《第四章 抗生素的提取和纯化优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 抗生素的提取和纯化优秀PPT.ppt（45页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第四章 抗生素的提取和纯化第一页，本课件共有45页4.1概述概述l生物合成药物的分离纯化生物合成药物的分离纯化，目的在于从发酵液或培养液中分离纯化具有一定纯度、符合药典或其他法定标准规定的各种药物，又称发酵液的后处理或下游加工过程。这是个非常繁复的过程.l生物合成药物的一般分离纯化方法生物合成药物的一般分离纯化方法第二页，本课件共有45页4.2 发酵液的预处理发酵液的预处理l发酵发酵(培养培养)液的预处理液的预处理l根据所要获得的目标物质性质的不同，预处理方法也不同，比如对酸、碱和热的稳定性，是蛋白质还是非蛋白质等。以下为以抗生素为目标产物的发酵液的处理。l杂质杂质：可溶性胶体物体，其中主要是
2、杂蛋白、多糖和核酸含有高价金属离子的无机盐l这些杂质不仅使发酵液粘度增大，降低液固分离速度，还会影响到后续的提取与纯化工作和产品质量。因此应通过预处理的方法，尽可能的去除这些杂质。第三页，本课件共有45页4.2 发酵液的预处理和固液分离发酵液的预处理和固液分离微生物细胞的破碎微生物细胞的破碎l由微生物产生的产物，大都处于细胞内部，要分离和提取这些产物，则首先需要收集菌体，进行细胞破碎。l破碎细胞的方法破碎细胞的方法：机械法有高压匀浆法、高速珠磨法及超声波法。非机械法有化学渗透法、酶解法、冻结一融化法、干燥法等。第四页，本课件共有45页4.2 发酵液的预处理发酵液的预处理l调整pH值改变发酵液的
3、胶体状态，使产物转入液相。l 高价金属离子的去除：如加入草酸调pH的同时可以去除Ca2+，加入三聚磷酸钠可以去除Mg2+,黄血盐可以去除Fe3+。l杂蛋白质的去除方法主要有：等电点沉淀法（蛋白质在等 电点时溶解度最低）、变性沉淀法（常用加热法）、加各种沉淀剂沉淀（三氯乙酸、水杨酸、鞣酸或者Cu2+、Zn2+、Fe3+）、加絮凝剂(壳聚糖、海藻酸钠、聚丙烯酰铵等)。第五页，本课件共有45页4.2 发酵液的预处理发酵液的预处理l多糖的去除方法：可用酶将其转化为单糖，降低粘度，提高过滤速度l发酵液中有色物质的去除，常用吸附法（离子交换树脂、离子交换纤维、活性炭）。第六页，本课件共有45页4.3 发酵
4、发酵(培养培养)液的固液分离液的固液分离l常见方法有过滤和离心。l常见的过滤设备有真空鼓式过滤机和板框压滤机，常见的离心设备有管式离心机、碟片式离心机、倾析式离心机、第七页，本课件共有45页4.4 抗生素的提取抗生素的提取l提取的目的是从发酵液中制取高纯度的提取的目的是从发酵液中制取高纯度的符合药典规定的抗生素成品。符合药典规定的抗生素成品。l由于多数抗生素不很稳定，且发酵易被由于多数抗生素不很稳定，且发酵易被污染，故整个过程要求：时间短、强度污染，故整个过程要求：时间短、强度低、低、pH宜选择合适的范围、勤清洗消毒。宜选择合适的范围、勤清洗消毒。l常用的提取方法：常用的提取方法：溶媒萃取法、
5、溶媒萃取法、离子交离子交换法、吸附法、沉淀法换法、吸附法、沉淀法第八页，本课件共有45页4.4.1 溶媒萃取法溶媒萃取法l一、溶媒萃取法一、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。有机相水 相第九页，本课件共有45页l分配系数分配系数K0当体系达到平衡时，溶质在两相中的浓度比:K0=C1/C2l分配定律须符合下列条件:l1.必须是稀溶液;l2.溶质对溶剂的互溶没有影响;l3.溶质在两相中必须为同一种分子类型，即不发生缔合或离解。第十页，本课件共有45页二、萃取方式二、萃取方式l单级萃取单级萃取只有一个混合器和一个分离器的萃
