乙醇萃取菌丝体中阿维菌素的工艺研究

曹洪玉

（赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000）

乙醇萃取菌丝体中阿维菌素的工艺研究

曹洪玉

（赤峰学院 化学化工学院，内蒙古 赤峰 024000）

阿维菌素是目前最有效的农用杀虫剂、兽用杀虫剂，是杀灭动植物虫害的抗生素之一.工业生产中阿维菌素的萃取是重要的一个环节.本文采用在不同比例的有机溶剂-水体系中的溶解度作为重要的基础数据，研究用乙醇含量为95%-85%萃取菌丝体中阿维菌素的工艺条件，为模拟工厂化生产提供一定的实验数据.减少工业生产带来的费用，提高企业效益.

阿维菌素；萃取时间；萃取温度；萃取剂浓度；工业化生产

1 引言

1.1 阿维菌素介绍及结构

阿维菌素(avermectins)是由链霉菌中灰色链霉菌(Streptomycesavermitilis)发酵产生的一组环内酯类抗生素[1]，它是一种高效、广谱的抗生素类杀虫杀螨剂，其英文名称avermectins，是由日本北里大学大村智等和美国Merck公司首先开发的一类具有杀虫、杀螨、杀线虫活性的十六元大环内酯化合物，由链霉菌中灰色链霉菌Streptomycesavermitilis发酵产生.天然avermectins中含有8个组分，主要有4种即A1a、A2a、B1a和B2a，其总含量≥80%；比例较小的4种同系物是A1b、A2b、B1b和B2b，其总含量≤20%.我国20世纪80年代末由上海市农药研究所开发的从广东揭阳土壤中分离筛选得到7051菌株，后经鉴定证明该菌株与S.avermitilisMa-8460相似，与avermectin的化学结构相同，1993年北京农业大学新技术开发总公司立项研究并生产开发此药[2].Avermectin的结构新颖，它是一种新型抗生素类杀虫剂可以农畜两用.阿维菌素的化学名称：B1a:5－0一双甲基一22,23一双氢阿维菌素；B1b：5－O－双甲基一25一双（1一甲基丙基）一22,23一双氢一25一（1一甲基乙基）阿维菌素.阿维菌素是一组具有相似结构的大环内酯类抗生素，其结构示意图如图1.

图1 阿维菌素分子式

组分 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 阿维菌素的应用前景

阿维菌素的发展具有良好的前景.就国内市场而言，阿维菌素作为我国农药杀菌剂和杀虫剂的销量和使用量都是名列前茅的品种，从综合产业化规模与其研究深度上分析，已成为我国生物农药产业中的拳头产品和领军品种，是我国生物农药产业的中坚力量[4].

随着社会的发展科技的进步人们环保意识的增强，一批高毒、高残留农药逐渐被淘汰，高效、低毒、低残留的农药受到人们的亲睐，由于阿维菌素是微生物的代谢产品，属于生物农药，在自然条件下容易降解，对人畜安全，对天敌影响相对小，而且防治效果优异，所以具有广阔的发展前途[5].农业部决定从2004年到2007年份3个阶段消减高毒农药的使用，直接为阿维菌素等高效低毒的生物杀虫剂的发展提供了空间[6].因此对于阿维菌素等生物农药的需求不断上升.

可以说阿维菌素是一种应用前景非常广阔、经济效益和社会效益都非常显著的微生物发酵产品.

2 实验设计

根据文献[7]阿维菌素在乙醇-水溶剂中的溶解度曲线可知：随着乙醇含量的降低，阿维菌素在乙醇-水溶剂中的溶解度降低.

图1 阿维菌素在乙醇-水溶剂中的溶解度曲线[7]

考虑到乙醇对阿维菌素菌丝体的萃取所受不同条件的影响.所以对影响乙醇萃取阿维菌素菌丝体的因素归纳为以下几点：

(1)萃取溶剂的浓度

(2)萃取的实验温度

(3)不同浸泡时间

3 实验部分

3.1 实验仪器及药品

实验试剂如下：

名称 生产厂家阿维菌素菌丝体 自制无水乙醇（分析） 天津市河东区红岩试剂场甲醇（色谱） 河北东光恒达化工有限责任公司

实验仪器如下：

名称 成产厂家JPT-10型架盘天平 天津市天马仪器厂旋转蒸发器（RE-2000） 上海亚荣生化仪器厂液相色谱仪（UV200Ⅱ） 大连依利特分析仪器有限公司PAIGGER电子天平 上海颖领电子衡器有限公司层析柱 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 在相同浸泡温度（22℃）、浸泡时间下研究浸泡液浓度对阿维菌素萃取的实验

实验步骤：

(1)配制浸泡溶液：用无水乙醇配制含水量为5%、10%、15%的浸泡溶剂，用250ml量筒分别取无水乙醇237.7ml、225.2ml、212.7ml加入250ml容量瓶中，然后加自来水到250ml定容，摇匀、静置，供下一步使用，并贴上标签.

(2)用托盘天平称取阿维菌素菌丝体25g，加入到250ml锥形瓶中然后加入所配制的浸泡液摇匀，密封.并记下时间.

