乙醇萃取菌絲體中阿維菌素的工藝研究

曹洪玉

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

乙醇萃取菌絲體中阿維菌素的工藝研究

曹洪玉

（赤峰學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

阿維菌素是目前最有效的農(nóng)用殺蟲劑、獸用殺蟲劑，是殺滅動植物蟲害的抗生素之一.工業(yè)生產(chǎn)中阿維菌素的萃取是重要的一個環(huán)節(jié).本文采用在不同比例的有機(jī)溶劑-水體系中的溶解度作為重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，研究用乙醇含量為95%-85%萃取菌絲體中阿維菌素的工藝條件，為模擬工廠化生產(chǎn)提供一定的實(shí)驗數(shù)據(jù).減少工業(yè)生產(chǎn)帶來的費(fèi)用，提高企業(yè)效益.

阿維菌素；萃取時間；萃取溫度；萃取劑濃度；工業(yè)化生產(chǎn)

1 引言

1.1 阿維菌素介紹及結(jié)構(gòu)

阿維菌素(avermectins)是由鏈霉菌中灰色鏈霉菌(Streptomycesavermitilis)發(fā)酵產(chǎn)生的一組環(huán)內(nèi)酯類抗生素[1]，它是一種高效、廣譜的抗生素類殺蟲殺螨劑，其英文名稱avermectins，是由日本北里大學(xué)大村智等和美國Merck公司首先開發(fā)的一類具有殺蟲、殺螨、殺線蟲活性的十六元大環(huán)內(nèi)酯化合物，由鏈霉菌中灰色鏈霉菌Streptomycesavermitilis發(fā)酵產(chǎn)生.天然avermectins中含有8個組分，主要有4種即A1a、A2a、B1a和B2a，其總含量≥80%；比例較小的4種同系物是A1b、A2b、B1b和B2b，其總含量≤20%.我國20世紀(jì)80年代末由上海市農(nóng)藥研究所開發(fā)的從廣東揭陽土壤中分離篩選得到7051菌株，后經(jīng)鑒定證明該菌株與S.avermitilisMa-8460相似，與avermectin的化學(xué)結(jié)構(gòu)相同，1993年北京農(nóng)業(yè)大學(xué)新技術(shù)開發(fā)總公司立項研究并生產(chǎn)開發(fā)此藥[2].Avermectin的結(jié)構(gòu)新穎，它是一種新型抗生素類殺蟲劑可以農(nóng)畜兩用.阿維菌素的化學(xué)名稱：B1a:5－0一雙甲基一22,23一雙氫阿維菌素；B1b：5－O－雙甲基一25一雙（1一甲基丙基）一22,23一雙氫一25一（1一甲基乙基）阿維菌素.阿維菌素是一組具有相似結(jié)構(gòu)的大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.

圖1 阿維菌素分子式

組分 R1 R2 X-Y A1aCH3C2H5-CH=CHA1bCH3CH3-CH=CHB1aH C2H5-CH=CHB1bH CH3-CH=CHA2aCH3C2H5-CH-CH(OH)-A2bCH3CH3-CH-CH(OH)-B2aH C2H5-CH-CH(OH)-B2bH CH3-CH-CH(OH)-

1.2 阿維菌素的應(yīng)用前景

阿維菌素的發(fā)展具有良好的前景.就國內(nèi)市場而言，阿維菌素作為我國農(nóng)藥殺菌劑和殺蟲劑的銷量和使用量都是名列前茅的品種，從綜合產(chǎn)業(yè)化規(guī)模與其研究深度上分析，已成為我國生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)中的拳頭產(chǎn)品和領(lǐng)軍品種，是我國生物農(nóng)藥產(chǎn)業(yè)的中堅力量[4].

隨著社會的發(fā)展科技的進(jìn)步人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，一批高毒、高殘留農(nóng)藥逐漸被淘汰，高效、低毒、低殘留的農(nóng)藥受到人們的親睞，由于阿維菌素是微生物的代謝產(chǎn)品，屬于生物農(nóng)藥，在自然條件下容易降解，對人畜安全，對天敵影響相對小，而且防治效果優(yōu)異，所以具有廣闊的發(fā)展前途[5].農(nóng)業(yè)部決定從2004年到2007年份3個階段消減高毒農(nóng)藥的使用，直接為阿維菌素等高效低毒的生物殺蟲劑的發(fā)展提供了空間[6].因此對于阿維菌素等生物農(nóng)藥的需求不斷上升.

