土霉素的生產(chǎn)工藝土霉素的生產(chǎn)工藝

1、土霉素的生產(chǎn)工藝吳揚(yáng)（湖南科技學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程系，湖南永州425100 ）摘要：目的：土霉素生產(chǎn)工藝的概述。方法：土霉素提取工藝是通過黃血鹽-硫酸鋅作凈化劑協(xié)同去除蛋白質(zhì)等高分子雜質(zhì)，然后用122-2樹脂脫色進(jìn)一步凈化土霉素濾液，最后調(diào)pH至4.8左右結(jié)晶得到土霉素堿產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：生產(chǎn)工藝，土霉素，黃血鹽 -硫酸鋅Strain Of The Production CraftWU Ya ng（Life science and Chemical Engineering Department of Hunan University of Science and Engineering,Yong

2、zhou Hunan 425100）Abstract: objective: to strain of production process. Methods: by huang extraction process strain as blood salt- zincsulfate purificati on such as prote in remove impurities in coord in ati on with polymer and 122-2 resin decolor ing further purificati on stra in, adjustable pH fil

3、trate to get arou nd4.8 crystallizati on. Stra in alkali.Keywords: production craft, Strain, Yellow prussiate - zinc sulfate1 土霉素概述土霉素又稱為地霉素或氧四環(huán)素，英文名稱（Terramycin Oxytetracycline ）屬于抗菌素的一種，對多種球菌和桿菌有抗菌作用，對立克次體和阿米巴病原蟲也有抑制作用，用來治療上呼吸道感染、胃腸道感染、斑疹傷寒等，現(xiàn)今主要用于畜禽藥及飼料添加劑。土霉素是一個典型的利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品， 生產(chǎn)工藝涉及種子培養(yǎng)、發(fā)酵、提取

4、、過濾、脫色、結(jié)晶、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念，通 過對聯(lián)邦制藥（內(nèi)蒙古）有限責(zé)任公司土霉素的生產(chǎn)工藝的實習(xí)，可以提高理論聯(lián)系實際與綜合應(yīng)用所學(xué) 知識的能力。1.1 土霉素簡介1.1.1名稱與化學(xué)式中文名：土霉素英文名：OXYtetracycIi ne化學(xué)名：（4s,4 a，5S，5aR 6S，12a S -N-4-二甲胺基-1，4，4a 5，5a 6，11，12a八氫，5, 6, 10，12，12 a六羥基-6-甲基-1，11-二氧代并四苯-2-甲酰胺。分子式：C22H24N2O9相對分子質(zhì)量：460.581.1.2 性狀與理化性質(zhì)1土霉素又名氧四環(huán)素，為灰白色至黃色的結(jié)晶粉末，無

5、臭，味苦，熔點(diǎn)是180C，在日光下顏色變暗在堿性溶液中 易破壞失效。土霉素鹽酸鹽為黃色結(jié)晶，味苦，熔點(diǎn)190194C，有吸濕性，但水分和光線不影響其效價，在室溫下長期保存不變質(zhì)，不失效。鹽酸鹽易溶于水，溶于甲醇，微溶于無水乙醇，不 溶于三氯甲烷和乙醚，在酸性條件下不穩(wěn)定。添加到飼料中，在室溫下保存四個月，效價下降4%9%，制粒時效價下降 5%7%。1.2 土霉素生產(chǎn)菌種土霉素是由放線菌（龜裂鏈霉菌）所產(chǎn)生的抗生素。土霉素鈣鹽是發(fā)酵培養(yǎng)液中入碳酸鈣，經(jīng)過濾， 干燥而制得。2 土霉素生產(chǎn)工藝2.1 土霉素的生產(chǎn)工藝流程概述土霉素生產(chǎn)工藝主要分為：發(fā)酵、酸化過濾、脫色結(jié)晶、離心干燥四個階段。2.2發(fā)

