青霉素提取精制工艺过程.ppt

CompanyLOGO微生物制药工艺及反应器生物工程系讲师：生物工程系讲师： 赵德胜赵德胜第十章第十章 青霉素的生产青霉素的生产第三节第三节 青霉素生产工艺过程青霉素生产工艺过程 二、青霉素的提取和精制工艺过程二、青霉素的提取和精制工艺过程 1. 1. 工艺流程简图工艺流程简图微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 2. 2. 工艺控制工艺控制 青霉素不稳定，发酵液预处理、提取和精制过程青霉素不稳定，发酵液预处理、提取和精制过程要条件温和、快速，防止降解要条件温和、快速，防止降解 ⑴ ⑴ 预处理及过滤预处理及过滤 ⑵ ⑵ 提取提取 ⑶ ⑶ 脱色脱色 ⑷ ⑷ 结晶结晶微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑴ ⑴ 预处理及过滤预处理及过滤 ① ① 发酵滤液冷却至发酵滤液冷却至10℃10℃→ → ② ② 鼓式真空过滤机过滤鼓式真空过滤机过滤→→ ③ ③ 一次滤液一次滤液pH6.2-7.2pH6.2-7.2，蛋白质，蛋白质0.05%-0.2%0.05%-0.2%→ → ④ ④ 沉淀蛋白质加沉淀蛋白质加10%10%硫酸调硫酸调pH4.5-5.0pH4.5-5.0，，0.05%PPB0.05%PPB，，0.7%0.7%硅藻土助滤剂硅藻土助滤剂→→ ⑤ ⑤ 板框过滤机过滤板框过滤机过滤→→ ⑥ ⑥ 二次滤液二次滤液（澄清透明）（澄清透明）→→萃取。

萃取微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑵ ⑵ 提取提取 10℃10℃以下以下 pHpH值值1.8-2.21.8-2.2 加加1/31/3体积体积BABA1 1．二次滤液．二次滤液 ——————————————— 卧式离心机（卧式离心机（PODPOD）分离）分离————→→一次醋酸丁酯（一次醋酸丁酯（BABA）萃取液（青霉素）萃取液（青霉素））微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 10℃ 10℃以下以下 pHpH值值6.86.8～～7.47.42 2．一次（．一次（BABA）萃取液）萃取液———————————— 卧式离心机（卧式离心机（PODPOD）分离）分离————→NaHCO→NaHCO3 3缓冲溶液（青霉素）缓冲溶液（青霉素）微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 10℃ 10℃以下以下 10%H10%H2 2SOSO4 4 调调pH2.0pH2.0 3 3．． NaHCONaHCO3 3缓冲溶液缓冲溶液———————————— 再加再加1/31/3体积体积BABA ————→→二次（二次（BABA）萃取液（青霉素））萃取液（青霉素）微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑶ ⑶ 脱色脱色 萃取液中添加活性炭，除去色素、热源，过滤除萃取液中添加活性炭，除去色素、热源，过滤除去活性炭。

去活性炭 活性炭活性炭150-300g/10150-300g/10亿单位亿单位 二次二次BABA萃取液萃取液 —————————————— 石棉过滤板石棉过滤板 ———→→脱色脱色 ——————→ → 过滤过滤 ——→ → 结晶结晶 萃取条件：为减少青霉素降解，整个萃取过程应萃取条件：为减少青霉素降解，整个萃取过程应在低温在低温10 ℃10 ℃以下进行萃取罐冷冻盐水冷却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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑷ ⑷ 结晶结晶 萃取液一般通过结晶提纯青霉素钾盐在醋酸丁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酯中溶解度很小，在二次丁酯萃取液中加入醋酸钾- -乙乙醇溶液，青霉素钾盐就结晶析出然后采用重结晶方醇溶液，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，将钾盐溶于法，进一步提高纯度，将钾盐溶于KOHKOH溶液，调溶液，调pHpH至中至中性，加无水丁醇，在真空条件下，共沸蒸馏结晶得纯性，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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 直接结晶：在二次乙酸丁酯萃取液中加醋酸钠－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，乙醇溶液反应，得到结晶钠盐加醋酸钾－乙醇溶液，得到青霉素钾盐得到青霉素钾盐 共沸蒸馏结晶：萃取液，再用共沸蒸馏结晶：萃取液，再用0.5 mol/ml NaOH0.5 mol/ml NaOH萃萃取，取，pH6.4-6.8pH6.4-6.8下得到钠盐水浓缩液加下得到钠盐水浓缩液加2.52.5倍体积丁倍体积丁醇，醇，1616－－26℃26℃，，0.67-1.3KPa0.67-1.3KPa下共沸蒸馏水和丁醇形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，得到青霉素产品燥后，得到青霉素产品。

微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 下面以青霉素盐溶液结晶普鲁卡因青霉素为例来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、说明其工艺要求在结晶过程中应注意控制晶体大小、纯度和形态等要求纯度和形态等要求 ⑴ ⑴ 晶种晶种 晶体形态的控制关键在于品种的采用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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 晶种的质量晶种的质量( (即大小、均匀度即大小、均匀度) )好坏，对晶体形态好坏，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，直径在形，直径在2 2微米左右如果加入的晶种直径过大，则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，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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑵ ⑵ 温度温度 温度高能加强分子运动，反应速度快，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反应过程中温度控制在5 5—20℃20℃较适宜温度过高要造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，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。

