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[摘 要]生物合成药物的分离纯化，目的在于从发酵液或培养液中分离纯化具有一定纯度、符合药典或其他法定标准规定的各种药物，又称发酵液的后处理或下游加工过程，这是个非常繁复的过程。本文主要以抗生素的生物合成过程为例，着重阐述了抗生素在双水相系统中的提取与合成过程，旨在为抗生素的生产合成提供一定的借鉴与技术参考。
[关键词]双水相系统 抗生素 提取 合成 应用
中图分类号：TN816 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）25―0529―01
引言
药物的生物合成是一个非常复杂的过程。在药物合成过程中，一个十分重要的步骤就是对药物进行分离与提纯，其目的主要在于从发酵液或培养液中分离纯化具有一定纯度、符合药典或其他法定标准规定的各种药物，又称发酵液的后处理或下游加工过程。这是个非常繁复的过程。具体的过程可以用如下图1所示的流程图加以表示：
图1 药物分离提出过程示意图
本文主要以抗生素的生物合成过程为例，着重阐述了抗生素在双水相系统中的提取与合成过程，旨在为抗生素的生产合成提供一定的借鉴与技术参考。
1.发酵液的处理、分离
1.1 发酵液的预处理
根据所要获得的目标物质性质的不同，预处理方法也不同，比如对酸、碱和热的稳定性，是蛋白质还是非蛋白质等。以下为以抗生素为目标产物的发酵液的处理。主要包括如下杂质：①可溶性胶体物体，其中主要是杂蛋白、多糖和核酸；②含有高价金属离子的无机盐。
这些杂质不仅使发酵液粘度增大，降低液固分离速度，还会影响到后续的提取与纯化工作和产品质量。因此应通过预处理的方法，尽可能的去除这些杂质。
1.2 发酵液的固液分离
首先是对发酵液中的微生物进行破碎处理。由微生物产生的产物，大都处于细胞内部，要分离和提取这些产物，则首先需要收集菌体，进行细胞破碎。
破碎细胞的方法：①机械法有高压匀浆法、高速珠磨法及超声波法。②非机械法有化学渗透法、酶解法、冻结一融化法、干燥法等。
其次，还需要做到如下几点：①调整pH值改变发酵液的胶体状态，使产物转入液相。②高价金属离子的去除：如加入草酸调pH的同时可以去除Ca2+，加入三聚磷酸钠可以去除Mg2+，黄血盐可以去除Fe3+。③杂蛋白质的去除方法主要有：等电点沉淀法（蛋白质在等 电点时溶解度最低）、变性沉淀法（常用加热法）、加各种沉淀剂沉淀（三氯乙酸、水杨酸、鞣酸或者Cu2+、Zn2+、Fe3+ ）、加絮凝剂（壳聚糖、海藻酸钠、聚丙烯酰铵等）。④多糖的去除方法：可用酶将其转化为单糖，降低粘度，提高过滤速度。⑤发酵液中有色物质的去除，常用吸附法（离子交换树脂、离子交换纤维、活性炭）。
2.双水相系统中的抗生素的提取
对双水相系统中对抗生素进行提取的主要目的就是从发酵液中制取高纯度的符合药典规定的抗生素成品。由于多数抗生素不很稳定，且发酵易被污染，故整个过程要求：时间短、强度低、pH宜选择合适的范围、勤清洗消毒。
2.1 溶媒萃取法
溶媒萃取法是用一种溶剂将物质从另一种溶液中提取出来的方法，这两种溶剂不能互溶或只部分互溶，能形成便于分离的两相。
分配系数K0当体系达到平衡时，溶质在两相中的浓度比：K0=C1/C2。由上述分配定律须符合下列条件：1.必须是稀溶液；2.溶质对溶剂的互溶没有影响；3.溶质在两相中必须为同一种分子类型，即不发生缔合或离解。
2.2 萃取方式
2.2.1 单级萃取
单级萃取只有一个混合器和一个分离器的萃取。
图1 单级萃取方式示意图
2.2.2 多级错流萃取
多级错流萃取是由数个萃取器串联组成，料液经萃取后的萃余液依次流人下一萃取器用新鲜萃取剂继续萃取
图2 多级错流萃取方式示意图
2.2.3 多级逆流萃取法