6、取。混合器分离器s LFR第十一页，本课件共有45页二、萃取方式二、萃取方式l多级错流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第十二页，本课件共有45页二、萃取方式二、萃取方式l多级逆流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，溶剂用量最小，工业普遍采用。第十三页，本课件共有45页三、三、乳化现象和去乳化 1)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/
7、O）型和水包油（O/W）型两大类第十四页，本课件共有45页三、乳化与去乳化三、乳化与去乳化l乳状液的消除方法乳状液的消除方法：l加热升高温度l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。l(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。l(4)加入去乳化剂，最主要的破乳化方法。第十五页，本课件共有45页四、影响溶四、影响溶媒媒萃取的萃取的主要因素主要因素l(1)pH值值 正确选择pH值要考虑会影响弱酸或弱碱性产物的分配系数，及对产物的稳定性的影响。l(2)温度温度 随温度的升高，使萃取效果降低；产物一般在高温下不稳定，因此
8、萃取一般应在低温下进行。l(3)盐析作用盐析作用 氯化钠、硫酸铁等盐析剂的影响有三个方面:导致游离水分减少，降低了产物在水中的溶解度;盐析剂能降低有机溶剂在水中的溶解度;盐析剂能使萃余相密度增大，有助于相分离。但盐析剂用量要适当，过多会使杂质转入有机溶剂相中。l(4)溶剂的选择溶剂的选择应有以下特性:K要大，对杂质的分离因素要大于1;溶剂与料液的互溶度要小;化学稳定性高，挥发性小，安全低毒;回收处理方便，价廉易得。第十六页，本课件共有45页4.4.2 离子交换法离子交换法l离子交换法离子交换法是利用某些生物药物能在溶液中形成带电粒子，与合成离子交换树脂之间结合力的差异来进行分离的方法。带电粒子
9、与离子支换树脂间的作用力是静电力，它们的结合是可逆的。l一、离子交换法的基本概念一、离子交换法的基本概念 l二、离子交换的机理与速度二、离子交换的机理与速度l三、树脂和操作条件的选择三、树脂和操作条件的选择l四、大网格离子交换树脂四、大网格离子交换树脂第十七页，本课件共有45页离子交换过程离子交换：RA+B+=RB+A+洗脱：RB+C+=RC+B+再生：RC+A+=RA+C+第十八页，本课件共有45页一、离子交换法的基本概念一、离子交换法的基本概念l离子交换树脂离子交换树脂是一种具有网状立体结构的高分子多元酸或多元碱的聚合物。l离子交换树脂的分类离子交换树脂的分类（1）强酸性阳离子交换树脂 以
10、磺酸基作为活性基团，在 pH114范围内均能进行离子交换反应。典型反应：l（2）弱酸性阳离子交换树脂 这类树脂的活性基团主要有羧酸基和酚羟基等，交换能力随溶液的pH升高而递增。对于羧酸型树脂只有在pH7的溶液中才能正常进行，而对于酚羟基型树脂，溶液的pH值应大于9。典型交换反应为：第十九页，本课件共有45页一、离子交换法的基本概念一、离子交换法的基本概念l（3）强碱性阴离子交换树脂 活性基团有两种：一种含三甲氨基称为强碱 I型，另一种含二甲基羟基乙基氨基称为强碱 II型。使用的 pH值没有限制，其典型的交换反应如下：l（4）弱碱性阴离子交换树脂 活性基团有伯胺、仲胺、和叔胺以及吡啶等。其交换能
