組員：余含馮華杰李奇蒙苑金磊發(fā)酵液中紅霉素提取的研究進展目錄一、紅霉素簡介1234二、紅霉素的生產(chǎn)流程三、提取紅霉素的方法選擇四、工藝流程設計二.紅霉素簡介紅霉素為大環(huán)內(nèi)酯類廣譜抗生素，通過紅霉素鏈霉菌發(fā)酵而得。其抗菌譜與青霉素抗菌譜類似，主要應用于呼吸道感染、皮膚感染等癥的治療。紅霉素同時也是第二代及第三代紅霉素半合成衍生物的原料藥。三.紅霉素分離提純簡介最近有一種采用以合成纖維為骨架的離子交換纖維，從含有紅霉素的液體中分離提純紅霉素的新方法。本發(fā)明方法利用其特殊的纖維狀物理形態(tài)使其與紅霉素具有較大的接觸面積，對流體具有較小的阻力，利用離子交換纖維的功能集團使吸附、解吸速度快，較現(xiàn)有的大孔吸附樹脂洗脫容易和徹底，再生速度快，親和力強，達到分離提純的目的。應用本發(fā)明方法也解決了大孔樹脂吸附紅霉素后再生過程較困難這一難題，從而降低成本。方法如下：

(1)預處理：將弱酸性陽離子交換纖維和強堿性陰離子交換纖維用去離子水洗至pH值在7.5～8.0，待用；(2)紅霉素分離：在室溫下，按紅霉素發(fā)酵液(ml)：分離材料(g)＝4～18∶1的比例浸泡上述步驟(1)處理得的作為分離材料的離子交換纖維，靜置30～90分鐘，然后將所得發(fā)酵液濾出；(3)紅霉素洗脫：將氨水加熱至一定溫度，取大約1.5～3倍體積的氨水浸泡上述已吸附了紅霉素的離子交換纖維30～120分鐘，濾去氨水；加入乙酸丁酯，其量為離子交換纖維量的1.5倍；(4)紅霉素提純：取上述丁酯液，在室溫下，按所述乙酸丁酯液(ml)：分離材料(g)＝4～18∶1的比例浸泡上述步驟(1)處理得的作為分離材料的離子交換纖維，靜置30～90分鐘，然后將丁酯液濾出；在流出的丁酯液中加入硫氰酸，將結(jié)晶鹽真空抽干便得到硫氰酸紅霉素鹽；在硫氰酸紅霉素鹽中加入有機溶劑，將所得結(jié)晶濕粉用蒸餾水洗滌后，用離心機甩干，烘干即得紅霉素。四.紅霉素分離提純的特點①目標產(chǎn)物濃度低。在發(fā)酵液中,紅霉素的濃度很低,約占0.4%、0.8%。眾所周知,分離對象的初始濃度越低,分離提純的成本就越高;②紅霉素的性質(zhì)不很穩(wěn)定,且發(fā)酵液容易被污染,這就對能夠采用的分離技術(shù)手段造成了嚴格的限制;③紅霉素發(fā)酵液中雜質(zhì)的濃度相對較高,其中一些雜質(zhì)的性質(zhì)和紅霉素很相似,用一些常規(guī)的分離技術(shù)無法將它們分離以獲得高純度的紅霉素產(chǎn)品:④紅霉素往往直接作為醫(yī)藥用品,需要符合特殊的質(zhì)量和安全要求。

吸附熱力學研究表明：大孔吸附樹脂對紅霉素的吸附過程是自發(fā)進行的(△G＜0)，熵總為正值，吸附為一吸熱的物理吸附過程(△H＞0)。通過間歇吸附動力學實驗，采用一級動力學Lagergren吸附方程、顆粒內(nèi)擴散模型以及液膜及孔內(nèi)擴散模型，研究了紅霉素在大孔吸附樹脂HZ816中的動力學行為，考察了溫度、初始濃度等因素對紅霉素在大孔吸附樹脂中吸附動力學的影響。