多级逆流萃取由多个萃取器串联组成，其特点是料液与萃取剂分别由两端加入，溶剂与料液互成逆流接触，故称多级逆流萃取。此法收率最高，溶剂用量最小，工业普遍采用。
3.双水相系统在抗生素提取与合成过程之中的实际应用
双水相系统在抗生素提取与合成过程中的实际应用主要包括如下两个方面：
3.1 抗生素分类及传统提取工艺
根据习惯的分类方法，将抗生素分为下列五类：β-内酞胺类抗生素如青霉素、头抱菌素等、氨基糖昔类抗生素、大环内醋类抗生素如红霉素、螺旋霉素等、四环类抗生素、多肚类抗生素如万古霉素等。多数抗生素都存在于液体中，故可从发酵滤液有时称为原液中提取，提取的方法一般有下面四种吸附法、溶媒萃取法、离子交换法、沉淀法。各种提炼方法各有特点，例如青霉素的提取就采用溶媒萃取法，经验表明，采用溶媒萃取法一次转移并不能将杂质充分除去，需采用多次萃取，工艺路线复杂，能耗高，溶剂损失大，而且抗生素在漫长的提取过程中易变性失活。双水相萃取通过对该流程进行改进，可取得较好的结果，具有较大的实用价值。将技术用于抗生素领域，基本涉及上述各类抗生素，下面分别加以论述。
3.2 双水相萃取在抗生素制备过程中的应用研究
由相关研究表明，采用ATPP技术对青霉素加以提取结果为：运用聚乙二醇（PEG）3350/K2HPO4处理青霉素的发酵液的时候，青霉素G的分配系数可以达到13-14.5，其回收率可以达到90%以上，大多数均在95%以上，而且纯物质的分配系统则更大。与此同时，发酵液中苯乙酸的分配系数为0.25，细胞碎片以及固体残渣沉积于相界面以及下相底部。由此可以看出，只需要采用一步ATPP就可以将青霉素与杂质加以分离，而且不存在青霉素的降解与乳化现象。
参考文献
[1] 朱自强，关怡新，李勉. 双水相萃取在抗生素制备中的应用进展[J].国外医药抗生素分册，1998，19（3）：198-199.
[2] 朱自强，关怡新，李勉. 双水相系统在抗生素提取和合成中的应用[J]. 化工学报，2001，52（12）：1039-1040.
[3] 李十中，王淀佐，胡永平. 抗生素提取过程中溶剂萃取技术新方法——超滤/萃取法[J].中国抗生素杂志，2000，25（1）：12-15.
[关键词]双水相系统 抗生素 提取 合成 应用
中图分类号：TN816 文献标识码：TN 文章编号：1009―914X（2013）25―0529―01
引言
药物的生物合成是一个非常复杂的过程。在药物合成过程中，一个十分重要的步骤就是对药物进行分离与提纯，其目的主要在于从发酵液或培养液中分离纯化具有一定纯度、符合药典或其他法定标准规定的各种药物，又称发酵液的后处理或下游加工过程。这是个非常繁复的过程。具体的过程可以用如下图1所示的流程图加以表示：
图1 药物分离提出过程示意图
本文主要以抗生素的生物合成过程为例，着重阐述了抗生素在双水相系统中的提取与合成过程，旨在为抗生素的生产合成提供一定的借鉴与技术参考。
1.发酵液的处理、分离
1.1 发酵液的预处理
根据所要获得的目标物质性质的不同，预处理方法也不同，比如对酸、碱和热的稳定性，是蛋白质还是非蛋白质等。以下为以抗生素为目标产物的发酵液的处理。主要包括如下杂质：①可溶性胶体物体，其中主要是杂蛋白、多糖和核酸；②含有高价金属离子的无机盐。
这些杂质不仅使发酵液粘度增大，降低液固分离速度，还会影响到后续的提取与纯化工作和产品质量。因此应通过预处理的方法，尽可能的去除这些杂质。
1.2 发酵液的固液分离
首先是对发酵液中的微生物进行破碎处理。由微生物产生的产物，大都处于细胞内部，要分离和提取这些产物，则首先需要收集菌体，进行细胞破碎。
破碎细胞的方法：①机械法有高压匀浆法、高速珠磨法及超声波法。②非机械法有化学渗透法、酶解法、冻结一融化法、干燥法等。
