30、剂的因素 吸附剂的理化性质，与原料，合成方法，再生条件等有关。一般要求吸附剂吸附容量大，吸附速度快及机械强度好，容易解吸。 2、吸附物的影响 主要是溶质分子的结构及其在溶液中的溶解度。,1）一般分子比较大，空间结构复杂的物质比小分子、空间结构简单的物质易吸附。如芳香族较脂肪族，不饱和链较饱和链，大分子较小分子易吸附；2）在水溶液中的溶解度越小越易吸附。 3、温度的影响：吸附时温度不宜高，否则吸附量会降低。因为温度升高，吸附物在溶液中的溶解度增加，不利于吸附到吸附剂上去。 4、pH的影响：pH主要影响化合物的解离度，使呈分子状态，有利于吸附。如有机酸在酸性条件下，胺类在碱性条件下较易为非极性吸附

31、剂吸附。,5、其他：如混合溶质的吸附较纯溶质的吸附效果差。 第二节 几种常用的吸附剂 按化学结构可分为两大类：1）一类为有机吸附剂，如活性炭、淀粉、乳糖、大孔树脂等。2）另一类是无机吸附剂，如白土、氧化铝、硅胶等。 常用有：活性炭、白土、氧化铝、硅胶、大孔吸附树脂等。 一、活性炭 具吸附力强，分离效果好，来源方便等优点，但活性炭标准不易确定，常因采用不同来,源或不同批号的活性炭而不能得到重复结果。易污染环境、影响卫生等。 1、三种基本类型 1）粉末状活性炭：总表面积大，吸附力和吸附量也特别大，吸附力是最强的一类。 2）颗粒状活性炭：由粉末状制成颗粒，总表面积有所减少。 3）锦纶-活性炭：以锦纶

32、为粘合剂制成的颗粒，其总比表面积介于上述两种活性炭之间。 2、活性炭的选择和应用 选择吸附力适当的活性炭是成功的关键。当欲分离的抗生素不易被吸附时，选择吸附,力强的活性炭。反之，则选择吸附力弱的活性炭。 活性炭是非极性吸附剂，它的吸附作用在水溶液中最强，在有机溶剂中则较弱，故水的洗脱能力最弱，而有机溶剂的则较弱。因此吸附时一般在水溶液中进行，洗脱时在有机溶剂中进行。 水和各种浓度的乙醇作洗脱剂，则他们的洗脱能力随乙醇浓度的递增而增大。,第三节 大网格聚合物吸附剂 大网格聚合物吸附剂于1957年首次合成成功，为有机吸附剂增添了新的品种，给吸附法提取抗生素展示了广阔的前景。 特点：选择性好，解吸容

33、易，机械强度好，可反复使用等。树脂孔隙大小、骨架结构和极性，可按照需要，选择不同的原料和合成条件而改变，因此可适用于吸附各种有机物。 一、定义 大孔吸附树脂是一类不含离子交换基团的交联,聚合物,具有网状结构和很高的比表面积,且由于选用的骨架材料不同有非极性与极性之分。一般根据所需分离纯化物质的分子大小及极性强弱,选择与之相适应的大孔吸附树脂,通过物理吸附有选择地吸附有机物质达到提纯分离的目的。 二、大网格聚合物吸附剂的类型 按骨架的极性强弱，可分为非极性、中等极性,和极性吸附剂三类。 1、非极性吸附剂：由苯乙烯和二乙烯苯聚合而成，也称芳香族吸附剂。 2、中等极性吸附剂：具有甲基丙烯酸酯的结构，

34、也称为脂肪族吸附剂。 3、极性吸附剂：含由硫氮、酰胺、氮氧等基团。 比较常用的大网格聚合物吸附剂有： 美国罗姆-哈斯公司的Amberlite XAD 系列 日本三菱化成公司：Diaion HP系列 国产：CAD系列,二、大网格聚合物吸附剂的应用 大网格聚合物吸附剂的吸附能力，不但与树脂的化学结构和物理性能有关，而且与溶质、溶液的性质有关。 根据“类似物容易吸附类似物”的原则，一般非极性吸附剂适宜于从极性溶剂（例如水）中吸附非极性物质，相反高极性吸附剂适宜于从非极性溶剂中吸附极性物质。而中等极性的吸附剂则对上述两种情况都具吸附力。 大网格聚合物吸附剂对有机物的吸附一般都比较容易解吸，解吸方式通常

