页数：40页文件大小：288.5 KB来源： 生化分离工程ppt课件
本课件以三个工业实例串讲离子交换技术：先给出提取原则与树脂筛选、离交条件三要素，再展开卡那霉素的树脂选择、西索米星的四级离解与价态分布、R-扁桃酸的 711-OH 动态吸附解吸工艺，并以 HZ801 树脂方案作对照。
第7章 离子交换技术
7.6 离子交换技术典型实例
7.6 离子交换技术典型实例——条件选择
卡那霉素的分离纯化
| 组分 | R1 | R2 | 分子式 | 分子量 | 比旋光度 |
|---|---|---|---|---|---|
| 卡A | OH | NH2 | C18H36N4O11 | 484.499 | +146° |
| 卡B | NH2 | NH2 | C18H37N5O10 | 483.54 | +130° |
| 卡C | NH2 | OH | C18H36N4O11 | 484.499 | +126° |
卡那霉素离解常数（pKa 值）：分子中含多个氨基，各氨基的 pKa 值决定了在不同 pH 条件下的逐级质子化程度，是选择离交 pH 的直接依据。
卡那霉素离解曲线：随 pH 升高，卡那霉素由多价阳离子逐步向低价乃至中性分子转变，曲线拐点对应其 pKa 值，用于确定吸附与解吸的适宜 pH 区间。
2、溶液的 pH 值：合适的 pH 值必须达到下列条件
动态串联方式：多根离子交换柱串联运行，首柱饱和后切换，末柱换新柱，可在保证漏点控制的同时提高树脂利用率与洗脱液浓度。
西索米星的离子交换树脂提取：西索米星为弱碱性生物有机碱，分子中含有四个氨基，在水溶液中存在四级离解平衡，在不同 pH 值的水溶液体系中能以不同的电化学状态存在，随着溶液的 pH 值由高到低而出现逐级解离。在解离条件下，选用强酸性阳离子交换树脂或弱酸型阳树脂均可达到吸附西索米星阳离子的目的。
目前多选择 732 强酸性阳树脂进行离交，溶液 pH 值 5.5，发酵液原液浓度约 1000—1500 μg/ml。
西索米星结构式：分子中含四个可质子化氨基，其空间分布决定了逐级离解常数与在不同 pH 下的价态分布。
西索米星离解常数（pKa 值）：四个氨基对应四级逐级离解常数，是确定吸附 pH 与解吸条件的定量依据。
西索米星的离解曲线：随 pH 降低，分子依次获得质子，由中性分子逐步转变为一至四价阳离子，为选择离交 pH 提供直接依据。
扁桃酸的离子交换树脂提取
扁桃酸结构式：分子含一个羧基与一个手性碳原子，存在 R-与 S-构型，其 pKa 值决定了离交提取的 pH 窗口。
扁桃酸在非极性溶剂中的溶解度曲线：溶解度随温度升高而增大，可用于比较不同非极性溶剂对 R-扁桃酸的溶解能力，为萃取与结晶溶剂筛选提供依据。
非极性溶剂中的溶解度差值曲线：差值随温度与溶剂种类变化，差值较大的区间有利于通过分级结晶实现构型分离。
扁桃酸在极性溶剂中的溶解度曲线：极性溶剂中溶解度显著高于非极性溶剂，曲线用于确定结晶与离交料液的适宜浓度。
极性溶剂中的溶解度差值曲线：用于比较不同极性溶剂对手性扁桃酸的分辨能力，差值越大越有利于分离纯化。
发酵液中 R-扁桃酸的 711-OH 型离子交换提取
Fig.1 Permeable curve of R,S-mandelic acid at anion resin：在 pH＝0.41、OD220＝1.236 的 R,S-扁桃酸溶液（含 2% NH4Cl）、流速 1.0 Bv/h、30 ml 阴离子树脂、18 mm×300 mm 柱尺寸条件下比较不同阴离子树脂的透过行为，据此筛选选择性更优的树脂。
Fig.2 Dynamic adsorption curve of R-mandelic acid and phenylglyoxilic acid from ferment broth at 711-OH anion exchange resin：动态吸附条件为 pH 6.0～7.0、R-扁桃酸浓度 70～80 mmol/L、苯乙酮酸浓度 8～10 mmol/L、20 ml 711-OH 树脂、18 mm×300 mm 柱。
Fig.4 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid in different velocity of flow with 4% HCl：洗脱顺序为 Cl⁻ → MA⁻ → OH⁻，流速越低洗脱峰越集中，需权衡解吸浓度与操作周期。
Fig.5 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid in different HCl concentration with 1.5 Bv/h：HCl 浓度升高洗脱更快更集中，但过高会加剧杂质共洗脱并腐蚀设备。
Fig.6 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid and phenylglyoxilic acid at 711-OH anion resin while the optimum condition：在最适条件下 R-扁桃酸与苯乙酮酸得到良好分离，验证所选树脂与操作条件可行。
大孔吸附树脂 HZ801 分离发酵液中 R-扁桃酸研究
Fig.1a Dynamic adsorption curve of R-mandelic acid from ferment broth at HZ801 resin in different velocity of flow：动态吸附条件为 pH 2.0、R-扁桃酸浓度 80 mmol/L、苯乙酮酸浓度 6 mmol/L、20 ml HZ801 树脂、18 mm×300 mm 柱。流速越低穿透越晚，吸附越充分。
Fig.1b Dynamic adsorption curve of phenylglyoxilic acid from ferment broth at HZ801 resin in different velocity of flow：苯乙酮酸与目标物 R-扁桃酸竞争吸附位点，其穿透行为决定了分离选择性与产品纯度。
Fig.2 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid at HZ801 resin in different ethanol concentration with 1.5 Bv/h：乙醇浓度升高洗脱能力增强、峰形更集中，需兼顾洗脱率、乙醇消耗与后续回收成本。
Fig.3 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid and phenylglyoxilic acid at HZ801 resin in different velocity of flow with 50% ethanol：通过调节流速可改善两种组分的洗脱分离度，获得较高纯度的 R-扁桃酸。
Fig.4 Dynamic desorption curve of R-mandelic acid and phenylglyoxilic acid at HZ801 resin：在最适条件下目标物与杂质获得有效分离，验证了 HZ801 吸附树脂工艺的可行性。
作业
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