乳狀液膜法從發酵液中提取青霉素的研究

路立江 邢運哲

摘 要 本文主要針對發酵液中青霉素的提取展開針對性的研究，以乳狀液膜法為重點，分析如何在青霉素發酵液中提取青霉素G時，各種實驗試劑以及裝置對提取效果影響作用，從而探究最佳提取條件以獲取最高的提取比例以及濃縮比。且采用理論與實踐結合的方式，先針對發酵液構建液膜傳質數學模型，在乳狀液膜法提取青霉素的非穩態傳質數學模型基礎上，構建穩態傳質數學模型，確定最佳發酵液青霉素提取條件。并以實際提取實驗驗證數學模型結論，改進傳統純實驗的青霉素提取率提升研究方法，切實提高乳狀液膜法在發酵液中提取青霉素中的應用，提高提取效果以及研究效果。

關鍵詞 乳狀液膜法 發酵液 提取青霉素

中圖分類號：R978.11文獻標識碼：A

1乳狀液膜法從發酵液中提取青霉素的數學模型構建

液膜分化是模型化實現工業化的第一步，青霉素發酵液中實現液膜分離以提取青霉素，并以此架構數學模型，涉及到物理、化學以及幾何圖像等多個方面，參數復雜且難以求解，所以一般都是以非穩態模型為主，構建穩態模型是液膜分離走向工業化的重要一步。首先，在模型架構的數值求解中，要簡化復雜的數學模型，例如假定內相反萃取試劑濃度較高，從而實現內相試劑量遠大于外水相中的溶質，所以飽和區剛形成時，還沒有向中心推進相對距離時，外水相中的容易已經消耗，反應局限于乳滴外緣的薄殼層，可將膜相擴散近似當做是常數。且根據青霉素傳質速率與絡合物在膜相擴散中一致，實現其穩態控制，借助絡合反應速度快的特點，在膜界面上可以快速達到平衡狀態，可以將溶質與載體形成的絡合物，在內相濃度以及膜與內相交界面上的膜相濃度當做零，以極限穩態擴散條件作為是穩態數學模型的基礎。將乳狀液滴、絡合物擴散過程包含在其中的發酵液液膜分離狀態，以絡合物在膜相中的濃度，遷移組分濃度和膜外相體積等導出以下公式：

-V/A·dCt/dt=D（C1-C2）/%g，且將P作為分配系數，令 C 1 =PCt， C2=0，則可將公式簡化為，-dCt/dt=PADCt/%gV，令k=PAD/%gV則lnC0/C1與t呈現直線關系，簡化了整個數學模型。其中C1為乳狀滴液的外界面中的遷移組分在膜相中的濃度，t為時間。

2實驗驗證

2.1實驗試劑與儀器

以石家莊制藥集團的青霉素 G 發酵液，上海大眾制藥廠的Span-80，Flnka 進口分裝三辛胺;上海有機化學研究所開發公司的季銨鹽 N-263，市場煤油，江蘇江陽科研器械廠的組織搗碎機 ;北京第二光學儀器廠WF 2 800-P 2 紫外分光光度計為實驗儀器與試劑。乳狀液膜體系的制備，以含有載體與表面活性劑的有機溶液與一定濃度的碳酸鈉水溶液，以規定比例進行混合后，以規定轉速進行機械乳化5min。青霉素的提取則是，將乳水按照體積1：6de 比例實現外相與乳相的提取，以水層為外層，乳相破相后靜置分層，獲取水層為青霉素G 鈉鹽溶液。青霉素 G鈉溶液濃度測定以羥胺法，以468nm處的濃度為準，提取率與溶脹率的計算如下。

提取率=[（=C發酵液譜 -C外譜）/C原 譜] ？00%，溶脹率=[（提取后V內-V原）/V原] ？00 %。

2.2實驗條件與結果

發酵液中青霉素提取的乳狀液膜分離條件：膜溶劑，40%煤油+60%石蠟;Span-80、質量比為17%;載體質量比為2%;碳酸鈉濃度0.1mol/L;轉速300r/min;External solution ，0.1 mol/L檸檬酸-0.1mol/L檸檬酸鈉;Volume ratio of membrane phase to internal phas0.75。

以單組分變動為主固定其他條件，改變有機溶劑種類按照乳狀液膜分離法提取青霉素，通過提取率計算得到與環己烷相比，沒有的提取率更高，19.87VS 52.91%，選定煤油做有機溶劑效果更佳;內相碳酸鈉溶液濃度，根據氫離子濃度梯度為青霉素運轉推動力的本質，明確內相PH越大則推動力越高，提取效果更好，但由于碳酸鈉PH值極不穩定，所以選用 0.5 mol/L 的濃度為佳;依據提取率、溶脹率的計算，比對季胺鹽、三辛胺，三辛胺溶脹率優于44.5%VS 122.5%，提取率略低于季銨鹽， 56.82%VS75.08 %，綜合青霉素濃縮比而言，選用三辛胺為載體;載體用量中，由于三辛胺具有3個較長的碳氫鏈，所以過量的三辛胺會降低膜穩定性，因此將三辛胺控制0.05 g ～0.25 g之間為最佳：提取時間，針對外相溶液取樣中，測定青霉素濃度發現隨著時間推移，外相青霉素濃度降低，攪拌條件下提取時間越長則越容易導致破膜，會導致已經入膜的青霉素返回到外向中，且在20min時外相青霉素濃度至最低值，所以，選用 20 min 為最佳提取時間。

3結語

根據數學公式模型確定，lnC0/C1與t呈現直線關系，因此影響提取率的因素主要是溶脹率、有機物溶劑、內相溶液濃度、載體種類及用量，以青霉素G發酵液作為發酵原液，將乳水比例調成1：6則，在一定規定體積下與試劑下，求得t=20 min，煤油52.91%，CNa2 CO3 =0.5 mol/L為內相時，0.15 g 三辛胺為載體溶脹率 44.5%，可獲取最佳提取率 76.5%、濃縮比為6.0。

參考文獻

[1] 朱澄云，莫鳳奎.乳狀液膜法用乳化劑與載體性能的研究[C].膜技術應用國際會議，2011.

[2] 吳漢奇，劉興榮，王小恒.液膜常用表面活性劑對青霉素提取率及液膜溶脹的研究[J].膜科學與技術， 2016， 26（03）：61-64.