可以說阿維菌素是一種應(yīng)用前景非常廣闊、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益都非常顯著的微生物發(fā)酵產(chǎn)品.

2 實(shí)驗設(shè)計

根據(jù)文獻(xiàn)[7]阿維菌素在乙醇-水溶劑中的溶解度曲線可知：隨著乙醇含量的降低，阿維菌素在乙醇-水溶劑中的溶解度降低.

圖1 阿維菌素在乙醇-水溶劑中的溶解度曲線[7]

考慮到乙醇對阿維菌素菌絲體的萃取所受不同條件的影響.所以對影響乙醇萃取阿維菌素菌絲體的因素歸納為以下幾點(diǎn)：

(1)萃取溶劑的濃度

(2)萃取的實(shí)驗溫度

(3)不同浸泡時間

3 實(shí)驗部分

3.1 實(shí)驗儀器及藥品

實(shí)驗試劑如下：

名稱 生產(chǎn)廠家阿維菌素菌絲體 自制無水乙醇（分析） 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑場甲醇（色譜） 河北東光恒達(dá)化工有限責(zé)任公司

實(shí)驗儀器如下：

名稱 成產(chǎn)廠家JPT-10型架盤天平 天津市天馬儀器廠旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（RE-2000） 上海亞榮生化儀器廠液相色譜儀（UV200Ⅱ） 大連依利特分析儀器有限公司PAIGGER電子天平 上海穎領(lǐng)電子衡器有限公司層析柱 北京海川利元材料科技有限公司容量瓶 上海逸采公司

3.2 在相同浸泡溫度（22℃）、浸泡時間下研究浸泡液濃度對阿維菌素萃取的實(shí)驗

實(shí)驗步驟：

(1)配制浸泡溶液：用無水乙醇配制含水量為5%、10%、15%的浸泡溶劑，用250ml量筒分別取無水乙醇237.7ml、225.2ml、212.7ml加入250ml容量瓶中，然后加自來水到250ml定容，搖勻、靜置，供下一步使用，并貼上標(biāo)簽.

(2)用托盤天平稱取阿維菌素菌絲體25g，加入到250ml錐形瓶中然后加入所配制的浸泡液搖勻，密封.并記下時間.

(3)取樣時間:將上述溶液浸泡1小時后，開始第一次取樣.以后每隔半個小時取樣一次，并記錄下下來，直到取樣5個小時為止.記錄下每次取樣的時間.

(4)取樣方法：浸泡時間到時，將浸泡溶液搖勻，靜置1~2min后取樣，每次取樣量相同均為5mL.

(5)阿維菌素的檢測方法：

①標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液配制

取取阿維菌素標(biāo)準(zhǔn)樣品約0.0125g至25mL容量瓶中，用色譜純甲醇溶解完全，再加入色譜純甲醇到刻度線處，搖勻.

②樣品溶液配制

取試樣溶液0.2mL至10mL容量瓶中，用色譜純甲醇稀釋至刻度線，搖勻待用.

③開啟液相色譜儀設(shè)置限壓為40Mp，流量為1ml/min，將紫外可見波長檢測器的輸出衰減設(shè)為0.01，波長245nm，然后按自動回零鍵，歸零.打開電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)點(diǎn)進(jìn)樣，當(dāng)屏幕出現(xiàn)進(jìn)樣符號后準(zhǔn)備進(jìn)樣.

④用甲醇水溶液（85:15）沖柱30分鐘.用所測樣品清洗劑清洗進(jìn)樣器三次，取樣品20ul（不可有氣泡），將進(jìn)樣口處的手柄扳到下方，將進(jìn)樣器針尖扎入進(jìn)樣口，進(jìn)樣，進(jìn)樣后立即將手柄扳到上方，同時電腦數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集.

(6)實(shí)驗數(shù)據(jù)處理

試樣中阿維菌素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為X1按下式計算：

所得的數(shù)據(jù)如下表1.

對應(yīng)上述實(shí)驗數(shù)據(jù)做乙醇萃取阿維菌素的效果曲線如圖2.

通過表1和圖2可知：可以看出在不同的浸泡濃度下，阿維菌素的含量有著差別.