(3)取样时间:将上述溶液浸泡1小时后，开始第一次取样.以后每隔半个小时取样一次，并记录下下来，直到取样5个小时为止.记录下每次取样的时间.

(4)取样方法：浸泡时间到时，将浸泡溶液摇匀，静置1~2min后取样，每次取样量相同均为5mL.

(5)阿维菌素的检测方法：

①标准样品溶液配制

取取阿维菌素标准样品约0.0125g至25mL容量瓶中，用色谱纯甲醇溶解完全，再加入色谱纯甲醇到刻度线处，摇匀.

②样品溶液配制

取试样溶液0.2mL至10mL容量瓶中，用色谱纯甲醇稀释至刻度线，摇匀待用.

③开启液相色谱仪设置限压为40Mp，流量为1ml/min，将紫外可见波长检测器的输出衰减设为0.01，波长245nm，然后按自动回零键，归零.打开电脑数据采集系统点进样，当屏幕出现进样符号后准备进样.

④用甲醇水溶液（85:15）冲柱30分钟.用所测样品清洗剂清洗进样器三次，取样品20ul（不可有气泡），将进样口处的手柄扳到下方，将进样器针尖扎入进样口，进样，进样后立即将手柄扳到上方，同时电脑数据采集系统开始进行数据采集.

(6)实验数据处理

试样中阿维菌素的质量分数为X1按下式计算：

所得的数据如下表1.

对应上述实验数据做乙醇萃取阿维菌素的效果曲线如图2.

通过表1和图2可知：可以看出在不同的浸泡浓度下，阿维菌素的含量有着差别.

①选择含水量5%的乙醇作为萃取剂时，从1-2.5h阿维菌素的含量呈下降趋势，含量从7.5177mg/ml下降到7.3932mg/ml;从2.5-5h阿维菌素的含量呈增长趋势，含量从7.3932mg/ml上升到8.07mg/ml.整体上阿维菌素的含量随浸泡时间的增长呈上升的趋势.

②选择含水量10%的乙醇作为萃取剂时，从1-2.5h阿维菌素的含量呈上升趋势，含量从5.39mg/ml上升到7.10mg/ml；从2.5-3.5h阿维菌素的含量呈下降的趋势，含量从7.10mg/ml下降到6.74mg/ml；3.5-5h阿维菌素的含量从6.74mg/ml上升到7.11mg/ml.整体上阿维菌素的含量随浸泡时间的增长呈上升的趋势.

③选择含水量15%的乙醇作为萃取剂时，从1-2h阿维菌素的含量呈增长的趋势，含量从5.83mg/ml上升到6.81mg/ml；2-2.5h阿维菌素的含量从6.81mg/ml下降到6.62mg/ml；2.5-3h阿维菌素的含量从6.62mg/ml上升到7.06mg/ml；3-4h阿维菌素的含量从7.06mg/ml上升到6.79mg/ml；4-5h阿维菌素的含量从6.79mg/ml上升到7.35mg/ml.整体上阿维菌素的含量随浸泡时间的增长呈上升的趋势.

表1

图2 相同浸泡温度（22℃）、浸泡时间下研究浸泡液浓度对阿维菌素萃取的实验

产生上述结果的原因是：根据文献[7]可知，乙醇浓度是影响阿维菌素菌丝体萃取的主要因素，浓度越大对阿维菌素菌丝体的萃取效果越好，阿维菌素的含量越高.

实验步骤：

(1)配制浸泡溶液：用无水乙醇配制含水量为10%的浸泡溶剂，用250ml量筒分别取无水乙醇212.7ml加入250ml容量瓶中，然后加自来水到250ml定容，摇匀、静置，供下一步使用，并贴上标签.

其余实验步骤同3.2：(2)、(3)、(4)、(5)、(6).

所得实验数据如下表2：

表2

对应上述实验数据做乙醇萃取阿维菌素的效果曲线如图3：

图3 相同浸泡液浓度（10%）下研究浸泡温度和浸泡时间对阿维菌素的萃取实验

通过表2和图3可知：在不同浸泡温度下，阿维菌素的含量有着明显的差别.

实践教学分为课内实践与课外实践，其中课外实践教学又分为校内实训和校外实习。我们首先来看看校外实习的情况。当前，高职院校普遍对校外实践教学关注度高，尤其重视校外实习基地的建设。各高职院校普遍有相对完善的校外实践教学体系及运行模式，以大量校外实习基地为平台，通过企中校合作模式，让学生进行教学顶岗实习，以此加强对学生实践技能的培养。那么对校外实习基地的重视，并通过校外实习实训能否顺利达到高职院校人才培养目标的要求呢？

①选择含水量10%的乙醇（22℃）作为萃取剂时，从1-2.5h阿维菌素的含量呈上升趋势，含量从5.39mg/ml上升到7.10mg/ml；从2.5-3.5h阿维菌素的含量呈下降的趋势，含量从7.10mg/ml下降到6.74mg/ml；从3.5-5h阿维菌素的含量从6.74mg/ml上升到7.11mg/ml.整体上阿维菌素的含量随浸泡时间的增长呈上升的趋势.