6、酵工藝流程2.2.1 斜面孢子制備首先培養(yǎng)三支斜面孢子，斜面孢子的培養(yǎng)基是由麩皮和瓊脂組成，用水配制。培養(yǎng)孢子條件：斜面孢 子在36.536.8C培養(yǎng)，不得高于 37C。若36C超過2小時則生產(chǎn)能力明顯下降，不可用于生產(chǎn)。而且在 袍子培養(yǎng)過程中還需保持一定相對濕度，濕度55%60%。培養(yǎng)時間96個小時。將三支斜面孢子加入無菌水之后制成懸浮液。將懸浮液放置于4C6C的冰箱中備用。2.2.2 一級種子罐發(fā)酵一級種子罐采用實罐蒸汽滅菌法滅菌。培養(yǎng)溫度為31 C，采用夾套式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），罐內(nèi)生長弱，無動力設(shè)備，設(shè)備密封。發(fā)酵約28h，培養(yǎng)液可趨于濃厚，并轉(zhuǎn)黃色，種子培養(yǎng)液pH值為6.06.4時

7、，移入二級種子罐。2.2.3二級種子罐發(fā)酵二級種子罐采用實罐蒸汽滅菌法滅菌。培養(yǎng)溫度為31 C，采用夾套式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），有攪拌動力設(shè)備。二級罐發(fā)酵約28h,培養(yǎng)液外觀深粽、稠、有氣泡，pH大于6.0移入三級發(fā)酵罐。2.2.4三級發(fā)酵罐發(fā)酵三級發(fā)酵罐采用實罐蒸汽滅菌法滅菌，接種量為1520%,發(fā)酵全程溫度控制在3031 C，分段培養(yǎng)。采用列管式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），有攪拌動力設(shè)備。發(fā)酵過程，菌體大量生長，培養(yǎng)基快速消耗，需要 對其進(jìn)行補(bǔ)料控制。發(fā)酵導(dǎo)致pH降低，需補(bǔ)氨水調(diào)節(jié) pH。產(chǎn)生的大量泡沫，需加消沫劑進(jìn)行消沫。發(fā)酵過程消耗氧氣，需通氧補(bǔ)充，通氣量為：0.81.0v/m。發(fā)酵過程通氨

8、、補(bǔ)糖的工藝具體控制的方法不甚相同。接種后發(fā)酵 pH低于6.4時，開始通氨，通氨量的多少參考pH。要求100h前pH在6.36.5, 100h后pH6.26.3，放罐前8小時停止通氨。根據(jù)發(fā)酵液的殘?zhí)侵笛a(bǔ)入總糖（即淀粉酵解液），一般在100h前殘?zhí)强刂?.05.0%, 100h至150h控制3.54.0%, 150h至放罐前6h控制3.0%。在菌絲接近自溶期前放罐。 2.3酸化過濾工藝流程2.3.1 酸化土霉素能和鈣、鎂等金屬離子，某些季胺益、堿等形成復(fù)合物沉淀（即不溶性絡(luò)合物）。在發(fā)酵過程中， 這些復(fù)合物積聚在菌絲中，在液體中的濃度不高。發(fā)酵結(jié)束后，土霉素大部分沉積在菌絲中，發(fā)酵液中很 少。

9、因此，應(yīng)對土霉素發(fā)酵液進(jìn)行酸化等處理，使菌絲中的單位釋放出來，以保證產(chǎn)品收率和質(zhì)量。2.3.1.1 酸化劑的選擇酸化劑一般可采用鹽酸、硫酸、草酸、磷酸等，但根據(jù)土霉素濾液質(zhì)量的要求，若濾液中有鈣離子存在，則對直接沉淀是否完全有一定的影響，通過生產(chǎn)實踐認(rèn)為采用草酸作酸化劑較好。因為草酸去鈣較完 全，析出的草酸鈣還能促進(jìn)蛋白質(zhì)的凝結(jié)，提高濾液質(zhì)量。草酸屬于弱酸，比鹽酸、硫酸等對設(shè)備腐蝕性 較小，但其價格較貴，并可促使差向土霉素等異構(gòu)物的產(chǎn)生。在采用草酸作酸化劑時，必須降低溫度，要 求15C以下，盡量縮短操作時間，避免或減少差向異構(gòu)化。在有條件的情況下，應(yīng)進(jìn)行草酸回收工作。鑒 于以上因素，酸化劑采用