11、力随pH值的变化而变化，pH值愈低交换能力愈大。其典型的交换反应如下：第二十页，本课件共有45页 二、离子交换树脂的理化性质二、离子交换树脂的理化性质l外观外观 珠球形 l颗粒度（粒度）颗粒度（粒度）颗粒度是指树脂颗粒在溶胀状态下的直径大小,粒度小其交换速度快，但流体阻力增加，粒度过大会使交换速度降低。l膨胀性膨胀性 确定树脂装填量时应考虑到其膨胀性能。l密密度度 干树脂的密度称真密度，而膨胀树脂酌密皮称视密度，由视密度可以估计树脂的装填量和离子交换柱所承受的压力。l交交联联度度 指离子交换树脂中交联剂（二乙烯苯简称DVB）含量的质量分数。一般来说交联度大，机械强度高，树脂的孔度小，大分子的物
12、质就不易被交换。l交交换换容容量量 表征树脂交换能力的重要参数。所谓交换容量是指一定量树脂所能交换离子的毫克当量数（meq），其表示方法有质量交换容量（meq/g干树脂）和体积交换容量（meq/ml湿树脂）两种。第二十一页，本课件共有45页三、离子交换的机理与速度三、离子交换的机理与速度l交换机理交换机理:A离子自溶液扩散到树脂表面(膜扩散)A离子自树脂表面再扩散到树脂内部的活性中心(粒子扩散)A离子与树脂活性中心RB上的B离子进行交换反应 B 离子自活性中心扩散到树脂表面 B离子再从树脂表面扩散到溶液中。l影响交换速度的因素影响交换速度的因素：l（1）树脂的粒度与交联度 减少树脂的粒度，有利
13、于交换速度的提高。l（2）离子的大小与化合价 离子的水合半径增大，交换速度下降。l（3）溶液的浓度 交换体系如果是稀溶液（0.001molL 离子价数），交换速度随离于浓度的上升而增大，但达到一定浓度（0.01molL 离子价数）后，交换速度不再随浓度上升而增大。l（4）搅拌速度与温度 搅拌能影响膜扩散速度，加快搅速会使交换速度增加。温度升高，交换速度增大，温度从25上升至50，交换速度约提高1倍。第二十二页，本课件共有45页四、四、树脂和操作条件的选择树脂和操作条件的选择l树脂的选择树脂的选择l对强碱性产物宜选用弱酸性树脂。对弱碱性产物宜选用强酸性树脂；同理，弱酸产物宜用强碱性树脂，强酸性产
14、物宜用弱碱性树脂。l对树脂的选择还应要求对产物与主要杂质的吸附力有足够的差异。l离子交换操作条件的选择离子交换操作条件的选择l（1）交换）交换（吸附）：（吸附）：选取交换过程的pH值。合适的pH值应在产物稳定的范围内，并能使产物离子化和树脂活性功能基解离。l（2）洗脱（解吸）选择合适的洗涤剂如水、稀酸、盐或其他络合剂来洗净交换废液及夹带的杂质。l（3）树脂的再生 第二十三页，本课件共有45页4.4.3 吸附法吸附法l 吸附法是利用一些吸附剂，在适宜的pH条件下，使发酵液中所需的产物被吸附剂吸附，然后再用适当的洗脱剂将产物解吸，以达到浓缩和提纯的日的。l吸附法的基本概念吸附法的基本概念l影响吸附
15、过程的因素影响吸附过程的因素l几种常用的吸附剂几种常用的吸附剂l大网格聚合物吸附剂及其应用大网格聚合物吸附剂及其应用第二十四页，本课件共有45页一、吸附法的基本概念一、吸附法的基本概念l吸吸附附作作用用：固体内部的分子（或原子）受到邻近分子的作用力是对称的，故分子处干平衡状态。界面上的分子，受力是不对称的，处于不平衡状态。，因此能从外界（液相）吸附分子、原子或离子，从而达到分离的过程称为吸附作用吸附作用。l吸吸附附的的类类型型:（l）物理吸附 这是吸附剂和吸附物通过分子间引力所产生的吸附作用。（2）化学吸附 由吸附剂和吸附物之间生成化学键，发生了化学反应所产生的吸附作用。（3）离子交换吸附 第