通過間歇攪拌脫色及固定床脫色實驗，研究了大孔陰離子交換樹脂(D293)對紅霉素發(fā)酵液的脫色性能。發(fā)酵液經(jīng)樹脂脫色處理后，脫色率為68﹪，紅霉素損失率不超過2﹪。該過程的脫色、再生最佳條件為：1)脫色：流量:1.0BV\hr；溫度：室溫；發(fā)酵液pH值為7.0左右；2)再生：流量:1.0BV\hr；溫度：室溫；再生溶劑：6BV50﹪乙醇鹽酸(1mol\L)溶液。六.有機—無機雜化納濾膜的制備及其在紅素分離方面的應用

1.摘要

研究中以聚乙烯醇為有機材料，正硅酸乙酯和納米二氧化硅為無機材料，以KH-560作為偶聯(lián)劑，DL—蘋果酸為交聯(lián)劑，采用溶膠—凝膠法和共混法，制備了聚乙烯醇(PVA)/SiO_2雜化納濾膜。探討了PVA濃度、SiO_2含量、偶聯(lián)劑和交聯(lián)劑含量及交聯(lián)溫度和交聯(lián)時間對雜化納濾膜性能的影響。系統(tǒng)分析了PVA/SiO_2雜化納濾膜的結(jié)構(gòu)和分離性能，同時還研究了PVA/SiO_2雜化納濾膜的熱穩(wěn)定性能、耐酸堿性能、耐溶劑性能、溶脹性能和機械性能，得到了滿意的結(jié)果。利用四動態(tài)膜性能測試儀測試了PVA/SiO_2雜化納濾膜的純水通量、紅霉素通量和截留率及各種電解質(zhì)的通量和截留率。

通過截留不同分子量的標準物質(zhì)PEG來確定PVA/SiO_2雜化納濾膜的孔徑，并用付立葉紅外光譜儀、示差掃描量熱分析儀、透射電鏡和X射線衍射儀對納濾膜進行了結(jié)構(gòu)表征。針對紅霉素發(fā)酵液中紅霉素的提取分離進行了研究，并對各種操作條件對PVA/SiO_2雜納濾化膜分離提純紅霉素的影響進行了系統(tǒng)的分析，取得了有意義和科學價值的研究結(jié)果。研究結(jié)果表明，制備出的PVA/SiO_2雜化納濾膜性能優(yōu)良，雜化在一定程度上改善了PVA有機納濾膜的性能。用溶膠—凝膠法制備的PVA/SiO_2雜化納濾膜對紅霉素發(fā)酵液的三次循環(huán)截留率可達87.23％，通量是16L·h(~-1)·m~(-2)。結(jié)果表明PVA/SiO_2雜化納濾膜在紅霉素的提純分離方面有著良好的應用前景。2.意義紅霉素在臨床上的應用近年來日益拓寬，除了用于抗革蘭陽性菌，還可用于抗部分革蘭陰性菌、細胞內(nèi)病原體（支原體、衣原體和軍團菌等）和分泌β-內(nèi)酰胺酶的細菌（流感嗜血桿菌、卡他莫拉菌等）引起的獲得性感染[1]；另一方面，易被小兒接受的阿齊紅霉素、克拉紅霉素和羅紅霉素獲得成功[2]，新劑型（如紅霉素腸溶微丸膠囊）的開發(fā)[3]，使紅霉素原料用量大幅度增加，20世紀60年代發(fā)展起來的采用大孔樹脂從發(fā)酵液中分離提取紅霉素的技術(shù)[4]，受到科技界和產(chǎn)業(yè)界人士的關(guān)注。用吸附法或離子交換法實現(xiàn)分離提取紅霉素時，由于紅霉素是由紅霉內(nèi)酯（erythromolide）與去氧氨基己糖（desosamine）和紅霉糖（cladinose）縮合而成的堿性苷，分子較大，用一般樹脂分離是困難的，這是采用大孔樹脂分離提取的原因之一。3.大孔樹脂和紅霉素提取方法發(fā)展簡史王格慧[5]在其論文中指出，1850年，Thompson和Way報導了用硫酸銨或碳酸銨處理土壤時，絕大部分的氨被吸收而析出鈣鹽，從此開始了對離子交換的研究；1906年，R.Gans應用天然合成的硅酸鹽（如：海綠砂、Na2Al2SiO3等）進行水的軟化和糖的凈化處理，離子交換開始用于工業(yè)水的軟化。馬建標和李晨曦[6]在其著作中介紹道，1935年，Adams等觀察到某些合成樹脂具有交換離子的能力，發(fā)表了由甲醛與苯酚、甲醛與芳香胺的縮聚高分子材料及其離子交換性能的研究報告，開創(chuàng)了合成離子交換樹脂的方向。1944年，D,Alelio發(fā)明用苯乙烯和丙烯的衍生物合成質(zhì)量比較優(yōu)良的離子交換樹脂，奠定了離子交換樹脂的基礎；隨后，Dow化學公司的Bauman及其同事開發(fā)了苯乙烯系磺酸型強酸性陽離子交換樹脂，Rohm&Hass公司的Kunin及其同事采用苯乙烯－二乙烯苯共聚物為骨架，開發(fā)了強堿型陰離子交換樹脂；。