10、草酸和鹽酸。2.3.1.2 酸化pH的控制加草酸酸化調(diào)pH的目的是為釋放菌絲中的單位，同時還得考慮土霉素的穩(wěn)定性、成品質(zhì)量及提煉成 本，故對酸化pH要嚴(yán)格控制。目前工藝上控制在1.61.9范圍內(nèi)，若pH過高，則對釋放單位不利，而且會促進(jìn)差向土霉素的產(chǎn)生；若 pH過低，則土霉素的穩(wěn)定性差，影響成品質(zhì)量，且草酸用量加大，將增 加單耗和成本。2.3.1.3 發(fā)酵液的純化發(fā)酵液中同時存在著許多有機(jī)和無機(jī)的雜質(zhì)，為了進(jìn)一步提高濾液質(zhì)量，為直接沉淀法創(chuàng)造有利條件，必須在發(fā)酵液的預(yù)處理過程中添加純化劑。目前生產(chǎn)上是利用黃血鹽和硫酸鋅的協(xié)同作用來去除蛋白質(zhì)， 同時去除鐵離子，并加入硼砂，以提高濾液質(zhì)量。在不影

11、響濾液質(zhì)量的前提下，純化劑的加入量應(yīng)盡量減少，以降低成本。2.3.2 過濾過濾工藝采用板框過濾機(jī)過濾。濾布可以去除一些雜質(zhì)。正批液經(jīng)過板框過濾機(jī)后直接進(jìn)入正批液儲罐。為了提高過濾機(jī)中土霉素的利用率，采用三級過濾和頂洗的方法。頂洗的要求是高于4000單位的濾液才能夠進(jìn)入過濾機(jī)后進(jìn)入正批液的儲罐。低于的進(jìn)入其它儲罐以備下一次頂洗之用。2.4脫色結(jié)晶工藝流程2.4.1 脫色為了進(jìn)一步去除濾液中的色素和有機(jī)雜質(zhì)，以提高濾液質(zhì)量，將濾液通入脫色罐，由其中的122-2樹脂進(jìn)行脫色。該樹脂在酸性濾液中氫離子不活潑，不能發(fā)生電離及離子交換作用，但能生成氫鍵。其生成 的氫鍵可吸附溶液中帶正電的鐵離子、色素及其它

12、有機(jī)雜質(zhì)，從而提高土霉素濾液的色澤和質(zhì)量。樹脂在 氫氧化鈉溶液中，由氫型變成鈉型，失去氫鍵的活性，使其吸附的色素和雜質(zhì)解離出來，再經(jīng)酸作用可恢 復(fù)其氫鍵的活性，重復(fù)使用。2.4.2結(jié)晶土霉素發(fā)酵液經(jīng)過上述預(yù)處理后，即可在酸性脫色液中用堿化劑調(diào)節(jié)pH至等電點(diǎn)，使土霉素直接從濾液中沉淀結(jié)晶出來。2.4.2.1 堿化劑的選擇堿化劑一般可采用氫氧化鈉、氫氧化銨、及碳酸鈉、亞硫酸鈉等，各有其特點(diǎn)。例如，氫氧化鈉價格 便宜、用量少，但由于堿性較強(qiáng)，根據(jù)土霉素的穩(wěn)定性，單獨(dú)使用會造成局部過堿而破壞土霉素，影響產(chǎn) 量和產(chǎn)品質(zhì)量；又如亞硫酸鈉具有抗氧化和脫色作用，可使產(chǎn)品色澤鮮艷，但其堿性極弱，調(diào)pH時反應(yīng)緩慢

