发酵液的预处理和液-固分离.ppt

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1、吸附法吸附法n n在一定条件下，利用抗生素与吸附剂之间的分子在一定条件下，利用抗生素与吸附剂之间的分子引力将抗生素吸附于其上，然后改变条件（如引力将抗生素吸附于其上，然后改变条件（如pHpH值值 ），以适当的洗脱剂将抗生素从吸附剂上解吸），以适当的洗脱剂将抗生素从吸附剂上解吸下来，达到浓缩和提纯的目的下来，达到浓缩和提纯的目的n n优点：优点：可不用或少用有机溶剂、设备简单；生产可不用或少用有机溶剂、设备简单；生产过程中过程中pHpH变化小，适用于稳定性差的抗生素变化小，适用于稳定性差的抗生素n n缺点：缺点：选择性差，收率不高，特别是炭粉等影响选择性差，收率不高，特别是炭粉等影响环境卫生环境

2、卫生n n大网格树脂的发现，吸附法又重新焕发生机大网格树脂的发现，吸附法又重新焕发生机一、一、吸附过程的理论基础吸附过程的理论基础 （一）、基本概念（一）、基本概念n n非多孔性固体非多孔性固体n n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，由于颗粒内微孔的存在，比表面很大，可达几百可达几百m m2 2/每克，由其每克，由其“外表面外表面”和和“内表面内表面”组组成，且成，且“内表面内表面”更大，具有较高的吸附力更大，具有较高的吸附力n n一般固体分子的内部的力均处于一种平衡的状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态，而外部即表面的分子

3、的力场是不饱和的 （二）、吸附类型n n主要根据吸附剂与吸附物之间作用力不同来分主要根据吸附剂与吸附物之间作用力不同来分 1 1、物理吸附、物理吸附n n作用力作用力:分子间作用力分子间作用力n n特点：吸附剂的整个自由界面都起作用特点：吸附剂的整个自由界面都起作用 吸附是可逆的吸附是可逆的 选择性差，可吸附多种物质选择性差，可吸附多种物质 2、化学吸附n n作用力作用力:电子转移，需在较高的温度下进行电子转移，需在较高的温度下进行n n特点：选择性强，只能是单分子层吸附特点：选择性强，只能是单分子层吸附 吸附后较稳定，不易解吸吸附后较稳定，不易解吸 3、交换吸附n n作用力作用力:吸附剂表面

4、是极性分子或离子，能吸引溶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，吸附剂吸液中带相反电荷的离子而形成双电层，吸附剂吸附后同时放出等当量的离子到溶液中附后同时放出等当量的离子到溶液中 （三）、影响吸附过程的因素（三）、影响吸附过程的因素 1 1、吸附剂的因素、吸附剂的因素n n吸附剂的理化性质，与原料，合成方法，再生条吸附剂的理化性质，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，容易解吸度快及机械强度好，容易解吸 2 2、吸附物的影响、吸附物的影响n n主要是溶质分子的结构及其在溶液中

5、的溶解度主要是溶质分子的结构及其在溶液中的溶解度n n 一般分子比较大，空间结构复杂的物质比小分子、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空间结构简单的物质易吸附n n在水溶液中的溶解度越小越易吸附在水溶液中的溶解度越小越易吸附 3 3、温度的影响、温度的影响n n吸附时温度不宜高，否则吸附量会降低。温度升吸附时温度不宜高，否则吸附量会降低。温度升高，吸附物在溶液中的溶解度增加，不利于吸附高，吸附物在溶液中的溶解度增加，不利于吸附到吸附剂上到吸附剂上 4 4、pHpH的影响的影响n n主要影响化合物的解离度，使呈分子状态，有利主要影响化合物的解离度，使呈分子状态，

6、有利于吸附于吸附n n 5 5、其他：、其他：如混合溶质的吸附较纯溶质的吸附效如混合溶质的吸附较纯溶质的吸附效果差果差二、二、几种常用的吸附剂几种常用的吸附剂按化学结构可分为两大类n n有机吸附剂，如活性炭、淀粉、乳糖、大网格吸附剂等n n无机吸附剂，如白土、氧化铝、硅胶等 按极性可分为极性和非极性：n n 羟基磷灰石、硅胶、氧化铝等属前者，活性炭属后者。n n 人工合成的如大网格吸附剂、分子筛等两种都有。但大多属非极性的 （一）、活性炭n n优点优点:吸附力强，分离效果好，来源方便吸附力强，分离效果好，来源方便n n缺点：标准不易确定，易污染环境缺点：标准不易确定，易污染环境 1 1、三种基

