生物分离提取技术项目三：从发酵液中提取青霉素任务2发酵液的预处理教案教学设计
青霉素的提取工艺ppt课件
生产原理：
发酵液的预处理
发酵液中的杂质很多，其中对提取影响最 大的高价无机离子（钙，镁，铁离子等）和 蛋白质。因此要先除杂。 1.单级萃取：包括一个混合器和一个分离器。 料液F和溶剂S加入混合器中经接触达到平衡 后，用来分离得到的萃取液F和萃余液R。 2.多级错流萃取：料液经萃取后，萃余液在 于新鲜萃取剂接触，在进行萃取。此方法萃 取较完全。 3.多级逆流萃取：在第一级中加入料液，并 逐渐向下一级移动，而在最后一级中加入萃 取液，并逐级向前一级移动。
提取过程中洗涤用水
青霉素G
36.0
9.8
0.0
10.4
中空纤维更新液膜提取工艺经济效益评价
优点： (1) 提取效率高、产量大：新工艺提取青霉素G总收率约 为 80%。 (2) 萃取剂损失量较少：新工艺中采用的混合萃取剂均微 溶于水，其损失量小于发酵滤液量的1.0%。 (3) 后续处理简单：新工艺所采用萃取剂 （7%DOA+30%异辛醇+煤油）中的3 种物质均微溶 于水，完成提取过程后，只需经过简单的分相处理即可重 复利用。 (4) 过程能耗低：可在常温条件下操作，可极大减少能量 消耗。且不需要对循环使用的萃取剂进行蒸馏提纯以及对 萃余液中的溶剂进行蒸馏回收过程，故能耗大大降低。
化学式
青霉素 化学本质：盐酸巴氨西林。其化学名 为1-乙氧甲酰乙氧6-〔D(-)-2-氨基-2-乙 酰氨基〕青霉烷酸盐酸盐。 分子式：C16H18N3O4S· HCl 分子量：384.5 青霉素它不能耐受耐药菌株(如耐药金葡)所 产生的酶，易被其破坏，且其抗菌谱较窄， 主要对革兰氏阳性菌有效。青霉素G有钾盐、 钠盐之分，钾盐不仅不能直接静注，静脉滴 注时，也要仔细计算钾离子量，以免注入人 体形成高血钾而抑制心脏功能，造成死亡。
如何设计青霉素的教学案？
如何设计青霉素的教学案？青霉素是一种广泛使用的抗生素，也是许多学生在高中化学中学习的一部分。
但是，如何设计一个有效的教学案例，以帮助学生更好地理解青霉素的化学结构和作用机制，是许多化学教师面临的难题。
本文将探讨如何设计一个成功的青霉素教学案例，其涵盖了青霉素的化学结构、制备和机理。
第一步：引入青霉素在介绍青霉素的详细信息之前，应该先简要介绍一些基本概念和背景，包括抗生素的历史和作用原理、菌落计数和细菌分离方法。
这样可以帮助学生更好地理解青霉素的作用和重要性。
第二步：青霉素的化学结构介绍青霉素的化学结构是设计教学案例的重要一步。
这可以通过讨论分子的碳原子结构和构成过程来实现。
通过讨论这种分子结构和它们的基本元素，学生可以更好地理解青霉素分子的构成，以及这些元素如何相互作用。
在讨论完青霉素的化学结构之后，可以讨论分子的热力学性质和溶解度等方面。
这可以帮助学生更好地理解分子在不同条件下的行为。
第三步：青霉素的制备在介绍青霉素的制备过程之前，应该对学生进行一些实验操作基础知识的复习，包括分离、提取、纯化等。
在了解这些操作的基础上，应该重点介绍青霉素生产中的各个步骤，包括培养母菌的过程、生产设备的用途以及简要的操作指导。
在讨论完操作方法之后，可以引入实验室制备青霉素的过程。
第四步：青霉素的作用机理一个步骤是介绍青霉素的作用机理。
这可以引入一些生物学知识，例如细菌壁的化学组成，如何抑制菌体的生长等。
在讨论完抑菌机理之后，可以再进一步引出青霉素的不良反应以及预防方法。
这部分应该重点讲解深海青霉素对水质的影响，以及如何准确使用青霉素治疗疾病。
青霉素是高中化学中一个重要的学习内容。
设计一个包含制备、化学结构和作用机理的综合教学案例，可以有效地帮助学生更好地理解这种药物的生产和应用。