13、，用量大，且價格較貴，影響成本；而氨水其堿性較氫氧化鈉弱但比亞硫酸鈉又強(qiáng)，價格便宜，用量適中等。故目前生產(chǎn)上多采用氨水（內(nèi)含23%NaHSO3, NazCOs及尿素等）作為堿化劑，這樣既能節(jié)約成本，又能起到抗氧脫色作用，效果較好。242.2 pH的控制與產(chǎn)量和質(zhì)量關(guān)系在連續(xù)結(jié)晶過程中，pH的高低對產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響。土霉素的等電點(diǎn)為 pH4.64.8,在pH4.57.5之間，游離堿在水中的溶解度幾乎不變。若pH控制在接近等電點(diǎn)時，雖然沉淀結(jié)晶較完全，收率也高，但會有大量雜質(zhì)（主要是接近等電點(diǎn)pH的蛋白質(zhì)）同時沉淀析出，影響產(chǎn)品的色澤和質(zhì)量；若 pH控制得較低一些，對提高產(chǎn)品質(zhì)量雖有好處（即上述

14、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)不同時析出，而殘留在母液中），但沉淀結(jié)晶不完全，收率要低些，影響產(chǎn)量。因此，在選擇沉淀結(jié)晶pH值時，就必須同時考慮到產(chǎn)、質(zhì)量的效果。2.4.2.3 影響晶體大小的其它條件要使土霉素高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)以及所得晶體均勻，好分離，便于過濾和洗滌等操作，除了嚴(yán)格控制pH條件外，對濾液質(zhì)量、加堿化劑的速度，結(jié)晶的溫度，攪拌轉(zhuǎn)速和結(jié)晶時間等條件都須加以考察，選擇最佳條件。2.4.2.4 連續(xù)結(jié)晶法連續(xù)結(jié)晶的原理是根據(jù)土霉素的結(jié)晶速度，結(jié)晶基本完成一般需要 2h, 2.5h后母液中土霉素含量下降幅度基本穩(wěn)定。故可以結(jié)晶最大流量為基準(zhǔn)，安排一套連續(xù)進(jìn)行2.5h的結(jié)晶設(shè)備，使調(diào)好 pH的結(jié)晶液在流動情況下有一

15、段晶體成長的足夠時間，即可達(dá)到結(jié)晶完全的目的。2.5離心干燥工藝流程2.5離心與干燥2.5.1 離心2.5.1.1利用多個三足式離心機(jī)聯(lián)合的方式離心。2.5.2 干燥2.5.2.1離心工藝出來的濕成品仍含有較多水分，未達(dá)到成品要求，因此要經(jīng)過搖擺機(jī)過 40目的篩網(wǎng)，制成顆粒后進(jìn)入三級旋風(fēng)干燥器中，干燥后得到成品。2.5.2.2 濕成品干燥記錄：干燥時間8h ;投料溫度185 C；卸料溫度80C。3 土霉素生產(chǎn)的廢水處理3.1廢水處理原因聯(lián)邦制藥（內(nèi)蒙古）廠地位于國家重點(diǎn)保護(hù)流域一一黃河流域的敏感地區(qū)。其生產(chǎn)廢水濃度高、色度 高，且水質(zhì)不穩(wěn)定，為使出水能夠達(dá)標(biāo)排放。該工程的廢水處理系統(tǒng)是用來處理

16、土霉素生產(chǎn)廢水。土霉素 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的高濃度有機(jī)廢水（結(jié)晶母液），水中有機(jī)物來自發(fā)酵的殘存培養(yǎng)基和發(fā)酵代謝產(chǎn)物有碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素、有機(jī)酸、色素、酶、放線酮、殘余土霉素堿及其他代謝產(chǎn)物。其中 殘余土霉素堿、草酸等物質(zhì)抑菌性較強(qiáng)，干擾蛋白質(zhì)的合成從而抑制細(xì)菌生長，廢水需作適當(dāng)?shù)念A(yù)處理在 降低殺菌性后再進(jìn)入生化處理系統(tǒng).3.2該生產(chǎn)廢水處理方案4廢水的治理難點(diǎn)在于：制藥廢水對廢水處理過程中的生物菌種有很強(qiáng)的殺傷力，含有部分不可生化和 對微生物有抑制作用的有機(jī)物，進(jìn)水有機(jī)濃度、色度高，水質(zhì)不穩(wěn)定；同時受現(xiàn)場占地面積小的限制，導(dǎo) 致改造難度增大。通過分析，確定了工程處理方案，決定采