35、有以下几种：,1）最常用的是以低级醇、酮或其水溶液解吸 2）对弱酸性物质可用碱来解吸 3）对弱碱性物质可用酸来解吸 4）如吸附在高浓度盐溶液中进行，则常常用水洗就能解吸。,第十四章 沉淀法提取抗生素,第一节沉淀法的基本概念 沉淀法应用较广，特别是在四环类抗生素提取和精制中为国内广泛应用。一般分为间接沉淀法和直接沉淀法。 一、间接沉淀法 利用抗生素在一定的pH条件下，与某些金属离子或其它化合物的整个分子结合成难以溶解的盐或复盐沉淀出来，以达到浓缩和提纯的目的。,如利用四环类抗生素在碱性条件下能和钙、镁、钡等金属离子或某些季胺碱形成复合物而沉淀的特性，将四环素发酵滤液调节pH9.0左右,加入一定量

36、的氯化钙,形成钙盐沉淀,将沉淀以草酸溶解,同时有草酸钙析出,过滤后将滤液调节pH4.6-4.8析出四环素粗碱。 二、直接沉淀法 利用某些抗生素具有两性化合物的性质，使其在等电点时于水溶液中游离而沉淀出来，直接得到成品（或粗碱）的沉淀方法。例如，四环类抗生素是两性化合物，其性质和氨基酸、蛋白质很相似，因此，可利用等电点来,沉淀四环类抗生素。 第二节 沉淀结晶过程的实质 结晶:构成单位和排列方式有规则。 无定形:构成单位和排列方式无规则。 由于排列需要一定的时间，故在条件变化缓和时，有利于晶体的形成，称为结晶。相反，当条件变化剧烈时，使晶体快速强迫挤出，溶质分子来不及有规则地排列时，就形成无定形的

37、物质，称为沉淀。,其实，无定形物质实质上是以很多微小晶体簇形式存在。由此可见，结晶和沉淀本质是一致的，所以结晶和沉淀二着很难作截然不同的区别。 沉淀结晶的共同过程，都是1）先先形成过饱和溶液，2）然后产生晶核，3）晶核生成后，靠扩散而继续成长为晶体。 它们的共同过程都是新相形成的过程，也就是从液相中产生固相的过程。 饱和溶液：当溶液的浓度等于溶质的溶解度时，该溶液称为饱和溶液。,过饱和溶液：溶液的浓度超过溶质的溶解度时，称为过饱和溶液。 溶液到达饱和浓度仍不能析出沉淀或结晶，只有当溶液达到过饱和溶液才开始析出沉淀或结晶。因此，溶液达到过饱和浓度是沉淀结晶的前提，过饱和度是沉淀结晶的推动力。,不

38、稳定区,介稳区,稳定区,A,C,B,I,II,I：代表饱和曲线 II：代表开始有晶核形成的过饱和曲线 饱和曲线与过饱和曲线大体上是相互平行的,温度,浓度,浓度-温度曲线分为三个区域： （甲）稳定区（即不饱和区），不会产生沉淀结晶； （乙）不稳定区（即过饱和区），沉淀结晶能自动产生； （丙）介稳区（即稳定区与不稳定定区之间的区域），沉淀结晶也不能自动产生，在介稳区中加入晶体，能诱导产生结晶，晶体能生长，这种加入的晶体称为晶种。有时，尘埃也能诱导结晶产生，但这是生产中力求避免的。,在溶剂量保持不变的情况下，冷却A点所代表的溶液，沿直线ABC到达C时，才能自动产生沉淀结晶。另一方面，在等温下蒸发溶液

