路立江 邢運(yùn)哲

摘 要 本文主要針對發(fā)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(diǎn)，分析如何在青霉素發(fā)酵液中提取青霉素G時(shí)，各種實(shí)驗(yàn)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(shí)踐結(jié)合的方式，先針對發(fā)酵液構(gòu)建液膜傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，在乳狀液膜法提取青霉素的非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型，確定最佳發(fā)酵液青霉素提取條件。并以實(shí)際提取實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型結(jié)論，改進(jìn)傳統(tǒng)純實(shí)驗(yàn)的青霉素提取率提升研究方法，切實(shí)提高乳狀液膜法在發(fā)酵液中提取青霉素中的應(yīng)用，提高提取效果以及研究效果。

關(guān)鍵詞 乳狀液膜法 發(fā)酵液 提取青霉素

中圖分類號：R978.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1乳狀液膜法從發(fā)酵液中提取青霉素的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

液膜分化是模型化實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的第一步，青霉素發(fā)酵液中實(shí)現(xiàn)液膜分離以提取青霉素，并以此架構(gòu)數(shù)學(xué)模型，涉及到物理、化學(xué)以及幾何圖像等多個(gè)方面，參數(shù)復(fù)雜且難以求解，所以一般都是以非穩(wěn)態(tài)模型為主，構(gòu)建穩(wěn)態(tài)模型是液膜分離走向工業(yè)化的重要一步。首先，在模型架構(gòu)的數(shù)值求解中，要簡化復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，例如假定內(nèi)相反萃取試劑濃度較高，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)相試劑量遠(yuǎn)大于外水相中的溶質(zhì)，所以飽和區(qū)剛形成時(shí)，還沒有向中心推進(jìn)相對距離時(shí)，外水相中的容易已經(jīng)消耗，反應(yīng)局限于乳滴外緣的薄殼層，可將膜相擴(kuò)散近似當(dāng)做是常數(shù)。且根據(jù)青霉素傳質(zhì)速率與絡(luò)合物在膜相擴(kuò)散中一致，實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)態(tài)控制，借助絡(luò)合反應(yīng)速度快的特點(diǎn)，在膜界面上可以快速達(dá)到平衡狀態(tài)，可以將溶質(zhì)與載體形成的絡(luò)合物，在內(nèi)相濃度以及膜與內(nèi)相交界面上的膜相濃度當(dāng)做零，以極限穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件作為是穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。將乳狀液滴、絡(luò)合物擴(kuò)散過程包含在其中的發(fā)酵液液膜分離狀態(tài)，以絡(luò)合物在膜相中的濃度，遷移組分濃度和膜外相體積等導(dǎo)出以下公式：

-V/A·dCt/dt=D（C1-C2）/%g，且將P作為分配系數(shù)，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(xiàn)直線關(guān)系，簡化了整個(gè)數(shù)學(xué)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(shí)間。

2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

以石家莊制藥集團(tuán)的青霉素 G 發(fā)酵液，上海大眾制藥廠的Span-80，F(xiàn)lnka 進(jìn)口分裝三辛胺;上海有機(jī)化學(xué)研究所開發(fā)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(jī) ;北京第二光學(xué)儀器廠WF 2 800-P 2 紫外分光光度計(jì)為實(shí)驗(yàn)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(jī)溶液與一定濃度的碳酸鈉水溶液，以規(guī)定比例進(jìn)行混合后，以規(guī)定轉(zhuǎn)速進(jìn)行機(jī)械乳化5min。青霉素的提取則是，將乳水按照體積1：6de 比例實(shí)現(xiàn)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(zhǔn)，提取率與溶脹率的計(jì)算如下。

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

2.2實(shí)驗(yàn)條件與結(jié)果

發(fā)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(zhì)量比為17%;載體質(zhì)量比為2%;碳酸鈉濃度0.1mol/L;轉(zhuǎn)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(jī)溶劑種類按照乳狀液膜分離法提取青霉素，通過提取率計(jì)算得到與環(huán)己烷相比，沒有的提取率更高，19.87VS 52.91%，選定煤油做有機(jī)溶劑效果更佳;內(nèi)相碳酸鈉溶液濃度，根據(jù)氫離子濃度梯度為青霉素運(yùn)轉(zhuǎn)推動力的本質(zhì)，明確內(nèi)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(wěn)定，所以選用 0.5 mol/L 的濃度為佳;依據(jù)提取率、溶脹率的計(jì)算，比對季胺鹽、三辛胺，三辛胺溶脹率優(yōu)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(gè)較長的碳?xì)滏湥赃^量的三辛胺會降低膜穩(wěn)定性，因此將三辛胺控制0.05 g ～0.25 g之間為最佳：提取時(shí)間，針對外相溶液取樣中，測定青霉素濃度發(fā)現(xiàn)隨著時(shí)間推移，外相青霉素濃度降低，攪拌條件下提取時(shí)間越長則越容易導(dǎo)致破膜，會導(dǎo)致已經(jīng)入膜的青霉素返回到外向中，且在20min時(shí)外相青霉素濃度至最低值，所以，選用 20 min 為最佳提取時(shí)間。

3結(jié)語

根據(jù)數(shù)學(xué)公式模型確定，lnC0/C1與t呈現(xiàn)直線關(guān)系，因此影響提取率的因素主要是溶脹率、有機(jī)物溶劑、內(nèi)相溶液濃度、載體種類及用量，以青霉素G發(fā)酵液作為發(fā)酵原液，將乳水比例調(diào)成1：6則，在一定規(guī)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(nèi)相時(shí)，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(xiàn)

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