①選擇含水量5%的乙醇作為萃取劑時，從1-2.5h阿維菌素的含量呈下降趨勢，含量從7.5177mg/ml下降到7.3932mg/ml;從2.5-5h阿維菌素的含量呈增長趨勢，含量從7.3932mg/ml上升到8.07mg/ml.整體上阿維菌素的含量隨浸泡時間的增長呈上升的趨勢.

②選擇含水量10%的乙醇作為萃取劑時，從1-2.5h阿維菌素的含量呈上升趨勢，含量從5.39mg/ml上升到7.10mg/ml；從2.5-3.5h阿維菌素的含量呈下降的趨勢，含量從7.10mg/ml下降到6.74mg/ml；3.5-5h阿維菌素的含量從6.74mg/ml上升到7.11mg/ml.整體上阿維菌素的含量隨浸泡時間的增長呈上升的趨勢.

③選擇含水量15%的乙醇作為萃取劑時，從1-2h阿維菌素的含量呈增長的趨勢，含量從5.83mg/ml上升到6.81mg/ml；2-2.5h阿維菌素的含量從6.81mg/ml下降到6.62mg/ml；2.5-3h阿維菌素的含量從6.62mg/ml上升到7.06mg/ml；3-4h阿維菌素的含量從7.06mg/ml上升到6.79mg/ml；4-5h阿維菌素的含量從6.79mg/ml上升到7.35mg/ml.整體上阿維菌素的含量隨浸泡時間的增長呈上升的趨勢.

表1

圖2 相同浸泡溫度（22℃）、浸泡時間下研究浸泡液濃度對阿維菌素萃取的實(shí)驗

產(chǎn)生上述結(jié)果的原因是：根據(jù)文獻(xiàn)[7]可知，乙醇濃度是影響阿維菌素菌絲體萃取的主要因素，濃度越大對阿維菌素菌絲體的萃取效果越好，阿維菌素的含量越高.

實(shí)驗步驟：

(1)配制浸泡溶液：用無水乙醇配制含水量為10%的浸泡溶劑，用250ml量筒分別取無水乙醇212.7ml加入250ml容量瓶中，然后加自來水到250ml定容，搖勻、靜置，供下一步使用，并貼上標(biāo)簽.

其余實(shí)驗步驟同3.2：(2)、(3)、(4)、(5)、(6).

所得實(shí)驗數(shù)據(jù)如下表2：

表2

對應(yīng)上述實(shí)驗數(shù)據(jù)做乙醇萃取阿維菌素的效果曲線如圖3：

圖3 相同浸泡液濃度（10%）下研究浸泡溫度和浸泡時間對阿維菌素的萃取實(shí)驗

通過表2和圖3可知：在不同浸泡溫度下，阿維菌素的含量有著明顯的差別.

實(shí)踐教學(xué)分為課內(nèi)實(shí)踐與課外實(shí)踐，其中課外實(shí)踐教學(xué)又分為校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和校外實(shí)習(xí)。我們首先來看看校外實(shí)習(xí)的情況。當(dāng)前，高職院校普遍對校外實(shí)踐教學(xué)關(guān)注度高，尤其重視校外實(shí)習(xí)基地的建設(shè)。各高職院校普遍有相對完善的校外實(shí)踐教學(xué)體系及運(yùn)行模式，以大量校外實(shí)習(xí)基地為平臺，通過企中校合作模式，讓學(xué)生進(jìn)行教學(xué)頂崗實(shí)習(xí)，以此加強(qiáng)對學(xué)生實(shí)踐技能的培養(yǎng)。那么對校外實(shí)習(xí)基地的重視，并通過校外實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)能否順利達(dá)到高職院校人才培養(yǎng)目標(biāo)的要求呢？

①選擇含水量10%的乙醇（22℃）作為萃取劑時，從1-2.5h阿維菌素的含量呈上升趨勢，含量從5.39mg/ml上升到7.10mg/ml；從2.5-3.5h阿維菌素的含量呈下降的趨勢，含量從7.10mg/ml下降到6.74mg/ml；從3.5-5h阿維菌素的含量從6.74mg/ml上升到7.11mg/ml.整體上阿維菌素的含量隨浸泡時間的增長呈上升的趨勢.