为了达到效果，教师可以采用思维导图、模拟实验和实时互动等多种教学方法。
通过这些方法，学生可以更好地理解理论知识，并加深实验经验的积累。
青霉素课程设计
1.2青霉素分类及分子结构
青霉素是6－氨基青霉烷酸（6-aminopenicillanic acid, 6-APA）苯乙酰衍生物。侧链基团不同，形成不同的青霉素，主要是青霉素G。工业上应用的有钠、钾、普鲁卡因、二苄基乙二胺盐。青霉素发酵液中含有5种以上天然青霉素（如青霉素F、G、X、K、F和V等），它们的差别仅在于侧链R基团的结构不同，其中青霉素G在医疗中用得最多，它的钠或钾盐为治疗革兰氏阳性菌的首选药物，对革兰氏阴性菌也有强大的抑制作用。青霉素的结构通式可表示为
6.1发酵工艺过程... 21
6.1.1正常发酵（过程）... 21
6.1.2出料... 22
6.1.3发酵过程中PH值低... 22
6.1.4发酵过程中PH值高... 22
6.1.5发酵过程中溶解氧低... 22
6.1.6残糖浓度低... 22
6.1.7发酵过程中温度高2.3孢子的制备
这是发酵工序的开端，是一个重要环节。抗生素产量和成品质量同菌种性能以及同孢子和种子的情况有密切关系。生产用的孢子需经过纯种和生产能力的检验，符合规定的才能用来制备种子。保藏在砂土管或冷冻干燥管仲的菌种经无菌手续接入适合于孢子发芽或菌丝生长的斜面培养基中，经培养成熟后挑选菌落正常的孢子可再一次接入试管斜面。对于产孢子能力强的及孢子发芽、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基孢子，孢子可直接作为中子罐的种子。
甘油封藏法向培养好的菌种斜面上，加入灭菌甘油，高出斜面1cm，然后蜡封管口，放入冰箱。该法既可防止培养基水分蒸发，又能使菌种与空气隔绝。保藏期1～2年。
生物分离提取技术项目三：从发酵液中提取青霉素任务1制定提取工艺教案教学设
抗假单胞菌青霉素:如羧苄西林、哌拉西林、替卡西林等。
美西林及其酯匹西林:如美西林及其酯匹美西林等，其特点为较耐酶，对某些阴性杆菌(如大肠、克雷伯氏和沙门氏菌)有效，但对绿脓杆菌效差。
甲氧西林类:如坦莫西林等
四、学生制定流程图
五、归纳总结
教师引导学生总结主要知识点。
课程《生物分离提取技术》2022/2023 学年第1学期 教师课程组
授课日期
班 级
项目三：从发酵液中提取青霉素
任务1：制定提取工艺
任务2：发酵液的预处理
任务3：青霉素的提取及固液分离
任务4：青霉素的脱色
任务5：青霉素的结晶
任务6：青霉素的抽滤、洗涤和干燥
课 题：从发酵液中提取青霉素--制定提取工艺
教学目标：
六、布置作业
1.了解青霉素的分类。
2. 青霉素的提取工艺流程图。
分类
青霉素用于临床是40年代初，人们对青霉素进行大量研究后又发现一些青霉素，当人们又对青霉素进行化学改造，得到了一些有效的半合成青霉素，70年代又从微生物代谢物中发现了一些母核与青霉素相似也含有β-内酰胺环，而不具有四氢噻唑环结构的青霉素类，可分为三代:第一代青霉素指天然青霉素，如青霉素G(苄青霉素);第二代青霉素是指以青霉素母核-6-氨基青霉烷酸(6-APA)，改变侧链而得到半合成青霉素，如甲氧苯青霉素、羧苄青霉素、氨苄青霉素;第三代青霉素是母核结构带有与青霉素相同的β-内酰胺环，但不具有四氢噻唑环，如硫霉素、奴卡霉素。
知识目标：
1.了解青霉素的分类及分子结构。
2.掌握青霉素的理化性质。
能力目标：
1.能够参考资料在教师引导下制定出青霉素提取工艺流程，并学习绘制青霉素的工艺流程图。素质目标：
青霉素萃取工艺实训报告