20世紀50年代，Corte和Meyer、Meitzner和Oline、何炳林與錢庭寶先后合成出大孔離子交換樹脂。與凝膠型樹脂相比，大孔網(wǎng)狀樹脂改善了吸附物質(zhì)在樹脂微孔結(jié)構(gòu)中擴散的障礙，具有交換速度快、機械強度高和抗有機污染等優(yōu)點，使得大孔樹脂在更多的領(lǐng)域中得到了應用，這是離子交換技術(shù)發(fā)展的一個里程碑。1977年何炳林[7]以“吸附與吸附樹脂”、1990年李伯庭[8]以“大孔吸附樹脂在天然產(chǎn)物分離中的應用”、1991年顧覺奮[9]以“大孔網(wǎng)狀吸附劑在抗生素分離純化中的應用”、1997年馬振山等[10]以“大孔吸附樹脂在藥學領(lǐng)域的應用”、2000年侯世祥等[11]以“大孔吸附樹脂在中藥復方分離純化工藝中的應用”為題的綜述文章，基本上概括了大孔吸附樹脂的性質(zhì)、影響因素與應用現(xiàn)狀。紅霉素是1952年由麥夸爾（McQuire）等在菲律賓群島發(fā)現(xiàn)的紅霉素鏈霉菌的培養(yǎng)液中分離出來的堿性抗生素，一般采用溶媒萃取法、離子交換法、吸附法、沉淀法等實現(xiàn)分離提取[12]。5.影響因素5.1溶液pH值大孔樹脂分離提取紅霉素時，紅霉素溶液pH范圍因樹脂而異，各文獻報道不一，有的為6左右[4]，有的9~9.5[15]，有的9.2左右[16]。最佳pH確定，首先要考慮pH過高（pH>10以上）或過低（pH<5以下）對紅霉素的穩(wěn)定性極為不利，其次要兼顧分離材料本身結(jié)構(gòu)特征對紅霉素的吸附性能，要在實驗研究基礎上決定最佳pH值。5.2大孔樹脂結(jié)構(gòu)

大孔樹脂的理化性質(zhì)對分離提取紅霉素效果影響很大，比表大，空隙度高，吸附性能就優(yōu)良[16]。比如XAD-16吸附樹脂比表面積為800m2/g,PT4吸附樹脂比表面積為805m2/g,從而在發(fā)酵液中分離提取紅霉素表現(xiàn)出眾。大孔樹脂空隙度不宜太大，一方面會影響大孔樹脂的機械強度，影響其使用壽命；另一方面，吸附紅霉素起主要作用的孔徑分布范圍是5~15nm，尤其是直徑在10~15nm的孔所起作用更大[16]。大孔樹脂的顆粒度和孔度分布與其吸附紅霉素的速度有關(guān)，顆粒度越小，吸附速度就越快，孔度分布適當，有利于紅霉素向孔隙中擴散，也致使吸附速度加快。大孔離子交換樹脂的交聯(lián)度直接影響著吸附容量，交聯(lián)度越高，吸附容量就越小，但也不能過小，否則影響到其使用壽命，交聯(lián)度最佳值在1%~5.5%范圍內(nèi)[13]。