②选择含水量10%的乙醇（30℃）作为萃取剂时，从1-3h阿维菌素的含量呈上升趋势，含量从6.67mg/ml上升到7.87mg/ml;从3-3.5h阿维菌素的含量呈下降趋势，含量从7.87mg/ml下降到7.49mg/ml；3.5-4h阿维菌素的含量从7.49mg/ml上升到7.51mg/ml；4-5h阿维菌素的含量从7.51mg/ml下降到7.45mg/ml.阿维菌素的含量在浸泡时间3h时含量达到最大值.

产生上述结果的原因是，由参考文献[7]阿维菌素在乙醇-水溶剂的溶解度曲线可知：随着温度的升高阿维菌素在乙醇中的溶解度在增加.这是由于温度的升高使乙醇分子的活性增加，提高乙醇分子与阿维菌素分子的碰撞机率，从而提高了阿维菌素在乙醇中的溶解度，使阿维菌素的含量增加.

3.4 在相同浸泡温度、浸泡浓度下研究研究浸泡时间对阿维菌素的萃取实验

实验步骤：

(1)配制浸泡溶液：用无水乙醇配制含水量为5%的浸泡溶剂，用250ml量筒分别取无水乙醇237.7ml加入250ml容量瓶中，然后加自来水到250ml定容，摇匀、静置，供下一步使用，并贴上标签.

其余实验步骤同3.2：(2)、(3)、(4)、(5)、(6).

实验所得数据如下表3.

对应上述实验数据做乙醇萃取阿维菌素的效果曲线如图4：

表3

图4 在相同浸泡温度、浸泡浓度下研究研究浸泡时间对阿维菌素的萃取实验

通过表3和图4可知：

①选择含水量5%的乙醇作为萃取剂时，从1-2.5h阿维菌素的含量呈下降趋势，含量从7.5177mg/ml下降到7.3932mg/ml;从2.5-5h阿维菌素的含量呈增长趋势，含量从7.3932mg/ml上升到8.07mg/ml.整体上阿维菌素的含量随浸泡时间的增长呈上升的趋势.

产生上述结果的原因：这是由于在相同的浸泡温度、浸泡浓度下，随着时间的延长乙醇分子逐渐渗入到阿维菌素菌丝体中的颗粒中，乙醇分子与阿维菌素菌丝体颗粒的接触表面积增大，乙醇对阿维菌素的萃取率提高，从而阿维菌素的含量增加.

4 结论和意义

本文研究了影响乙醇萃取阿维菌素菌丝体的影响因素，考察了不同的乙醇浓度、不同的浸泡时间和不同的温度下对菌丝体中阿维菌素提取率的影响.并通过实验得出以下几点结论：

(1)结合表1和图2的数据可知在相同的温度和时间下含水量为5%的乙醇萃取率最高，萃取液阿维菌素的含量范围在7.3832mg/ml到8.07mg/ml之间，萃取效果最好.

(2)在相同的浸泡液浓度和时间下结合表2和图3可知：在22℃和30℃下最佳的萃取率分别为7.11mg/ml和7.87mg/ml，相差仅为0.76mg/ml.萃取的实验温度对乙醇萃取阿维菌素菌丝体的影响不大.但是依据有关文献和温度与溶解度的关系：温度是影响溶解度的主要因素[8].从上述实验可以看出温度在30℃对乙醇萃取阿维菌素菌丝体的影响不大.工业化生产，从节能角度考虑应选择22℃浸泡温度更经济合理.

(3)在相同的浸泡温度和浓度下结合表3图4可知：随着浸泡时间的延长，阿维菌素的含量增加.但考虑到工厂的效益问题，不可能无限延长浸泡时间来提高阿维菌素的含量.所以应该选择合适的时间为3个小时.

如用乙醇做主体萃取剂的话.本论文的结论可以为阿维菌素的工厂化生产提供一定的参考，为工业化生产提供一定的依据，为企业化生产作指导.

〔1〕张孟存，孟祥，等.新型农药增效剂MXKZMC-h2的研发[J].河北化工，2008，31(1):35-36.

〔2〕程金生，韦国锋，黄徽.阿维菌素B1a衍生物合成研究 [A].右江民族医学院学报，2008，30(3): 341.

〔3〕宋渊.阿维菌素的工业化生产研究[J].精细与专业化学品，2002（21）：53-59.

〔4〕张丽强.阿维菌素的发展概况[A].生命科学与医药卫生，2009（6）：79.

〔5〕徐丽君，王英满，徐建涛.阿维菌素的研究进展和应用前景探析 [A].现代农业科技，2008(21): 166-167.

〔6〕何焕军，邱丽娜，姚伟芳，等.阿维菌素的研究进展[J].生物技术，2002（16）：39-42.

〔7〕孙鹏，刘俊果，杨玉淮，等.阿维菌素在不同醇水溶剂体系中溶解度的测定与关联[J].高校化学工程学报，2010,24（5）：735-738.

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TQ465

A

1673-260X（2014）01-0006-04