39、，沿直线ADE达到E点时，方能自动产生沉淀结晶。 在实际操作中，有时将蒸发和冷却合并使用。例如，在生产制霉菌素的过程中，就是先将含有制霉菌素的乙醇提取液，进行真空浓缩，通过蒸发减少溶液中的溶剂，然后将浓缩液冷却至5 左右，静置2h后，制霉菌素就析出晶体。,第三节 影响沉淀结晶过程的因素 沉淀结晶过程：1）先形成过饱和溶液 2）然后产生晶核 3）最后长成晶体 下面对这三个过程分别叙述 一、过饱和溶液的形成 制备过饱和溶液的四种方法 1）蒸发部分溶剂的方法 如图中直线ADE所代表的过程。此法适用于溶解度随温度变化不显著的抗生素的结晶沉淀。 2）将饱和溶液冷却的方法 图中直线ABC所代表的过程，此法

40、适用于溶解度随温度降低而显著减小的抗生素。,3）化学反应沉淀结晶的方法 调节溶液的pH或向溶液中加入反应剂，生成新物质，其浓度超过它的溶解度。例如四环素的酸性滤液用氨水调节至pH4.6-4.8,接近其等电点时,即有四环素游离碱沉淀出来;又如青霉素的醋酸丁酯的提取液中加入醋酸钾-乙醇溶液,即生成青霉素钾盐析出. 4)盐析结晶的方法 加某种物质于溶液中,使溶质的溶解度降低,形成过饱和溶液而沉淀结晶。加入的物质可以是和原来溶剂互溶的另一种溶质。,二、晶核的形成 当溶液达到过饱和度时，一般地说，正直自动成核的机会很少，都得靠外来因素（如机械震动、摩擦器壁或搅拌等）促使其形成晶核。在过饱和溶液中最先析出

41、的微小颗粒是以后结晶的中心，称为晶核。 晶核形成后靠不断的扩散而继续成长为晶体。晶核形成的速度与过饱和度及温度有关。 1、图（p.155），在一定温度下，成核速度则随过饱和度的增加而加快。但实际上成核速度并不是按理论曲线进行，因为过饱和度太高时，溶液的粘度就会显著增加，分子运动减慢，成核,速度反而减少。由此可见，要加快成核速度，是需要适当地增加过饱和度，但过饱和度过分高时对成核速度不利。 2、图（p.155),在过饱和度不变的情况下，温度升高，成核速度也会加快，但温度又对过饱和度有影响，一般当温度升高时，过饱和度降低。所以，温度对成核速度的影响要从温度与过饱和度相互消长来决定。根据实验，一般成

42、核速度开始随温度升高而上升，当达到最大值后，温度再升高，成核速度反而降低。,三、晶体的生长 晶核形成后立即开始生长成晶体，与此同时，新的晶核还在继续形成。如果晶核形成速度大大超过晶体生长速度，则过饱和度主要用来生成新的晶核，因而得到细小的晶体。反之，如果晶体生长速度超过晶核形成速度，则得到粗大而均匀晶体。在实际生产中希望得到粗大而均匀晶体，因为这样的晶体便于以后的过滤、洗涤、干燥等操作，且产品质量较高。 影响晶体大小的主要因素有过饱和度、温度、搅拌速度、是否加晶种等。 1）过饱和度 增加过饱和度一般使结晶速度增大，因为过饱和度增加能使成核速度和晶体生长速度增快，但对前者影响较大，因此过饱和度增

43、加，得到晶体较细小。,2）温度 当溶液快速冷却时，一般能达到较高的过饱和度，因而得到的晶体也较细小，而且常导致生成针状结晶。反之，缓慢的冷却常得到较粗大的晶体。 3）搅拌速度 搅拌能促进扩散，因此能加快晶体生长，但同时也加快成核速度，因此，要控制合适的搅拌速度。 4）晶种 加入晶种能诱导结晶，而且能控制晶体的形,状、大小和均匀度。结晶时是否加入晶种对结晶过程是有影响的。 从生产实际考虑以便于后工序的操作，通常希望得到颗粒大而均匀的晶体，因此，在沉淀结晶时，一般温度不宜太低，搅拌不宜太快，主要控制晶核形成速度远远小于晶体生长速度，最好将溶液控制在介稳区而且较低的过饱和度下，那么在较长时间内只能产生一定量的晶核，而使原有晶种不断长成晶体，这样得到的晶体粗大而整齐。,大型发酵罐搅拌装置,180M3发酵罐车间,大型空气压缩机,发酵车间的空气过滤器,动物细胞反应器,