7、本类型、三种基本类型n n粉末状活性炭：粉末状活性炭：总表面积大，吸附力和吸附量也总表面积大，吸附力和吸附量也特别大，吸附力是最强的一类特别大，吸附力是最强的一类n n颗粒状活性炭：颗粒状活性炭：由粉末状制成颗粒，总表面积有由粉末状制成颗粒，总表面积有所减少所减少n n锦纶锦纶-活性炭：活性炭：以锦纶为粘合剂制成的颗粒，其总以锦纶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比表面积介于上述两种活性炭之间活性炭种类活性炭种类颗粒大小颗粒大小表面积表面积吸附力吸附力吸附量吸附量洗脱洗脱粉末活性炭粉末活性炭小小大大大大大大难难颗粒活性炭颗粒活性炭较小较小较大较大较小较小较小较小难难锦纶活性

8、炭锦纶活性炭大大小小小小小小易易 2、活性炭的选择和应用n n选择吸附力适当的活性炭是成功的关键。选择吸附力适当的活性炭是成功的关键。n n活性炭是非极性吸附剂，它的吸附作用在水溶液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，吸附时一般在水中最强，在有机溶剂中则较弱，吸附时一般在水溶液中进行，洗脱时在有机溶剂中进行溶液中进行，洗脱时在有机溶剂中进行n n各种浓度的乙醇作洗脱剂，洗脱能力随乙醇浓度各种浓度的乙醇作洗脱剂，洗脱能力随乙醇浓度的递增而增大的递增而增大（二）大孔网状聚合物吸附剂（二）大孔网状聚合物吸附剂n n是一类不含离子交换基团的交联聚合物是一类不含离子交换

9、基团的交联聚合物,具有网状具有网状结构和很高的比表面积结构和很高的比表面积,依选用骨架材料不同有非依选用骨架材料不同有非极性、中等极性与极性之分，又名极性、中等极性与极性之分，又名大网格吸附剂大网格吸附剂 1、大网格树脂吸附法与离子交换法的比较：、大网格树脂吸附法与离子交换法的比较：相同：相同：操作方法操作方法 骨架结构骨架结构介质不同：介质不同：离交法离交树脂，骨架上接有离子交换基团，利用表面层离交法离交树脂，骨架上接有离子交换基团，利用表面层和孔隙中离子基团起作用；和孔隙中离子基团起作用；吸附法吸附树脂，无离交基团，利用外表面和吸附法吸附树脂，无离交基团，利用外表面和孔隙内表面分子起作用。

10、孔隙内表面分子起作用。机理不同：机理不同：离交法离子间静电引力，要求树脂和物质的电离度离交法离子间静电引力，要求树脂和物质的电离度吸附法分子间范德华引力吸附，要求物质的电离度吸附法分子间范德华引力吸附，要求物质的电离度 2、特点：n n选择性好，解吸容易，机械强度好，可反复使用选择性好，解吸容易，机械强度好，可反复使用n n树脂孔隙大小、骨架结构和极性，可按照需要，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于吸附各种有机物 n n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，解吸方式通常有

11、以下几种:1）最常用的是以低级醇、酮或其水溶液解吸最常用的是以低级醇、酮或其水溶液解吸2 2）对弱酸性物质可用碱来解吸）对弱酸性物质可用碱来解吸3 3）对弱碱性物质可用酸来解吸）对弱碱性物质可用酸来解吸4 4）如吸附在高浓度盐溶液中进行，则常常用水洗就）如吸附在高浓度盐溶液中进行，则常常用水洗就 能解吸能解吸沉淀法沉淀法 间接沉淀法n n在一定的在一定的pHpH条件下，采用加入某种金属离子或某条件下，采用加入某种金属离子或某种化合物，使得抗生素形成某种不溶性的化合物种化合物，使得抗生素形成某种不溶性的化合物或复盐来提取抗生素的方法或复盐来提取抗生素的方法n n如将四环素发酵滤液调节如将四环素发

12、酵滤液调节pH9.0,pH9.0,加入氯化钙加入氯化钙,形成形成钙盐沉淀钙盐沉淀,将沉淀以草酸溶解将沉淀以草酸溶解,同时有草酸钙析出同时有草酸钙析出,过滤后将滤液调节过滤后将滤液调节pH4.6-4.8pH4.6-4.8析出四环素粗碱析出四环素粗碱 直接沉淀法n n利用某些抗生素具有两性化合物的性质，使其在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，直接得到等电点时于水溶液中游离而沉淀出来，直接得到成品的方法成品的方法n n如四环类抗生素是两性化合物，其性质和氨基酸、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蛋白质很相似

13、，因此，可利用等电点来沉淀四环类抗生素类抗生素一、一、沉淀结晶过程的实质沉淀结晶过程的实质 （一）、固体物质的两种状态（一）、固体物质的两种状态 1 1、结晶、结晶n n构成单位的排列方式有规则构成单位的排列方式有规则n n由于排列需要一定的时间，故在条件变化缓和时，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，称为结晶有利于晶体的形成，称为结晶 2 2、无定形、无定形n n构成单位的排列方式无规则构成单位的排列方式无规则n n当条件变化剧烈时，使晶体快速强迫挤出，溶质当条件变化剧烈时，使晶体快速强迫挤出，溶质分子来不及有规则地排列时，就形成无定形的物分子来不及有规则地排列时，