16、二十五页，本课件共有45页二、影响吸附过程的因素二、影响吸附过程的因素l 吸附剂的性质：（l）表面积：空隙度越高，比表面积越大，吸附容量就越大。（2）颗粒和孔径分布：颗粒度越小，吸附速度就越快。（3）对极性化合物应选用极性吸附剂，对非极性化合物应选用非极性吸附剂。l吸附物的性质：（l）溶解度：吸附物在介质中的溶解度愈小，则愈易被吸附。l溶剂和温度的影响：温度会影响吸附物的溶解度，其溶解度随温度升高而增大的则不利于吸附，反之则有利于吸附。lpH值和其他组分的影响：控制某些化合物pH的解离度，使溶液中的化合物呈分子状态 第二十六页，本课件共有45页三、三、几种常用的吸附剂几种常用的吸附剂l有机吸附
17、剂如活性炭、纤维素，聚酰胺，大孔树脂等。l无机吸附剂如白土、氧化铝、硅藻土等。第二十七页，本课件共有45页4.4.4 沉淀法沉淀法l利用某些沉淀剂使所需产物在溶液中生成难溶性的无定形固体而沉降析出，此法有时也可用于杂质的去除。l一、盐析沉淀法一、盐析沉淀法l二、有机溶剂沉淀法二、有机溶剂沉淀法l三、等电点沉淀法三、等电点沉淀法l四、其他沉淀方法四、其他沉淀方法第二十八页，本课件共有45页一、一、盐析沉淀法盐析沉淀法l盐析法的基本原理盐析法的基本原理l盐析法主要适用于酶、蛋白质等生物大分子物质。在高浓度中性盐存在下，它们在水溶液中的溶解度降低而产生沉淀，称为盐析法盐析法。l机机理理：高浓度的中性
18、盐中存在着大量带电荷的盐离子，可中和酶和蛋白质等生物大分子表面的电荷，使双电层受损，破坏了分子外围的水化层。大量盐离子自身的水合作用降低了自由水的浓度，削弱了水化层。l盐析剂的种类与用量 几种盐析效果排序为：lMgSO4,(NH4)SO4,NaH2PO4。一般含有多价阴离子的中性盐的盐析效果较好。工业生产上用得最多的盐析剂是(NH4)SO4。第二十九页，本课件共有45页二、有机溶剂沉淀法二、有机溶剂沉淀法l概念概念：在水溶液中加入一定量亲水性有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出的方法。常用于蛋白质、酶、核酸、多糖等物质的分离。l机理机理：与蛋白质或酶在有机溶剂作用下，其空问结构发生某种程度
19、的变形，使疏水基团尽露于表面，并与有机溶剂的疏水基团结合形成疏水层而沉淀。l影响沉淀的因素影响沉淀的因素（1）溶剂的种类和用量 常用甲醇、乙醇、异丙醇和丙酮等，乙醇是最常用。l（2）沉淀的温度和pH值 有机溶剂与水混合产生的溶解热，易使蛋白质变性，沉淀过程应注意冷却降温，且低温也有利于沉淀。沉淀pH值应首先满足蛋白质稳定性的条件。l（3）溶液中的盐类和金属离子 少量中性盐的存在，由于盐溶作用会增大蛋白质的溶解度，所以用有机溶剂沉淀时应减少无机盐 第三十页，本课件共有45页l 三、等电点法等电点法主要用于两性电解质产物，它们在等电点时的净电荷为零，分子间排斥电位降低，因而吸引力增大，相互聚集起来
20、产生沉淀。l四四、其他沉淀方法、其他沉淀方法：l形成难溶性盐或复合物的沉淀法 l加高分子聚合物沉淀 第三十一页，本课件共有45页4.5 抗生素的精制l色谱分离法l脱色和去热原质l结晶和重结晶l膜分离法l成品干燥成品干燥第三十二页，本课件共有45页4.5.1 色谱分离法（ChromatographyChromatography）一、概述1.定义也称色谱层析、色谱、色层；是利用混合物中各组分理化性质的差异，使其在相对运动着的两相间经反复多次分配，以不同速度移动，从而获得分离的方法。2.特点分离精度高、适用范围广、设备简单、操作方便；处理量小、间歇操作等3.发展史1903年一位俄国植物学家首次提出。
21、1931年首次应用于制备；1938年适用范围扩展至无色物质；第三十三页，本课件共有45页石油醚CaCO3颗粒植物叶石油醚提取物石油醚CaCO3颗粒1903年俄国植物学家Tswett实验示意图叶绿素叶黄素胡萝卜素石油醚第三十四页，本课件共有45页二、色谱法分类色谱法分类1.分离机理1)吸附层析物质吸附力差异2)分配层析物质分配系数差异3)凝胶层析物质分子量差异第三十五页，本课件共有45页吸附层析的种类l物理吸附层析物理吸附层析l离子交换层析离子交换层析l亲和层析亲和层析l疏水作用层析疏水作用层析l金属螯合层析金属螯合层析l有机染料层析有机染料层析第三十六页，本课件共有45页2.2.按两相所处的状