5.3吸附時間吸附時間的長短，一方面決定著吸附效率，另一方面也決定著紅霉素的生產(chǎn)周期。大孔樹脂分離提取紅霉素的靜態(tài)與動態(tài)吸附實驗結(jié)果表明，吸附量達到其閾值后，隨著吸附時間的增加，吸附量上升幅度幾乎不變，吸附效率有所下降，相反，隨著生產(chǎn)周期延長，動力消耗和大孔樹脂破損會增加[15-16]。所以，控制好吸附時間是大孔樹脂分離提取紅霉素一個重要工藝環(huán)節(jié)。不同大孔樹脂分離提取紅霉素的吸附時間有差異，例如ED-D吸附樹脂[15]，吸附時間控制在6h左右為好（濾液濃度5350u/mL，Ph=9.62）,XAD-16吸附樹脂與PT4吸附樹脂[16]，吸附時間在11小時左右為宜（濾液濃度2950u/mL，pH=9.2，4BV/h）。5.4解吸速度一般而言，解吸速度慢有利于解吸[15-16]。在實際應用中，大孔樹脂的選擇、洗脫劑的種類、體系溫度條件一般都已經(jīng)確定，當大孔樹脂達到吸附量飽和點后，即進行解吸，其中洗脫流速對解吸速度和解吸率有直接影響。如嚴?？档萚15]報道，對ED-D吸附樹脂，應用酮類洗脫劑，洗脫流速SV=1/50，解吸速度為1/150，解吸率可達91.9%。陳駿等[16]對PT4吸附樹脂采用乙酸丁酯進行解吸實驗，確定洗脫流速SV=0.5BV/h，洗脫峰相對集中，解吸率在92%左右。6.特點

大孔樹脂分離提取紅霉素是近來發(fā)展的一種新工藝，總收率相當或高于溶媒法，質(zhì)量與溶媒法相當。由于大孔樹脂在結(jié)構(gòu)上的多樣性，可以根據(jù)實際用途進行選擇或設計，制造出許多有針對性用途的特殊品種，這是其它諸如活性炭、骨炭、氧化鋁、硅膠、漂白土等吸附劑所不及的，也正是此原因，大孔樹脂仍在繼續(xù)發(fā)展。該法較溶媒法具有操作簡便，不需要高速離心萃取機，維修費用低，以及能夠連續(xù)進行生產(chǎn)與收率高的優(yōu)點。與沉淀法比具有對工藝條件要求不很嚴，不容易形成試劑污染，工藝成本偏低的優(yōu)點。但此法吸附速度與吸附效果不很穩(wěn)定，易受流速與溶質(zhì)濃度影響。此外大孔樹脂分離提取紅霉素特點表現(xiàn)明顯：(1)大孔樹脂分離紅霉素作用原理主要是離子交換作用，大孔結(jié)構(gòu)有利于紅霉素在樹脂內(nèi)的擴散，因而顯示出較高的收率和一定的選擇性。(2)大孔網(wǎng)狀樹脂改善了吸附物質(zhì)在樹脂微孔結(jié)構(gòu)中擴散的障礙，具有吸附速度快、機械強度高和抗有機污染強的特點。(3)大孔樹脂再生較困難，需堿水浸泡和水洗等工序，此環(huán)節(jié)能耗較大。七.分離技術(shù)的應用紅霉素的提煉過程包括以下3個方面:①發(fā)酵液的預處理和過濾:②提取過程;③精制過程。其中,提取過程極其重要。目前工業(yè)上應用的提取方法主要有溶劑萃取法、離子交換法及大孔樹脂吸附法等。膜分離技術(shù),做為一種新型的分離、濃縮、提純及凈化技術(shù),近年來在紅霉素提煉過程中的應用也得到了迅速的發(fā)展。1.溶劑萃取法溶劑萃取法在制藥工業(yè)中的應用,至今已有60多年的歷史,近10年來世界各國為發(fā)展溶劑萃取新概念和新技術(shù)進行了大量的研究,比較活躍的領(lǐng)域有化學反應萃取、液膜萃取、反膠束萃取、超臨界萃取等,但多數(shù)尚處于實驗室和中試階段。這些新技術(shù)在紅霉素的提取中均有所應用。

