发酵液预处理

青霉素提纯工艺流程简图：
青霉素不稳定，发酵液预处 理、提取和精制过程要条件 温和、快速，防止降解。
发酵液预处理 发酵液中的杂质如高价无机离子（Fe2+、Ca2+、Mg2+）和蛋白 质在离子交换的过程中对提炼影响甚大，不利于树脂对抗生素的 吸收。如用溶媒萃取法提炼时，蛋白质的存在会产生乳化，使溶 媒合水相分离困难。对高价离子的去除，可采用草酸或磷酸。如 加草酸则它与钙离子生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固以提高发 酵滤液的质量。如加磷酸（或磷酸盐），既能降低钙离子浓度， 也利于去除镁离子。 Na5P3O10 + Mg2+====MgNa3P3O1 0+ 2Na+
cake 滤饼
传统的过滤
Conventional filtration
青霉素的提取采用溶媒萃取法。 青霉素游离酸易溶于有机溶剂， 而青霉素盐易溶于水。利用这 一性质，在酸性条件下青霉素 转入有机溶媒中，调节pH，再 转入中性水相，反复几次萃取， 即可提纯浓缩。选择对青霉素 分配系数高的有机溶剂。工业 上通常用醋酸丁酯和戊酯。萃 取2－3次。
青霉素发酵液预 处理与固液分离
第三组：宫鹏利 孙晓盼 段玉兰
侯喆 孟佳 赵秀青 苗树峰
发酵液的基本特性
• 产物浓度低
• 具有极性
• 黏度大
• 表面张力大
• 性质不稳定
预处理的目的
⑴改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离 固形物的速度，提高固液分离器的效率； ⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数 是液相）； ⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操 作。
图5 转鼓真空过滤机
过滤机外涂有厚厚的一层硅藻土，水和酶可以渗透过去，而 培养基和微生物却被黏着在硅藻土表面上。转鼓过滤机旋转 的过程中，发酵液喷散开来。水和酶被吸进过滤机的中央， 培养基和微生物则留在硅藻土表面，稍后用巨型刀片将硅藻 土及附着其上的培养基及微生物一同去除。
图7 板框过滤机
用于各种悬浮液的固液分离，适用范围广。应用于食品、 环保、轻工、医药、化工、冶金、石油等工业。特别适用于 大批量啤酒、白酒、葡萄酒、食用油等液体饮料的精滤或除 菌过滤。
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固液分离
过滤 发酵液在萃取之前需预处理，发酵液加 少量絮凝剂沉淀蛋白，然后经真空转鼓过 滤或板框过滤，除掉菌丝体及部分蛋白。 青霉素易降解，发酵液及滤液应冷至10 ℃以下，过滤收率一般90%左右。
（1）菌丝体粗长10µ m，采用鼓式真空过滤机过滤，滤渣 形成紧密饼状，容易从滤布上刮下。滤液pH6.27-7.2，蛋 白质含量0.05-0.2%。需要进一步除去蛋白质。 （2）改善过滤和除去蛋白质的措施：硫酸调节pH4.5-5.0， 加入0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0.7%硅藻土为助滤剂。 再通过板框式过滤机。滤液澄清透明，进行萃取。
从发酵液萃取到乙酸丁酯时， pH选择1.8-2.0，从乙酸丁酯反 萃到水相时，pH选择6.8-7.4。 发酵滤液与乙酸丁酯的体积比 为1.5-2.1，即一次浓缩倍数为 1.5-2.1。为了避免pH波动，采 用硫酸盐、碳酸盐缓冲液进行 反萃。发酵液与溶剂比例为3－ 4。几次萃取后，浓缩10倍，浓 度几乎达到结晶要求。萃取总 收率在85％左右。
脱色 萃取液中添加活性炭，除去色 素、热源，过滤，除去活性炭。
.结晶 萃取液一般通过结晶提纯。青霉素 钾盐在醋酸丁酯中溶解度很小，在 二次丁酯萃取液中加入醋酸钾-乙醇 溶液，青霉素钾盐就结晶析出。然 后采用重结晶方法，进一步提高纯 度，将钾盐溶于KOH溶液，调pH至中 性，加无水丁醇，在真空条件下， 共沸蒸馏结晶得纯品。
直接结晶：在2次乙酸丁酯萃取液 中加醋酸钠－乙醇溶液反应，得到 结晶钠盐。加醋酸钾－乙醇溶液， 得到青霉素钾盐。共沸蒸馏结晶： 萃取液，再用0.5 M NaOH萃取， pH6.4-4.8下得到钠盐水浓缩液。加 2.5倍体积丁醇，16－26℃，0.671.3KPa下蒸馏。水和丁醇形成共沸 物而蒸出。钠盐结晶析出。结晶经 过洗涤、干燥后，得到青霉素产品。
加黄血盐及硫酸锌，则前者有利于去 除铁离子，后者有利于凝固蛋白质。 此外，两者还有协同作用。他们所产 生的复盐对蛋白质有吸附作用。 2K4Fe(CN)6 + 3ZnSO4 K2Zn[Fe(CN)6]2 + 2Na+ 为了有效的去除发酵液中的蛋白质， 需加入絮凝剂。絮凝剂是一种能溶于 水的高分子化合物。含有很多离子化 基团（如—NH2，—COOH，— OH）。
所得滤液多采用二次萃取， 用10%硫酸调pH2.0~3.0， 加入醋酸丁酯，用量为滤液 体积的三分之一，反萃取时 常用碳酸氢钠溶液调 pH7.0~8.0。在一次丁酯萃 取时，由于滤液含有大量蛋 白，通常加入破乳剂防止乳 化。第一次萃取，存在蛋白 质，加0.05-0.1%乳化剂 PPB。
萃取条件：为减少青霉素降解， 整个萃取过程应在低温下进行 （10 ℃以下）。萃取罐冷冻盐 水冷却。