二元雙水相體系萃取分離抗生素的研究進展

二元雙水相體系萃取分離抗生素的研究進展

摘要:綜述了新型二元雙水相體系在抗生素的萃取分離中的研究進展，研究了影響抗生素分配行為的因素，結果表明，二元雙水相體系在抗生素的萃取分離中較單一的雙水相體系具有減少體系用量、降低實驗成本、易成相、無乳化現象，使得抗生素更容易分離和萃取等優(yōu)點。

????隨著抗生素研究領域的不斷發(fā)展，抗生素不僅用作抗菌藥物，在農牧業(yè)、食品保藏等許多領域都顯示了卓越的成果。它不僅具有滅菌作用，而且對病毒、寄生蟲、腫瘤等均有不同治療效果，目前已有數百種抗生素投入醫(yī)療市場?？股氐倪^量使用，不但會造成持續(xù)性的污染，而且會危害人類健康，有研究表明，環(huán)境中殘留的抗生素會產生一系列潛在的風險，例如誘導耐藥性細菌、影響生態(tài)平衡，對生物產生影響等。

現代抗生素提取技術主要有雙水相萃取、反膠團萃取、膜分離提取。研究表明，這些分離技術提取抗生素效果顯著，使改進傳統(tǒng)抗生素生產工業(yè)具有廣闊的前景，其中雙水相萃取技術是抗生素提取工程中的研究熱點。本文主要介紹了利用雙水相萃取分離技術提取抗生素。而傳統(tǒng)的萃取方法在實際應用中往往存在許多困難。隨著研究的進展，基于傳統(tǒng)雙水相萃取技術上建立起來的新型的雙水相體系逐漸受到人們的廣泛關注。

1雙水相萃取技術的發(fā)展

????關于雙水相萃取技術的研究最早可以追溯到上世紀中期，瑞典倫德大學的阿爾伯特森教授最先發(fā)現雙水相體系，中國對于這項技術的研究起步于1980年，經過30多年的研究，現在已經可以有效應用于中藥藥物成分的提取以及抗生素、蛋白質等的分離和純化。當兩種不同的高分子聚合物溶于某一溶劑或者一種聚合物和無機鹽溶于某一溶劑時，改變聚合物或者無機鹽的濃度到一定合適值，體系就會由均相自然分離成互不相溶的上下兩相，這種現象稱為雙水相現象。由于使用的溶劑是水，因此稱為雙水相。隨著研究進展，高分子聚合物雙水相體系、小分子有機溶劑雙水相體系、離子液體雙水相體系(ILATPS) 和表面活性劑雙水相體系是幾種基于傳統(tǒng)雙水相萃取技術上發(fā)展起來的萃取方法。但仍具有成相物質易損耗、成相成本高等缺點，如小分子有機溶劑易揮發(fā)，離子液體可用種類少，且價格昂貴。

本文介紹了分別基于小分子醇/鹽一元雙水相體系和小分子有機溶劑/鹽一元雙水相體系、小分子醇/鹽一元雙水相體系和離子液體/鹽一元雙水相體系以及一元醇/鹽雙水相體系的基礎上建立起來的三種新型二元雙水相體系:①小分子醇/小分子有機物/鹽二元雙水體系，即乙醇/丙酮/ ( NH4 ) 2SO4二元雙水相體系;②小分子醇/離子液體/鹽二元雙水相體，即正丙醇/離子液體BF4 / ( NH4 )2SO4二元雙水相體系;③乙醇/正丙醇/(NH4 ) 2SO、二元雙水相體系，乙醇/正丙醇/NaH2PO、二元雙水相體系?？疾炝擞绊戨p水相成相以及抗生素萃取率的因素，包括成相物質的種類和濃度、分相鹽的種類和濃度、pH值、溫度、靜置時間等對所萃取的抗生素分配行為的影響。

2二元雙水相萃取抗生素的研究進展

近年來，二元雙水相萃取技術在萃取分離抗生素中得到了廣泛的應用。二元體系較一元體系有諸多優(yōu)點，萃取效果更為理想。

2. 1醇與離子液體二元雙水相體系萃取半合成類抗生素

????鹽酸多西環(huán)素(DC )是一種半合成類抗生素，它是以土霉素為原料的廣譜抗生素，主要用于治療細菌引起的呼吸道、膽道、尿道、皮膚軟組織感染類疾病及菌痢。黎某等對鹽酸多西環(huán)素在二元雙水相體系中的分配特性進行了研究，建立了正丙醇與親水性離子液體1-丁基-3-甲基咪咄四氟硼酸[Bmim]?BF4和(NH4 ) 2SO4形成的雙水相體系萃取鹽酸多西環(huán)素。實驗表明，當醇和離子液體二元雙水相體系的pH值在4.0~5.0范圍內，(NH4 ) 2 SO4的含量為34%，且鹽酸多西環(huán)素的質量濃度在25 ~95 mg / L時，鹽酸多西環(huán)素的萃取率可達90. 26%一95. 71%，分配系數可達62. 452~149.401。在實驗過程中，改變pH值，相比變化不大，這是由于(NH4 ) 2 SO、使得體系具有較高的離子強度，少量改變酸堿度，對體系成相不明顯，由于體系pH為4. 67，故實驗中不調節(jié)pH。隨著體系中(NH4 ) 2 SO、含量的增加，體系由均相逐漸變?yōu)樯舷聝上?，隨后相比逐漸增加。(NH4 ) 2 SO、的含量為34%時，鹽酸多西環(huán)素萃取率達到最大值，然后隨(NH4 ) 2 SO、的含量的升高而降低。原因是鹽酸多西環(huán)素在水溶液中以硫酸根的形式存在，隨著體系中鹽含量的增加，硫酸根含量相應增加，因此對鹽酸多西環(huán)素的鹽析作用加強。表明鹽的濃度對雙水相的形成具有較大影響。選擇合適的無機鹽并適量添加，可有效的增加鹽酸多西環(huán)素的萃取率。