22、态分按两相所处的状态分；液相色谱 以液体作为流动相，可分为液固色谱及液液色谱；气相色谱 以气体作为流动相，可分为气固色谱及气液色谱。3.3.按操作形式分按操作形式分柱色谱将固定相装在柱内，使混合物溶液沿一个方向移动而得以分离；纸色谱用滤纸作为固定相载体，混合物溶液点样后，用流动相展开，以达到分离鉴定的目的；薄层色谱在玻璃板（或其他材料）上涂布固体粉末薄层为固定相，点样后用流动相展开，以达到分离鉴定的目的。色谱法色谱法分类分类第三十七页，本课件共有45页三、柱层析系统 1.工艺流程图第三十八页，本课件共有45页4.5.2 结晶与重结晶结晶与重结晶l2191结晶的基本原理结晶的基本原理 l结晶结晶
23、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。l2192结晶过程的步骤结晶过程的步骤(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。l2193重结晶重结晶l重结晶重结晶就是将晶体用合适的溶剂溶解后再次进行结晶，以提高纯度。l重结晶的关键是选择合适的溶剂。第三十九页，本课件共有45页二、结晶的过程过饱和溶液的形成晶核形成晶体生长 第四十页，本课件共有45页4.5.3 膜过滤膜过滤l 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，
24、对多组分混合物进行分离、提纯和富集的方法。膜过滤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。l膜过滤的类型及其特点膜过滤的类型及其特点：见下页表第四十一页，本课件共有45页生物工程中应用的主要膜分离过程过程过程膜膜驱动力驱动力应用对象应用对象微孔过滤对称微孔膜压力差除菌，澄清，细胞收集膜过滤不对称微孔膜压力差大分子物质收集纳米过滤不对称微孔膜压力差小分子物质收集反渗透复合膜（不对称膜）压力差小分子物质收集透析对称或不对称微孔膜浓度差小分子有机物和无机离子电渗析离子交换膜电位差离子和蛋白质分离第四十二页，本课件共有45页4.5.4 成品干燥成品干燥l干燥干燥是指采用气化的方
25、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。l常用的干燥方法：常用的干燥方法：减压干燥减压干燥，气流干燥气流干燥，喷雾干燥，冷冻干燥喷雾干燥，冷冻干燥第四十三页，本课件共有45页l减压干燥减压干燥又称真空干燥，是在密闭的容器内抽去空气后进行干燥的方法。l气流干燥气流干燥是将被干燥的湿物料颗粒在流态化热空气中迅速进行干燥的方法。其基本原理是使固体湿物料在高温热空气的快速作用下，均匀分散成悬浮状态，从而增大物料与热空气接触的表面积，强化了热量传递，仅在几秒钟即能使物料干燥。
26、l 喷雾干燥喷雾干燥是利用喷嘴将未经结晶的浓缩液、悬浮液喷成雾滴，使其在热室气中迅速干燥成细粉的方法。原理是由于液体经雾化后具有极大的总表面积，与热空气混合进行热交换，在数秒钟内即被干燥，因此喷雾干燥也适用于热敏性物质。l冷冻干燥冷冻干燥是在低温低压条件下，将物料中的水分直接升华的一种干燥方法，又称升华干燥。冷冻干燥过程包括预冻结、升华和再干燥3个阶段。第四十四页，本课件共有45页作业l1.举例说明什么是溶媒萃取法、举例说明什么是溶媒萃取法、离子交换离子交换法、吸附法、沉淀法？法、吸附法、沉淀法？l2.读书笔记：某种抗生素提取精制的工艺读书笔记：某种抗生素提取精制的工艺流程流程第四十五页，本课件共有45页