产品质量微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑶ ⑶ 盐酸普鲁卡因水溶液的加入速度盐酸普鲁卡因水溶液的加入速度 在普鲁卡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，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故反应剂盐酸普鲁卡因水溶液的加入速度是““先馒后先馒后快快””先慢是为了让先行加入的晶种迅速生长为晶体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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 当反应液中已生长了许多晶体后，由于过饱和度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。

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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑷ ⑷ 结晶液的质量控制结晶液的质量控制 结晶液质量的好坏直接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：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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ① ① 结晶液的结晶液的pHpH：： 应控制在应控制在6 6．．5 5—7 7．．0 0之间较适之间较适宜，因为青霉素钠盐水溶液的稳定性与宜，因为青霉素钠盐水溶液的稳定性与pHpH值很大关系，值很大关系，当当pHpH值在值在5 5．．8 8—7 7．．0 0之间较稳定，破坏程度小为了之间较稳定，破坏程度小为了使结晶液有较稳定的使结晶液有较稳定的pHpH值，必须加入由磷酸氢二钠和值，必须加入由磷酸氢二钠和磷酸二氢钠组成的缓冲液，其磷酸二氢钠组成的缓冲液，其pHpH值应为值应为6 6．．8 8—7 7．．0 0。

缓冲液同时还能络合重金属离子使青霉素钠盐结晶液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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ② ② 浓度：结晶液浓度过高时，杂质含量也相应升浓度：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，同时增加原材料位也增加，同时增加原材料( (如氯化钠如氯化钠) )的消耗，从而的消耗，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应控制在1010—2020万万u u／／m1m1左右较适宜左右较适宜微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ③ ③ 色泽：要求结晶液的颜色应为淡黄色透明液体色泽：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。

不好，就直接影响到成品的色级 ④ ④ 温度：二次青霉素钠盐水溶液在低温条件下较温度：二次青霉素钠盐水溶液在低温条件下较稳定，因此在稳定，因此在5℃5℃左右存放左右存放微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo ⑤ ⑤ 丁酯含量：如果二次青霉素钠盐水溶液中含过丁酯含量：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，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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo第四节第四节 其它工艺技术及技术改造方向其它工艺技术及技术改造方向 一、合成新的半合成青霉素一、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出现，所以必须对天然青霉素进行化学改造青霉素青霉素类抗生素有疗效的是母核类抗生素有疗效的是母核6-6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-APA)(6-APA)，其，其对酸、碱不稳定难以化学合成。

所以半合成青霉素的对酸、碱不稳定难以化学合成所以半合成青霉素的基本方法是：基本方法是：微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 半合成青霉素的基本方法是：半合成青霉素的基本方法是： 1. 1. 先经微生物发酵法获得先经微生物发酵法获得6-6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-(6-APA)APA)，或是酶法水解青霉素，或是酶法水解青霉素G G或青霉素或青霉素V V获得获得6-6-氨基青氨基青霉烷酸霉烷酸(6-APA)(6-APA)；； 2. 2. 用化学方法修饰各类酰基侧链；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）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 3. 3. 将修饰过的各类酰基侧链与将修饰过的各类酰基侧链与6-APA6-APA再经发酵法、再经发酵法、酶法或化学法进行酶法或化学法进行酰化缩合酰化缩合反应，最终形成半合成青反应，最终形成半合成青霉素新产品霉素新产品 比如我们大家知道的：氨苄青霉素、羧苄青霉素、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。

苯唑青霉素等微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 二、菌丝悬浮法、固定化细胞及固定化酶法在二、菌丝悬浮法、固定化细胞及固定化酶法在6-APA6-APA 生产中的应用生产中的应用 1. 1. 菌丝悬浮法菌丝悬浮法 以青霉素以青霉素G G为原料，利用大肠杆菌产生的酰基转为原料，利用大肠杆菌产生的酰基转移酶移酶(PGA)(PGA)进行水解（酶解），获得进行水解（酶解），获得6-6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-APA)(6-APA)微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 2. 2. 固定化细胞法固定化细胞法 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入反应器，利用固定化细胞产生的酰基转移酶(PGA)(PGA)水水解青霉素解青霉素G G，再结晶分离获得，再结晶分离获得6-6-氨基青霉烷酸氨基青霉烷酸(6-APA)(6-APA) 3. 3. 固定化酶法固定化酶法 将酰基转移酶将酰基转移酶(PGA)(PGA)固定在载体上，做成固相酶装固定在载体上，做成固相酶装入反应器，水解青霉素入反应器，水解青霉素G G，再结晶分离获得，再结晶分离获得6-6-氨基青霉氨基青霉烷酸烷酸(6-APA)(6-APA)。

微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo 三、三、 水解青霉素水解青霉素G G 和青霉素和青霉素V V的酶不同的酶不同 水解青霉素水解青霉素G G的是酰基转移酶的是酰基转移酶 (PGA)(PGA) 水解青霉素水解青霉素V V的是酰基转移酶的是酰基转移酶 (PVA)(PVA) 微生物制药工艺及反应器（第十章）微生物制药工艺及反应器（第十章）Company Logo作业：作业：§1 1、、半半合合成成青青霉霉素素的的基本方法？基本方法？ 微生物制药工艺及反应器（第一章）微生物制药工艺及反应器（第一章）Company LogoCompanyLOGO为了生存 学长一技改改善善生生存存状状况况的的欲欲望望是是最最好好的的老老师师改改变变命命运运的的渴渴望望是是学学习习的的根根本本动动力力为了体面的活着。