| 题名 | 离子液体水溶液中青霉素萃取酶催化耦合制备6-APA的工艺研究 |
| 作者 | 夏寒松 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06-27 |
| 授予单位 | 中国科学院过程工程研究所 |
| 授予地点 | 过程工程研究所 |
| 导师 | 刘会洲 |
| 关键词 | 离子液体 青霉素 萃取分离 双水相 酶催化 耦合工艺 |
| 其他题名 | Studies on the Integrated Processes for Enzymatic Hydrolysis of Penicillin in Ionic Liquids Aqueous Solution |
| 学位专业 | 化学工艺 |
| 中文摘要 | 通过酶催化水解青霉素生成6-APA是制备新型半合成抗生素的有效途径之一。传统工艺包括青霉素的分离与酶水解两个独立步骤。但两个分别独立的工艺过程存在自身的缺点；由于两个步骤之间物质能量不能有效耦合，难于达到降低成本、提高效益的目的。具体存在的主要问题是：1）醋酸丁酯/水双相在酸性条件萃取青霉素，容易导致蛋白质乳化以及青霉素变性的问题，降低萃取效率以及产物纯度。2）酶催化水解制备6-APA会产生酸性产物苯乙酸，后者也将明显降低水相pH值，并造成酶失活及青霉素变性等问题。3) 底物青霉素、产物苯乙酸与6-APA都是酶的抑制剂，在传统水相工艺中青霉素浓度一般不能高于8%。4）分离与催化步骤之间的青霉素干燥、纯化中间环节又浪费了大量能源。 本论文工作主要进行了以下几个方面的研究： 1）采用亲水离子液体与无机盐形成离子液体双水相，在中性pH环境下萃取青霉素，分配系数可达1000以上，远远超过常规高聚物双水相以及有机溶剂/水双相体系的萃取效率。提高离子液体疏水性将增加青霉素在离子液体双水相的萃取率；而改变无机盐性质对青霉素萃取率没有明显影响。由于离子液体双水相能在中性条件萃取青霉素，从而提高了青霉素的稳定性。同时季胺盐结构的离子液体起到一定的破乳效果，避免了醋酸丁酯/水体系中明显的蛋白质乳化现象，方便了目标产物在两相间的分离。 2）向负载有青霉素的离子液体上相中加入疏水离子液体，可以将大部分亲水离子液体转移进入疏水离子液体相，而青霉素主要保留在水相，实现了青霉素与离子液体的相互分离。提高疏水离子液体/亲水离子液体比将有利于青霉素反萃进入水相。通过加热实现了混合相中亲水离子液体与疏水离子液体两者间有效分离，从而将相互独立的青霉素分离纯化与酶催化步骤耦合在一起，保证溶剂、溶质在整体工艺内的有效循环。 3）改变疏水离子液体与亲水离子液体的比例，能够调节离子液体混合相的极性，并优化在混合双相中酶催化水解青霉素的效率。当 [C4mim]PF6/[C4mim]BF4比例较小时，苯乙酸/青霉素的选择性能在较高pH值达到优化。与此同时，带负电荷的6-APA能与带正电荷的离子液体咪唑胶团形成静电作用，使6-APA在水相沉淀，使两种产物在pH5从酶水相分离，并保持了酶的活性与稳定性，导致其6-APA总产率优于pH4的醋酸丁酯/水体系。 4）利用Flory-Huggins理论建立了离子液体浓度范围内青霉素萃取的log D~△[ionic liquids] 的关系式，并从微观结构解释了青霉素在离子液体双水相与混合双相中不同的萃取行为。在双水相体系中离子液体二次聚集时形成长条形胶团，青霉素萃取率主要由溶质与胶团之间的疏水作用决定。在离子液体混合双相中离子液体胶团发生三次聚集，其空间结构排列非常紧密，导致离子液体相的水活性明显降低。 5）比较了长链离子液体形成的Winsor II型反胶团以及功能高聚物形成的亲和双水相中萃取青霉素的效果。发现Winsor II反胶团不仅能在中性条件萃取青霉素，减少了青霉素降解与蛋白质乳化；而且能够与酶催化反应耦合，利用“水池”促进苯乙酸分离，提高了催化效率。 修饰有咪唑基团的功能PEG形成的亲和双水相能有效提高青霉素的萃取率，并且能通过调节pH值实现高聚物的回收，克服了离子液体混合双相中需在高温分离两种离子液体的缺点。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-09-13 |
| 页码 | 141 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/1088]  |
| 专题 | 过程工程研究所_研究所（批量导入） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 夏寒松. 离子液体水溶液中青霉素萃取酶催化耦合制备6-APA的工艺研究[D]. 过程工程研究所. 中国科学院过程工程研究所. 2007. |
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