#### 一、实训目的本次实训旨在通过实际操作，掌握青霉素的萃取工艺流程，了解溶剂萃取法在青霉素提取中的应用，并学习如何优化萃取条件以提高青霉素的提取效率。
#### 二、实训时间与地点实训时间：2023年X月X日至X月X日实训地点：化学实验室#### 三、实训内容1. 青霉素发酵液的预处理- 青霉素发酵液的过滤，去除固体杂质。
- 调整发酵液的pH值至适宜萃取的范围内。
2. 萃取工艺操作- 选择合适的萃取剂（如醋酸丁酯）。
- 配制萃取剂与发酵液的混合物，进行萃取操作。
- 控制萃取过程中的温度和pH值。
3. 反萃取操作- 向萃取剂中加入水，进行反萃取。
- 通过离心分离萃取剂和水，回收青霉素。
4. 结晶操作- 将回收的青霉素溶液进行结晶处理。
- 通过过滤分离固体青霉素。
#### 四、实训过程1. 发酵液预处理- 将青霉素发酵液通过过滤器进行初步过滤，去除发酵过程中产生的固体杂质。
- 根据实验要求调整发酵液的pH值至1.8-2.2，以便于后续的萃取操作。
2. 萃取操作- 将调整后的发酵液与醋酸丁酯按一定比例混合。
- 在搅拌下进行萃取，确保混合均匀。
- 控制萃取过程中的温度在适宜范围内，通常为室温。
3. 反萃取操作- 向萃取剂中加入等体积的水，进行反萃取。
- 在2000rpm的速度下离心5分钟，分离萃取剂和水。
- 重复上述步骤三次，以确保青霉素的充分回收。
4. 结晶操作- 将反萃取后的溶液进行蒸发浓缩。
- 将浓缩后的溶液冷却至室温，诱导青霉素结晶。
- 通过过滤收集结晶，洗涤并干燥。
#### 五、结果与讨论1. 萃取效果- 通过多次萃取和反萃取操作，青霉素的提取率达到了预期目标。
- 萃取过程中的pH值和温度控制对萃取效果有显著影响。
2. 结晶效果- 结晶操作中，青霉素的纯度较高，结晶效果良好。
- 结晶过程中温度的控制对结晶形态和纯度有重要影响。
3. 优化建议- 考虑使用不同的萃取剂，以提高萃取效率。
- 优化萃取条件，如pH值、温度和时间，以实现更高的青霉素提取率。
青霉素纯化教学设计
《青霉素纯化》教学设计
一、教学背景：
《生物分离纯化技术》是生物制药技术专业的专业核心课程，在第四学期开设，通过了解学生学习能力、学习方法、学习习惯等情况，分析学生具有乐于动手、社会活动能力较强、学习习惯、方法、能力欠佳，逻辑思维能力较弱等特点，针对生物分离纯化技术的课程培养目标和今后面向的职业岗位，根据生物药物分离纯化工作过程和工作任务，结合企业标准和生化产品分离纯化工等国家职业技能鉴定考核标准，考虑学生的可持续发展和职业素质的养成，本课程选取了生物药物分离纯化基本知识、固液分离技术、沉淀技术、层析技术、膜分离技术、萃取技术、电泳技术、浓缩干燥等相关技能和知识内容，将上述课程内容进行分解，重组和序化，打破了传统的学科体系课程内容界线，设计了发酵液中青霉素分离纯化、黄连中生物碱分离纯化、血清中免疫球蛋白分离纯化三大项目。
青霉素纯化是项目发酵液中青霉素分离纯化中的任务，是在完成任务发酵液中青霉素提取后进行的。
二、教学设计。
青霉素的发酵教案
项目式教学法教案：青霉素的发酵一、任务背景本项目是抗生素类药物的生产，项目引导旨在学生进行抗生素生产前掌握一些必备的基础知识，包括青霉素、红霉素和链霉素的基本知识。
本任务是青霉素的发酵生产，从青霉素发酵的整个生产工艺流程来训练学生对发酵工程的掌握，针对的培训工种为菌种培育工、微生物发酵工、微生物发酵灭菌工、发酵液提取工、微生物发酵药品精制工、抗生素酶裂解工。
二、培养目标1、知识目标【明确】明确青霉素、结构特点、理化性质及作用机理。
【熟悉】青霉素的定义、分类和命名。
【掌握】青霉素发酵的的工艺特点、要求及一般原理和控制过程。
2、技能目标【1】能熟练进行微生物的初步分离、纯化、鉴定及保藏。
【2】能熟练进行青霉素的发酵生产。
