乳状液膜法从发酵液中提取青霉素的研究

路立江 邢运哲

摘 要 本文主要针对发酵液中青霉素的提取展开针对性的研究，以乳状液膜法为重点，分析如何在青霉素发酵液中提取青霉素G时，各种实验试剂以及装置对提取效果影响作用，从而探究最佳提取条件以获取最高的提取比例以及浓缩比。且采用理论与实践结合的方式，先针对发酵液构建液膜传质数学模型，在乳状液膜法提取青霉素的非稳态传质数学模型基础上，构建稳态传质数学模型，确定最佳发酵液青霉素提取条件。并以实际提取实验验证数学模型结论，改进传统纯实验的青霉素提取率提升研究方法，切实提高乳状液膜法在发酵液中提取青霉素中的应用，提高提取效果以及研究效果。

关键词 乳状液膜法 发酵液 提取青霉素

中图分类号：R978.11文献标识码：A

1乳状液膜法从发酵液中提取青霉素的数学模型构建

液膜分化是模型化实现工业化的第一步，青霉素发酵液中实现液膜分离以提取青霉素，并以此架构数学模型，涉及到物理、化学以及几何图像等多个方面，参数复杂且难以求解，所以一般都是以非稳态模型为主，构建稳态模型是液膜分离走向工业化的重要一步。首先，在模型架构的数值求解中，要简化复杂的数学模型，例如假定内相反萃取试剂浓度较高，从而实现内相试剂量远大于外水相中的溶质，所以饱和区刚形成时，还没有向中心推进相对距离时，外水相中的容易已经消耗，反应局限于乳滴外缘的薄壳层，可将膜相扩散近似当做是常数。且根据青霉素传质速率与络合物在膜相扩散中一致，实现其稳态控制，借助络合反应速度快的特点，在膜界面上可以快速达到平衡状态，可以将溶质与载体形成的络合物，在内相浓度以及膜与内相交界面上的膜相浓度当做零，以极限稳态扩散条件作为是稳态数学模型的基础。将乳状液滴、络合物扩散过程包含在其中的发酵液液膜分离状态，以络合物在膜相中的浓度，迁移组分浓度和膜外相体积等导出以下公式：

-V/A·dCt/dt=D（C1-C2）/%g，且将P作为分配系数，令 C 1 =PCt， C2=0，则可将公式简化为，-dCt/dt=PADCt/%gV，令k=PAD/%gV则lnC0/C1与t呈现直线关系，简化了整个数学模型。其中C1为乳状滴液的外界面中的迁移组分在膜相中的浓度，t为时间。

2实验验证

2.1实验试剂与仪器

以石家庄制药集团的青霉素 G 发酵液，上海大众制药厂的Span-80，Flnka 进口分装三辛胺;上海有机化学研究所开发公司的季铵盐 N-263，市场煤油，江苏江阳科研器械厂的组织捣碎机 ;北京第二光学仪器厂WF 2 800-P 2 紫外分光光度计为实验仪器与试剂。乳状液膜体系的制备，以含有载体与表面活性剂的有机溶液与一定浓度的碳酸钠水溶液，以规定比例进行混合后，以规定转速进行机械乳化5min。青霉素的提取则是，将乳水按照体积1：6de 比例实现外相与乳相的提取，以水层为外层，乳相破相后静置分层，获取水层为青霉素G 钠盐溶液。青霉素 G钠溶液浓度测定以羟胺法，以468nm处的浓度为准，提取率与溶胀率的计算如下。

提取率=[（=C发酵液譜 -C外譜）/C原 譜] ？00%，溶胀率=[（提取后V内-V原）/V原] ？00 %。

2.2实验条件与结果

发酵液中青霉素提取的乳状液膜分离条件：膜溶剂，40%煤油+60%石蜡;Span-80、质量比为17%;载体质量比为2%;碳酸钠浓度0.1mol/L;转速300r/min;External solution ，0.1 mol/L柠檬酸-0.1mol/L柠檬酸钠;Volume ratio of membrane phase to internal phas0.75。

以单组分变动为主固定其他条件，改变有机溶剂种类按照乳状液膜分离法提取青霉素，通过提取率计算得到与环己烷相比，没有的提取率更高，19.87VS 52.91%，选定煤油做有机溶劑效果更佳;内相碳酸钠溶液浓度，根据氢离子浓度梯度为青霉素运转推动力的本质，明确内相PH越大则推动力越高，提取效果更好，但由于碳酸钠PH值极不稳定，所以选用 0.5 mol/L 的浓度为佳;依据提取率、溶胀率的计算，比对季胺盐、三辛胺，三辛胺溶胀率优于44.5%VS 122.5%，提取率略低于季铵盐， 56.82%VS75.08 %，综合青霉素浓缩比而言，选用三辛胺为载体;载体用量中，由于三辛胺具有3个较长的碳氢链，所以过量的三辛胺会降低膜稳定性，因此将三辛胺控制0.05 g ～0.25 g之间为最佳：提取时间，针对外相溶液取样中，测定青霉素浓度发现随着时间推移，外相青霉素浓度降低，搅拌条件下提取时间越长则越容易导致破膜，会导致已经入膜的青霉素返回到外向中，且在20min时外相青霉素浓度至最低值，所以，选用 20 min 为最佳提取时间。

3结语

根据数学公式模型确定，lnC0/C1与t呈现直线关系，因此影响提取率的因素主要是溶胀率、有机物溶剂、内相溶液浓度、载体种类及用量，以青霉素G发酵液作为发酵原液，将乳水比例调成1：6则，在一定规定体积下与试剂下，求得t=20 min，煤油52.91%，CNa2 CO3 =0.5 mol/L为内相时，0.15 g 三辛胺为载体溶胀率 44.5%，可获取最佳提取率 76.5%、浓缩比为6.0。

参考文献

[1] 朱澄云，莫凤奎.乳状液膜法用乳化剂与载体性能的研究[C].膜技术应用国际会议，2011.

[2] 吴汉奇，刘兴荣，王小恒.液膜常用表面活性剂对青霉素提取率及液膜溶胀的研究[J].膜科学与技术， 2016， 26（03）：61-64.