7.1.1化學反應萃取法在化學反應萃取過程中,紅霉素分子與萃取劑發(fā)生配合,生成中性溶劑;配合物。相對于物理萃取過程,由于發(fā)生了化學反應,分配系數(shù)明顯增大,選擇性和萃取容量增加。2000年,李洲等研究了一個萃取紅霉素的中性配合體系:以高脂肪醇(FA)做萃取劑,煤油為稀釋劑,探索了不同操作條件,如水相中紅霉素濃度、pH值、有機相中萃取劑濃度以及萃取溫度等工藝參數(shù)對紅霉素萃取分配系數(shù)的影響?，F(xiàn)場試驗和結(jié)果表明:萃取收率平均可達96.08%,反萃取收率平均為94.96%,成鹽收率平均為82.10%,3步累計平均收率78.62%,稍優(yōu)于現(xiàn)有生產(chǎn)指標,而且新萃取體系的溶劑損失大幅度降低,節(jié)約了生產(chǎn)成本,可供工業(yè)生產(chǎn)試用。7.1.2固定床溶劑萃取法2001年,曹正芳等[采用固定床溶劑萃取法從發(fā)酵液中提取紅霉素,研究了溶液的pH值、操作溫度、發(fā)酵液流速以及洗脫液流速對分離過程的影響。用此種方法可以有效的克服乳化,減少紅霉素和溶劑的損失。在相比(o/w)為1/25時,萃取率可達95%左右,用純乙酸丁酯洗脫,洗脫率達到95%;而傳統(tǒng)的溶劑萃取法,只有相比為1/1時才能達到同效。7.1.3反膠束萃取法1997年,NitinW等以AOT-異辛烷反膠束系統(tǒng)從水溶液中提取紅霉素,在溫和的實驗條件下可取得較高的收率。2003年,李夏蘭等也采用AOT-異辛烷反膠束系統(tǒng)提取了乳糖酸紅霉素。在室溫、pH值、鹽濃度都相同的條件下,僅以異辛烷作萃取劑,萃取效率只有5.12%;而加入AOT0.05mol/L后,萃取效率顯著增加到94.4%。將反膠束萃取劑循環(huán)使用3次,萃取效率都在87%以上,能循環(huán)使用。7.2膜分離技術(shù)7.2.1超濾2004年,Li等利用超濾與溶劑萃取相結(jié)合的方法,從發(fā)酵液中提取紅霉素。這種新工藝不需要加入價格昂貴、對人體有毒害的破乳劑,靜置分層快,不需離心分離,萃取收率比原工藝高2.9%,達到93.17%:而且超濾對原料液有一定脫色作用,不需要活性炭或樹脂脫色,就可降低產(chǎn)品色級,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。7.2.2反滲透1994年,劉昌盛等將反滲透技術(shù)應用于紅霉素提取。選用丹麥DDS公司的Module20UF/RO系統(tǒng),板框型裝置,總過濾面積0.72m2,在壓力為4.0MPa時,發(fā)酵液可濃縮5倍,料液濃度2000u/mL左右,達到后續(xù)操作要求,且紅霉素基本上無損失。7.2.3液膜分離1996年,Kawasaki等[利用支撐液膜技術(shù),1-癸酸做載體,從紅霉素的稀堿性水溶液中提取紅霉素A,液膜與料液之間的分配系數(shù)可達122,且透過液膜的傳質(zhì)通量高,同時起到了很好的分離和濃縮效果。2002年,Habaki等采用W/O/W型乳化液膜滲透新技術(shù)從發(fā)酵液中分離提取紅霉素。結(jié)果表明,將Span—80溶于庚烷做膜相,25℃,料液pH值為8.5～9.5,抽提相pH值為5.5～6.5時,紅霉素在反萃相與料液相中的分配比(濃縮比)可達3.4,且透過系數(shù)在分離過程天一定?？傊?目前膜分離技術(shù)在紅霉素提取過程中的應用研究非?；钴S,但實際應用還不夠廣泛。主要原因有以下幾個方面:①作為一種迅速發(fā)展起來的新型分離技術(shù),膜分離過程本身仍存在許多技術(shù)問題有待攻克;②發(fā)酵液是一種復雜的介質(zhì),粘度、濃度和顆粒大小都不一樣,甚至會有多種與主產(chǎn)品高度相似的副產(chǎn)品,對膜分離的選擇性要求很高;③醫(yī)藥行業(yè)對衛(wèi)生要求極其嚴格,膜容易被污染;④試驗中采用的膜組件應由自制轉(zhuǎn)向標準化,這樣才有利于試驗結(jié)果的可靠性提高。