其次，还需要做到如下几点：①调整pH值改变发酵液的胶体状态，使产物转入液相。②高价金属离子的去除：如加入草酸调pH的同时可以去除Ca2+，加入三聚磷酸钠可以去除Mg2+，黄血盐可以去除Fe3+。③杂蛋白质的去除方法主要有：等电点沉淀法（蛋白质在等 电点时溶解度最低）、变性沉淀法（常用加热法）、加各种沉淀剂沉淀（三氯乙酸、水杨酸、鞣酸或者Cu2+、Zn2+、Fe3+ ）、加絮凝剂（壳聚糖、海藻酸钠、聚丙烯酰铵等）。④多糖的去除方法：可用酶将其转化为单糖，降低粘度，提高过滤速度。⑤发酵液中有色物质的去除，常用吸附法（离子交换树脂、离子交换纤维、活性炭）。
2.双水相系统中的抗生素的提取
对双水相系统中对抗生素进行提取的主要目的就是从发酵液中制取高纯度的符合药典规定的抗生素成品。由于多数抗生素不很稳定，且发酵易被污染，故整个过程要求：时间短、强度低、pH宜选择合适的范围、勤清洗消毒。
2.1 溶媒萃取法
溶媒萃取法是用一种溶剂将物质从另一种溶液中提取出来的方法，这两种溶剂不能互溶或只部分互溶，能形成便于分离的两相。
分配系数K0当体系达到平衡时，溶质在两相中的浓度比：K0=C1/C2。由上述分配定律须符合下列条件：1.必须是稀溶液；2.溶质对溶剂的互溶没有影响；3.溶质在两相中必须为同一种分子类型，即不发生缔合或离解。
2.2 萃取方式
2.2.1 单级萃取
单级萃取只有一个混合器和一个分离器的萃取。
图1 单级萃取方式示意图
2.2.2 多级错流萃取
多级错流萃取是由数个萃取器串联组成，料液经萃取后的萃余液依次流人下一萃取器用新鲜萃取剂继续萃取
图2 多级错流萃取方式示意图
2.2.3 多级逆流萃取法
多级逆流萃取由多个萃取器串联组成，其特点是料液与萃取剂分别由两端加入，溶剂与料液互成逆流接触，故称多级逆流萃取。此法收率最高，溶剂用量最小，工业普遍采用。
3.双水相系统在抗生素提取与合成过程之中的实际应用
双水相系统在抗生素提取与合成过程中的实际应用主要包括如下两个方面：
3.1 抗生素分类及传统提取工艺
根据习惯的分类方法，将抗生素分为下列五类：β-内酞胺类抗生素如青霉素、头抱菌素等、氨基糖昔类抗生素、大环内醋类抗生素如红霉素、螺旋霉素等、四环类抗生素、多肚类抗生素如万古霉素等。多数抗生素都存在于液体中，故可从发酵滤液有时称为原液中提取，提取的方法一般有下面四种吸附法、溶媒萃取法、离子交换法、沉淀法。各种提炼方法各有特点，例如青霉素的提取就采用溶媒萃取法，经验表明，采用溶媒萃取法一次转移并不能将杂质充分除去，需采用多次萃取，工艺路线复杂，能耗高，溶剂损失大，而且抗生素在漫长的提取过程中易变性失活。双水相萃取通过对该流程进行改进，可取得较好的结果，具有较大的实用价值。将技术用于抗生素领域，基本涉及上述各类抗生素，下面分别加以论述。
3.2 双水相萃取在抗生素制备过程中的应用研究
由相关研究表明，采用ATPP技术对青霉素加以提取结果为：运用聚乙二醇（PEG）3350/K2HPO4处理青霉素的发酵液的时候，青霉素G的分配系数可以达到13-14.5，其回收率可以达到90%以上，大多数均在95%以上，而且纯物质的分配系统则更大。与此同时，发酵液中苯乙酸的分配系数为0.25，细胞碎片以及固体残渣沉积于相界面以及下相底部。由此可以看出，只需要采用一步ATPP就可以将青霉素与杂质加以分离，而且不存在青霉素的降解与乳化现象。
参考文献
[1] 朱自强，关怡新，李勉. 双水相萃取在抗生素制备中的应用进展[J].国外医药抗生素分册，1998，19（3）：198-199.
[2] 朱自强，关怡新，李勉. 双水相系统在抗生素提取和合成中的应用[J]. 化工学报，2001，52（12）：1039-1040.
[3] 李十中，王淀佐，胡永平. 抗生素提取过程中溶剂萃取技术新方法——超滤/萃取法[J].中国抗生素杂志，2000，25（1）：12-15.