????與小分子醇/鹽一元雙水相體系和離子液體/鹽一元雙水相體系相比，[Bmim]BF4/正丙醇/(NH4 ) 2 SO、形成的新型二元雙水相體系具有諸多優(yōu)點。如體系粘度低、分相速度快、對環(huán)境低污染，同時又降低了小分子醇易揮發(fā)和離子液體用量過大造成的成相成本高等問題，比一元體系更適用于大規(guī)模萃取分離。

????鄧某等叫還建立了乙醇與丙酮和(NH4 ) 2SO4形成的二元雙水相體系萃取鹽酸多西環(huán)素。探討了(NH4 ) 2 SO、濃度、pH值、溫度、乙醇和丙酮的用量和鹽酸多西環(huán)素濃度對鹽酸多西環(huán)素在二元雙水相體系中分配特性的影響。實驗表明，萃取鹽酸多西環(huán)素的最佳條件是:41 % ( NH4 ) 2 SO4 ,pH值4. 5~5. 0，溫度25℃，鹽酸多西環(huán)素的質量濃度為70 mg/L時，萃取率可達93. 61 %，分配系數可達83. 081。改變實驗條件，逐漸增加體系溫度，發(fā)現鹽酸多西環(huán)素的萃取率及分配系數也相應增加。當體系溫度逐漸增加到25℃時，萃取率為91. 17 %，分配系數為59. 05，此時為最大值。隨后隨溫度的升高而逐漸降低。原因是外界溫度的改變，會影響體系中鹽酸多西環(huán)素被萃取進入上相的速度以及濃度。由此表明，溫度的改變會對鹽酸多西環(huán)素的萃取率和分配行為產生一定的影響。

新型二元雙水相體系與小分子醇/鹽和小分子有機物/鹽一元雙水相體系相比，還可以通過調節(jié)二元雙水相體系極性，達到減少小分子醇的揮發(fā)、小分子有機物用量的效果。

2. 2小分子醇/鹽二元雙水相體系萃取磺胺類抗???素

????磺胺類抗生素是具有對氨基苯磺酞胺結構的一種化學合成抗生素，抗菌譜較廣、性質穩(wěn)定、使用方便，被大量用于防治細菌感染性疾病的藥物中。柴某等M利用乙醇與正丙醇和硫酸鉸形成的二元小分子醇/鹽雙水相體系萃取磺胺嘧啶，結果表明，鹽的種類和濃度、pH值以及靜置時間等因素對雙水相體系的相比、分配系數及磺胺嘧啶的收率有一定影響。當成相物質乙醇與正丙醇的用量比為1,(NH4 ) 2SO、濃度為40% , pH值4. 0~5. 0，溫度25℃，靜置10 h，磺胺嚓咤在該雙水相體系中的分配系數達33.49，萃取率達96. 97%?；前粪赀鍖儆趦尚钥股兀瑢嶒炦^程中選取不同種類的鹽，在相同條件下進行實驗。結果磺胺Au;11j}的分配系數由于鹽種類的不同而不同。其中(NH4 ) 2 SO4 > NaH2 PO4 >NaOH?；前粪奏ぞ哂性魉?，其憎水性和鹽析作用是促使磺胺Au;11j}被萃取到上相的原因。由此表明，分相鹽種類的不同，會影響雙水相體系的組成以及抗生素在體系中的分配行為。離心后讓體系靜置，發(fā)現被萃取到上相的磺胺嘧啶濃度隨時間的增長而升高，這也是由于磺胺嘧啶的憎水作用以及鹽析作用所導致。

實驗過程中磺胺嘧啶能被很好的萃取到上相。乙醇/正丙醇/硫酸鉸形成的二元雙水相體系振蕩搖勻后靜置1一2 min即可成相，一元醇/鹽體系則需要3一4 min?？梢姸w系成相速度快，效果好。

2. 3小分子醇和小分子有機物二元雙水相萃取四環(huán)素類抗生素

????鹽酸土霉素是一種四環(huán)素類的廣譜抗菌素，對治療腸道感染、阿米巴痢疾等具有很強療效，也被大量用于飼料添加劑，具有促進生長、提高飼料轉化率的作用。柴某等建立了新型的二元雙水相體系萃取鹽酸土霉素，體系組成為乙醇/正丙醇/磷酸二氫鈉。結果表明，在乙醇和正丙醇的體積比為1:1，磷酸二氫鈉濃度在48 % , pH值在4. 0~5. 0，溫度25℃，靜置12h的條件下，鹽酸土霉素在該二元雙水相體系中的分配系數為21. 95，萃取率達86. 09%。在相同條件下，改變體系中小分子醇的種類，以乙醇、正丙醇、異丙醇三種小分子醇兩兩組合，形成三種不同二元雙水相體系進行實驗。結果發(fā)現，以乙醇和正丙醇組合形成的二元雙水相體系中，鹽酸土霉素的分配系數為6. 34，比其他兩組高。乙醇和正丙醇的用量比例為2:1時，鹽酸土霉素的分配系數最高，為6. 87。所以選擇合適的成相體系及體系組成物質的比例對抗生素的分配行為有一定影響。

實驗表明，乙醇/正丙醇/磷酸二氫鈉形成的二元雙水相體系的成相效果好、速度快，不存在相乳化現象，而且小分子醇價格低廉，降低了實驗成本;其沸點較低，后