14、就形成无定形的物质，称为沉淀质，称为沉淀 3、两者关系n n本质一致：本质一致：无定形物质实质上是以很多微小晶体无定形物质实质上是以很多微小晶体簇形式存在簇形式存在n n过程相同：过程相同：过饱和溶液过饱和溶液晶核晶核晶体（新相形成晶体（新相形成的过程的过程n n在过饱和溶液中最先析出的微小颗粒是以后结晶在过饱和溶液中最先析出的微小颗粒是以后结晶的中心，称为的中心，称为晶核晶核 （二）、温度、溶解度、饱和浓度、过饱和浓度、（二）、温度、溶解度、饱和浓度、过饱和浓度、沉淀结晶的关系沉淀结晶的关系n n晶种：在介稳区中加入晶体，则能诱导产生结晶，晶种：在介稳区中加入晶体，则能诱导产生结晶，晶体能生

15、长晶体能生长,这种加入的晶体称为这种加入的晶体称为晶种晶种 在实际操作中，有时将蒸发和冷却合并使用：n n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二、二、影响沉淀结晶过程的因素影响沉淀结晶过程的因素 （一）、过饱和溶液的形成（一）、过饱和溶液的形成n n制备过饱和溶液的四种方法制备过饱和溶液的四种方法 1 1）蒸发部分溶剂的方法）蒸发部分溶剂的方法n n适用溶解度随温度变化不显著抗生素的结晶沉淀适用溶解度随温度变化不显著抗生素的结晶沉淀 2 2）将饱和溶液冷却的方法）将饱和

16、溶液冷却的方法n n适用于溶解度随温度降低而显著减小的抗生素适用于溶解度随温度降低而显著减小的抗生素 3）化学反应沉淀结晶法n n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。n n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n n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)盐析结晶法n n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。（二）、晶核的形成n n晶核形成的速度与过饱和度及温度有关晶核形成的速度与过饱和度及温度有关n n1 1、在一定温度下，成核速度随过饱和度的增加

17、而、在一定温度下，成核速度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，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，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，成核速度反而减少分子运动减慢，成核速度反而减少n n 2 2、在过饱和度不变的情况下，温度升高，成核、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成核速度的影响要

18、从温度与过饱和度相互消长来决定。决定。（三）、晶体的生长n n晶核形成后立即开始生长成晶体晶核形成后立即开始生长成晶体n n与此同时，新的晶核还在继续形成与此同时，新的晶核还在继续形成n n如果晶核形成速度大大超过晶体生长速度，则过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，因而得到细小的饱和度主要用来生成新的晶核，因而得到细小的晶体晶体n n如果晶体生长速度超过晶核形成速度，则得到粗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大而均匀晶体n n在实际生产中希望得到粗大而均匀晶体，因为这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、

19、干燥等操作，样的晶体便于以后的过滤、洗涤、干燥等操作，且产品质量较高且产品质量较高 影响晶体大小的主要因素 1）过饱和度n n过饱和度增加能使成核速度和晶体生长速度增快，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，因此过饱和度增加，得到晶但对前者影响较大，因此过饱和度增加，得到晶体较细小体较细小 2）温度n n当溶液快速冷却时，一般能达到较高的过饱和度，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结晶。反之，缓慢的冷却常得到较粗大的晶体3 3）搅拌速度）

20、搅拌速度n n搅拌能促进扩散，因此能加快晶体生长，但同时搅拌能促进扩散，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也加快成核速度，因此，要控制合适的搅拌速度4 4）是否加晶种）是否加晶种n n加入晶种能诱导结晶，而且能控制晶体的形状、加入晶种能诱导结晶，而且能控制晶体的形状、大小和均匀度大小和均匀度n n总结：在沉淀结晶时，一般温度不宜太低，搅拌总结：在沉淀结晶时，一般温度不宜太低，搅拌不宜太快，不宜太快，主要控制晶核形成速度远远小于晶体主要控制晶核形成速度远远小于晶体生长速度，生长速度，最好将溶液控制在介稳区而且较低的最好将溶液控制在介稳区而且较低的过饱和度下，那么

21、在较长时间内只能产生一定量过饱和度下，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的晶体粗大而整齐抗生素的精制抗生素的精制n n抗生素生产最后工序n n使产品符合“药品生产管理规范(GMP)的规定n n 一般方法：蒸发、干燥抗生素精制中可选用的方法 一、脱色和去热原质n n脱色和去热原质是精制注射用抗生素中不可缺少的一步，关系到成品的色级及热原试验等质量指标n n色素是在发酵过程中所产生的代谢产物，它与菌种和发酵条件有关n n热原质是在生产过程中由于被污染后由杂菌所产生的一种内毒素n n去除方法：常用活性炭脱色、去除热原，此外还可用脱色树脂去除色素(如酚醛树指，即122树脂)，超微过滤办法去除热源二、结晶和重结晶n n常用此法来制得高纯度成品三、其他精制方法包括n n共沸蒸馏法n n柱层析法n n色谱分离法n n中间盐转移法 n n分子筛