②選擇含水量10%的乙醇（30℃）作為萃取劑時，從1-3h阿維菌素的含量呈上升趨勢，含量從6.67mg/ml上升到7.87mg/ml;從3-3.5h阿維菌素的含量呈下降趨勢，含量從7.87mg/ml下降到7.49mg/ml；3.5-4h阿維菌素的含量從7.49mg/ml上升到7.51mg/ml；4-5h阿維菌素的含量從7.51mg/ml下降到7.45mg/ml.阿維菌素的含量在浸泡時間3h時含量達(dá)到最大值.

產(chǎn)生上述結(jié)果的原因是，由參考文獻(xiàn)[7]阿維菌素在乙醇-水溶劑的溶解度曲線可知：隨著溫度的升高阿維菌素在乙醇中的溶解度在增加.這是由于溫度的升高使乙醇分子的活性增加，提高乙醇分子與阿維菌素分子的碰撞機(jī)率，從而提高了阿維菌素在乙醇中的溶解度，使阿維菌素的含量增加.

3.4 在相同浸泡溫度、浸泡濃度下研究研究浸泡時間對阿維菌素的萃取實(shí)驗

實(shí)驗步驟：

(1)配制浸泡溶液：用無水乙醇配制含水量為5%的浸泡溶劑，用250ml量筒分別取無水乙醇237.7ml加入250ml容量瓶中，然后加自來水到250ml定容，搖勻、靜置，供下一步使用，并貼上標(biāo)簽.

其余實(shí)驗步驟同3.2：(2)、(3)、(4)、(5)、(6).

實(shí)驗所得數(shù)據(jù)如下表3.

對應(yīng)上述實(shí)驗數(shù)據(jù)做乙醇萃取阿維菌素的效果曲線如圖4：

表3

圖4 在相同浸泡溫度、浸泡濃度下研究研究浸泡時間對阿維菌素的萃取實(shí)驗

通過表3和圖4可知：

①選擇含水量5%的乙醇作為萃取劑時，從1-2.5h阿維菌素的含量呈下降趨勢，含量從7.5177mg/ml下降到7.3932mg/ml;從2.5-5h阿維菌素的含量呈增長趨勢，含量從7.3932mg/ml上升到8.07mg/ml.整體上阿維菌素的含量隨浸泡時間的增長呈上升的趨勢.

產(chǎn)生上述結(jié)果的原因：這是由于在相同的浸泡溫度、浸泡濃度下，隨著時間的延長乙醇分子逐漸滲入到阿維菌素菌絲體中的顆粒中，乙醇分子與阿維菌素菌絲體顆粒的接觸表面積增大，乙醇對阿維菌素的萃取率提高，從而阿維菌素的含量增加.

4 結(jié)論和意義

本文研究了影響乙醇萃取阿維菌素菌絲體的影響因素，考察了不同的乙醇濃度、不同的浸泡時間和不同的溫度下對菌絲體中阿維菌素提取率的影響.并通過實(shí)驗得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)結(jié)合表1和圖2的數(shù)據(jù)可知在相同的溫度和時間下含水量為5%的乙醇萃取率最高，萃取液阿維菌素的含量范圍在7.3832mg/ml到8.07mg/ml之間，萃取效果最好.

(2)在相同的浸泡液濃度和時間下結(jié)合表2和圖3可知：在22℃和30℃下最佳的萃取率分別為7.11mg/ml和7.87mg/ml，相差僅為0.76mg/ml.萃取的實(shí)驗溫度對乙醇萃取阿維菌素菌絲體的影響不大.但是依據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)和溫度與溶解度的關(guān)系：溫度是影響溶解度的主要因素[8].從上述實(shí)驗可以看出溫度在30℃對乙醇萃取阿維菌素菌絲體的影響不大.工業(yè)化生產(chǎn)，從節(jié)能角度考慮應(yīng)選擇22℃浸泡溫度更經(jīng)濟(jì)合理.

(3)在相同的浸泡溫度和濃度下結(jié)合表3圖4可知：隨著浸泡時間的延長，阿維菌素的含量增加.但考慮到工廠的效益問題，不可能無限延長浸泡時間來提高阿維菌素的含量.所以應(yīng)該選擇合適的時間為3個小時.

如用乙醇做主體萃取劑的話.本論文的結(jié)論可以為阿維菌素的工廠化生產(chǎn)提供一定的參考，為工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的依據(jù)，為企業(yè)化生產(chǎn)作指導(dǎo).

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A

1673-260X（2014）01-0006-04