7.3鹽析沉淀法2001年,Le等研究了利用鹽析法從發(fā)酵液中提取紅霉素,首次將有機溶劑乙腈和發(fā)酵液混和,形成均相混和溶液后,向其中加入NaCl、Na2SO4等無機鹽,使混和液分為兩相,此時紅霉素從發(fā)酵液中轉(zhuǎn)移到有機相;對有機相進行減壓蒸餾,結(jié)晶即得紅霉素。同傳統(tǒng)的溶劑萃取法相比,鹽析沉淀法萃取速度快,提純效率高,不需要加破乳劑,單級萃取效率超過98.5%,紅霉素的化學效價超過930u/mg,產(chǎn)率超過70%,是一種效果不錯的提取新方法7.4大孔樹脂吸附法近年來,國內(nèi)外報道的抗生素中有不少采用大孔樹脂吸附法作為其提取精制手段。大孔樹脂吸附法由于具有選擇性能好,能耗低,溶劑損耗小,操作完全等優(yōu)點,在紅霉索的大規(guī)模分離過程中也獲得了廣泛的認可。2002年,陳駿[報道,國外生產(chǎn)的XAD-16型樹脂分離提取紅霉素效果突出,吸附量達13.5萬u/g濕樹脂,而華東理工大學生產(chǎn)的PT4型樹脂吸附量為12.2萬u/g濕樹脂,達XAD-16吸附量的90%以上,但售價卻只有其1/4,是紅霉素工業(yè)生產(chǎn)中的一個新的應用對象。2003年,Ribeiro等試了一系列中性樹脂(Am2befiiteXAD-4,XAD-7和XAD-16)和一種陰離子樹脂(IRA-410)對紅霉素的選擇吸附性能。其中,中性樹脂對紅霉素的吸附在5h內(nèi)可達到平衡,XAD-4,XAD-7和XAD-163種樹脂對紅霉素的最大吸附量分別為:0.5,0..6和0.7mmol/g吸附劑;IRA-410和XAD-7型樹脂對紅霉素的吸附過程可以很好的符合Freundlich和Langmuir方程。

此外,通過比較紅霉素與幾種吸附樹脂之間親合因子和濃縮因子數(shù)值的大小,發(fā)現(xiàn)XAD-16和IRA-410型樹脂對紅霉素具有更好的選擇吸附性能,吸附過程為物理吸附。2004年,胡秀峰等[對大孔樹脂在紅霉素提取中的應用進展進行了綜述,指出大孔樹脂由于在性能方面存在局限性導致它在紅霉素提取應用中受到很大程度的制約,提出了解決這些局限性的建議:增大吸附劑的比表面積,使吸附量增加,并加快吸附速度。而增大比表面積的有效方法之一,就是從吸附劑的物理形狀著手,改球狀、粉狀為纖維狀。2006年,宋應華等研究了大孔吸附樹脂XAD-7HP、XAD-16及HZ-816對紅霉素的平衡吸附及熱力學性質(zhì),結(jié)果表明吸附過程為吸熱的物理吸附過程。7.5離子交換法紅霉素是弱堿,在適宜的溫度和酸度條件下,在水中會以陽離子的形式存在,因此可以用離子交換法從發(fā)酵液中提取紅霉素。20世紀60年代