3、素质目标【1】基本素质：能根据需要，确定信息渠道，通过阅读、访谈等方式，收集信息，能用准确的语言表达工作成果。
【2】职业素质：能够按照岗位职责要求，完成各项实训任务，养成良好的职业道德【3】道德素质：能够遵守生产纪律，爱护仪器，节约能源，认真工作，严格遵守仪器操作规程，爱护公共财产，具有安全意识。
三、教学重点与难点【教学重点】青霉素发酵的工艺流程【教学难点】青霉素发酵的条件控制四、教学流程五、教学内容1、生产前准备（1）查找资料，了解青霉素生产基本知识a.什么类的化合物成为青霉素？青霉素的分子结构及其衍生物？b.青霉素的作用机理及应用?c.青霉素理化性质?d.青霉素生产菌有哪些生物学特性？（2）确定生产技术、生产菌种和工艺路线a. 生产技术：微生物发酵技术b.菌种：产黄青霉（Penicillium chrosogenum）c.发酵工艺流程图2、菌种培养（1）生产孢子的制备将砂土保藏的孢子用甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的培养基进行斜面培养,经传代活化。
最适生长温度在25~26℃,培养6~8d,得单菌落,再转斜面,培养7~9d,得斜面孢子。
移植到优质小米(或大米)固体培养基上,25℃生长6~7d,制得小米孢子。
实训 青霉素的提取分离
实训青霉素的提取分离［任务描述］青霉素是一族抗生素的总称，当发酵培养基中不加侧链前体时，会产生多种N-酰基取代的青霉素的混合物，它们合称为青霉素类抗生素。
目前已知的天然青霉素的结构和生物活性见表1所示，由青霉素类的基本结构式可见，青霉素可看作是由半胱氨酸和缬氨酸结合而成的，结构式中R代表侧链，不同类型的青霉素侧链不同。
其中的青霉素G类疗效最好，应用最广，通常所说的青霉素即指青霉素G，因其不耐酸，在胃酸中会被破坏，故只能注射给药。
表1天然青霉素的结构和生物活性青霉素侧链取代基（R）相对分子质量生物活性/（U/mg钠盐）青霉寨G青霉素X青霉素F青霉素K 双氢青霉素F 青霉素VC6H5CH2一（p）HOC6H4CH2一CH3CH2CH=CHCH2一CH3（CH2）6一CH3（CH2）4一C6H5OCH2—334.38350.38312.37342.45314.40350.3816679701625230016l01595青霉素结构中含有羧基，是弱酸性物质，在水中溶解度很小，易溶于有机溶剂如醋酸丁酯、苯、氯仿、丙酮和乙醚中，而青霉素G钾盐、钠盐易溶于水和甲醇，可溶于乙醇，但在丙醇、丁醇、丙酮、醋酸乙酯、吡啶中难溶或不溶，如普鲁卡因青霉素G易溶于甲醇，难溶于丙酮和氯仿，微溶于水。
青霉素遇酸、碱或加热都易分解而失去活性，分子中最不稳定的部分是β-内酰胺环，而其抗菌能力取决于β-内酰胺环，故青霉素的降解产物几乎都不具有活性。
青霉素在近中性（PH为6～7）水溶液中较为稳定，酸性或碱性溶液均使之分解加速，青霉素的盐对热稳定，将药品制成青霉素G钾盐或钠盐较多。
青霉素G生产可分为菌种发酵和提取精制两个步骤菌种发酵是将产黄青霉菌接种到固体培养基上，在25℃下培养7～10天，即可得青霉菌孢子培养物。
用无菌水将孢子制成悬浮液接种到种子罐内已灭菌的培养基中，通入无菌空气、搅拌，在27℃下培养24～28h，然后将种子培养液接种到发酵罐已灭菌的含有苯乙酸前体的培养基中，通入无菌空气，搅拌，在27℃下培养7天，在发酵过程中需补入苯乙酸前体及适量的培养基，培养基主要成分有葡萄糖、花生饼粉、麸质粉、尿素、硝酸铵、硫代硫酸钠、碳酸钙等。
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教师提出问题：
大家了解青霉素吗？
学生回答……引入任务
