The pH of the internal aqueous solution containing a basic salt was theoretically calculated on the basis of the amount of penicillin G transported into the internal phase. The calculated results agreed with the experimental data well and were used to select a suitable type and concentration of a basic salt in the internal phase to give a pH within the range pH 5 and 8 where penicillin G was stable after the termination of extraction. Also, it was shown that $Na_2CO_3$ solution was the most suitable internal aqueous solution for the extraction of penicillin G by an ELM process.
ECA 4360J functioned as a carrier as well as surfactant for the extraction of penicillin G by the ELM process. Thus, the reaction equilibrium between penicillin G and ECA 4360J was investigated through two phase extraction experiments. The experimental results showed that the following reaction occurred at both the external and internal interfaces.
$B^E(org.) + 0.5H^+(aq.) + 0.5P^-(aq.) ≒ B^E(Hp)_{0.5}(org.)$
In the same way, the reaction between penicillin G and Amberlite LA-2 was obtained as follows.
$2B^L(org.) + 2H^+(aq.) + 2P^-(aq.) ≒ B^L_2(HP)_2(org.)$
A permeation model which was an extension of the model of amino acid extraction given by Teramoto et al. was presented in order to simulate the extraction of penicillin G by the ELM process using ECA 4360J. The experimental data were satisfactorily simulated by the proposed permeation model, in which the external mass transfer around the emulsion drop, the reaction in the external interface and the diffusion as well as the reaction equilibrium in the W/O emulsion drop were considered. Also, The ELM process using only ECA 4360J without another carrier could increase operation cost and bring about the losses of penicillin G in the internal phase because of slow extraction rate. Finally, another carrier, for example, Amberlite LA-2, must be used to facilitate the reaction at the external interface.
The extraction of penicillin G from simulated model media was successfully performed by the ELM process using amberlite LA-2 as a carrier. The extraction rates of penicillin G, the membrane breakage, and the mean diamters of emulsion drops and internal droplets under various operation conditions were experimentally studied in a batch system. The membrane breakage was dependent on the species present rather than the respective concentrations in the organic and internal phases when stirring speed was not too fast. Stirring speed, W/O ratio, Ve/Vw ratio, viscosity of oil phase mainly had an effect on the size of emulsion drops, and emulsification speed, viscosity of oil phase, W/O ratio and salt concentration in the internal phase had an important effect on the size of internal droplets. Also, The degree of extraction achieved was between 80% and 95% under specific conditions. Then, a concentration of greater than nine times the initial concentration of penicillin G in the external phase was obtained in the internal phase.
어떤 염기성 염을 함유하는 내부수용액의 pH가 그용액으로 전달되는 페니실린 G의 양에 따라 이론적으로 계산되었다. 그계산결과는 실험결과와 잘 일치하였으며, 추출종료후 페니시린 G가 안정한 pH 영역 (5-8사이)에 있도록 적합한 염기성 염의 종류 및 농도를 선택하는데 이용되었다. 그때 에멀젼형 액막 공정에 의해 페니실린 G를 추출하는데 이용되는 내부 수용액으로 탄산나트륨 용액이 가장 적합하였다.
ECA 4360J는 에멀젼형 액막 공정에 의한 페니실린 G의 추출에서 계면활성제로서 뿐만아니라 운반체로 작용했다. 따라서 페니실린 G와 ECA 4360J간의 반응평형이 2상 추출 실험을 통해서 조사되었다. 그 실험결과로 부터 다음과 같은 반응이 예측되었다.
$B^E$ (유기상) + $0.5H^+$ (수용상) + $0.5P^-$ (수용상) = $B^E(HP)_{0.5}$ (유기상) 여기에서 $B^E$는 ECA 4360J, $H^+$는 수소이온, $P^-$는 페니실린 음이온이며 $B^E(HP)_{0.5}$는 ECA 4360J-페니실린 착물이다.
같은 방법으로 페니실린 G와 운반체인 Amberlite LA-2간의 반응이 다음과 같이 얻어졌다.
$2B^L$ (유기상) + $2H^+$ (수용상) + $2$P^-$ (수용상) = $B^L_2(HP)_2$ (유기상) 여기에서 $B^L$는 Amberlite LA-2이고 $B^L_2(HP)_2$ 는 Amberlite LA-2-페니실린간의 착물이다.
Teramoto등에 의해 제안된 아미노산 추출모델을 확장시킨 투과모델이 ECA 4360J를 이용한 에멀젼형 공정에서의 페니실린 G 추출을 모사하는데 이용되었다. 실험데이타는 제시된 모델의 계산결과와 잘 일치하였다. 그 모델에서는, 에멀젼 방울주위의 외부물질전달, 외부계면에서의 반응, W/O 에멀젼 방울안에서의 반응평형 및 확산등이 고려되었다. 한편, 다른 운반체없이 단지 ECA 4360J만을 사용하는 에멀젼형 액막 공정은 느린 추출속도때문에 조작비의 증가 및 내부상에서의 페니실린 G 분해로 인한 손실을 초래할수있다. 결국, 다른 운반체, 예컨대, Amberlite LA-2,가 외부계면에서의 반응을 촉진시키기위해 사용되어야한다.
운반체로써 Amberlite LA-2를 이용한 에멀젼형 액막 공정에 의해 페니실린 G의 추출이 성공적으로 수행되었다. 여러가지 조작조건하에서 페니실린 G의 추출속도, 막파괴 정도 그리고 에멀젼 방울과 내부상의 작은 방울의 평균지름이 회분식 반응기에서 실험적으로 연구되었다. 교반속도가 낮을때, 막파괴 정도는 유기상 또는 내부수용상에 있는 성분의 농도보다는 주로 종류에 의존했다. 에멀젼의 크기에 주로 영향을 미치는 인자는 교반속도, W/O 비, $V_e/V_w$ 비 그리고 유기상의 점도이었다. 또한 에멀젼 방울안에 있는 작은 수용상 방울들은 에멀젼 제조속도, 유기상의 점도, W/O비 그리고 내부상에 있는 염의 농도에 그크기가 좌우되었다. 한편, 페니실린 G의 추출율은 특별한 조건하에서 80-95%이었으며, 그때 내부상에 있는 페니실린 G의 농도는 초기 외부수용상에 있던 페니실린 G 농도보다 9배이상 높았다.