三、教师讲解
盐析法：
定义：盐析法是利用各种生物分子在浓盐溶液中溶解度的差异，通过向溶液中引入一定数量的中性盐，使目的物或杂蛋白以沉淀析出，达到纯化目的的方法。
优点：简单、经济、较少变性
缺点：分辨率不高；沉淀含大量盐析剂，要除盐；产生氨的恶臭
（2）高pH 释氨，腐蚀；
（3）残留产品有影响。
饱和度（Saturation）的概念：
以硫酸铵为例：250C时，硫酸铵的饱和浓度是767g/L定义为100%饱和度
目标蛋白质的盐析沉淀操作之前，所需的硫酸铵浓度或饱和浓度可通过实验确定。
对多数蛋白质，当达到85%饱和度时，溶解度都小于 0.l mg／L，通常为兼顾收率与纯度，饱和度的操作范围在40%-60%之间。
有机溶剂沉淀法
概念：在含有溶质的水溶液中加入一定量亲水的有机溶剂，降低溶质的溶解度，使其沉淀析出。
有机溶剂对于许多蛋白质（酶）、核酸、多糖和小分子生化物质都能发生沉淀作用，是较早使用的沉淀方法之一。
优点：
1）分辨能力比盐析法高，即蛋白质等只在一个比较窄的有机溶剂浓度下沉淀；
2）溶剂易除去
3）沉淀不用脱盐，过滤较为容易；
盐析作用（salting out）原理
破坏双电层：
在高盐溶液中，带大量电荷的盐离子能中和蛋白质表面的电荷，使蛋白质分子之间电排斥作用相互减弱而能相互聚集起来。
破坏水化层：
中性盐的亲水性比蛋白质大，盐离子在水中发生水化而使蛋白质脱去了水化膜，暴露出疏水区域，由于疏水区域的相互作用，使其沉淀。
盐析用盐的选择
缺点：
1）对具有生物活性的大分子容易引起变性失活，
2）操作要求在低温下进行。
3）成本高，需防火防爆
总体来说，蛋白质和酶的有机溶剂沉淀法不如盐析法普遍。
基本原理
1、降低了介质的介电常数，使溶质分子之间的静电引力增加，聚集形成沉淀。
2、水溶性有机溶剂本身的水合作用降低了自由水的浓度，压缩了亲水溶质分子表面原有水化层的厚度，降低了它的亲水性，导致脱水凝集。
盐析作用要强
盐析用盐需有较大的溶解度
盐析用盐必须是惰性的
来源丰富、经济
盐析中常用的盐：硫酸铵、硫酸钠、磷酸钾、磷酸钠
硫酸铵是最常用的蛋白质盐析沉淀剂
（1） 价廉 ；
（2） 溶解度大，温度系数小，许多蛋白质可以盐析出来；
（3）硫酸铵分段盐析效果也比其他盐好，
（4）不易引起蛋白质变性。
缺点：
（1）水解变酸；
素质目标：
1.认真的工作态度。
2.积极主动的学习意识。
3.良好的团结协作精神。
重点难点：沉淀法去除杂蛋白
教学方法：讲授、项目引导、任务驱动
教 具：多媒体
教学参考书：生物分离与纯化技术
课后作业：
1.凝聚与絮凝的概念。
2.沉淀法去除杂蛋白的方法?
教学札记：
编写日期：
教案附页
教学设计：
一、复习
凝聚和絮凝的原理和方法。
课程《生物分离提取技术》2022/2023 学年第1学期 教师课程组
授课日期
班 级
项目三：从发酵液中提取青霉素
任务1：制定提取工艺
任务2：发酵液的预处理
任务3：青霉素的提取及固液分离
任务4：青霉素的脱色
任务5：青霉素的结晶
任务6：Байду номын сангаас霉素的抽滤、洗涤和干燥
课 题：从发酵液中提取青霉素--发酵液的预处理
脱水作用比静电作用强
四、学生操作
五、归纳总结
教师引导学生总结主要知识点。
六、布置作业
1.凝聚与絮凝的概念。
2. 沉淀法去除杂蛋白的方法?
教学目标：
知识目标：
1.掌握沉淀法去除杂蛋白的方法。
2.掌握凝聚和絮凝的原理和方法。
3.掌握预处理操作过程中参数的控制范围和方法。
4.掌握预处理罐和真空转鼓过滤机的正确操作方法和日常保养方法。
能力目标：
1.能够根据相应参数对发酵液进行预处理。
2.能够正确使用预处理罐和真空转鼓过滤机并对设备进行维护。