17、用“高壓脈沖電凝系統(tǒng)物化處理一合絮凝技術(shù)（氣?。┮唤M合兼氧一 A/ 一加藥沉淀一生物活性炭濾池”為主要處理單元的組合工藝路線。3.2.1高壓脈沖電凝水處理技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理高壓脈沖電凝法（HVES）采用設(shè)計獨(dú)特的高電壓、小電流的電解技術(shù)， 利用電化學(xué)原理，借助外加高電壓作用產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，經(jīng)單電凝設(shè)備即可對制藥廢水中的有機(jī)或無機(jī)物進(jìn)行氧化 還原反應(yīng)，進(jìn)而凝聚浮除，將污染物從水體中分離，可有效去除廢水中的SS、油、磷酸鹽等各種有害污染物。采用高壓脈沖電凝技術(shù)具有的特點(diǎn)是：酸性條件下的有機(jī)廢水可直接電解，出水pH接近中性，可大幅度降低加堿量，進(jìn)而減少污泥量，降低運(yùn)行費(fèi)用；集電解與氣

18、浮作用于一體，不需另外加藥；與 傳統(tǒng)的低電壓、大電流的電解模式不同，極板消耗較少，更換方便，池內(nèi)設(shè)攪動設(shè)施預(yù)防堵塞；運(yùn)行穩(wěn) 定，治理效果好，占地少，沉渣量少。3.2.2復(fù)合絮凝（氣?。┘夹g(shù)降低抗生素殘余效價該廢水中含有土霉素，具有一定毒性，抗生素殘余效價會影響生物生化，在本工程中，采用復(fù)合混凝 技術(shù)去除抗生素殘余效價，即采用硫酸鋁、聚硫酸亞鐵、PAM及石灰對土霉素廢水進(jìn)行絮凝氣浮預(yù)處理。其作用機(jī)理是絮凝劑中的Ca抖、AI計、Fe及其氫氧化物和有機(jī)聚合物PAM等，與抗生素分子的活性基團(tuán)，如一 NH、一 0H等，形成難溶復(fù)合體理后，會使廢水中的微生物種類和數(shù)量增多，生長正常，廢水 性質(zhì)趨于普通有機(jī)

19、廢水。3.2.3組合兼氧技術(shù)進(jìn)行水解酸化采用推流式兼氧接觸池，把反應(yīng)控制在水解酸化階段。內(nèi)部懸掛組合填料，可根據(jù)水質(zhì)水量情況，調(diào) 整DO及回流值。兼氧階段有中溫菌和低溫菌進(jìn)行協(xié)調(diào)作用，故受外界氣溫和水溫的影響小，且兼氧菌不 同于專性厭氧菌種甲烷菌它是一種兼性菌種，在自然界中存在的量較多，容易培養(yǎng)，一旦廢水中有機(jī)物發(fā) 生變化，處理裝置也能很快適應(yīng)。3.2.4生物活性炭濾池進(jìn)行深度處理本工程出水要求達(dá)到 GB8978 1996 級標(biāo)給水排水準(zhǔn)， 若完全使用生化處理至達(dá)標(biāo)，則投資成本很高，且占地面積很大?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和土地限制，采用生物活性炭濾池進(jìn)行廢水深度處理，利用活性炭的 巨大比表面積，使微生物

20、生長在活性炭表面去除生化工藝中未去除的微量污染物。4討論根據(jù)對聯(lián)邦制藥土霉素生產(chǎn)工藝的分析，土霉素的生產(chǎn)工藝流程主要經(jīng)過發(fā)酵、 酸化過濾、脫色結(jié)晶、離心干燥四個階段。其提取工藝為用草酸 （或磷酸）做酸化劑調(diào)節(jié)pH值，是通用黃血鹽-硫酸鋅作凈化劑協(xié) 同去除蛋白質(zhì)等高分子雜質(zhì)，然后用 122-2樹脂脫色進(jìn)一步凈化土霉素濾液，最后調(diào) pH至4.8左右結(jié)晶得到 土霉素堿產(chǎn)品。并了解了主要生產(chǎn)設(shè)備，并搜集了大量生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)。參考文獻(xiàn)1 李匯.常用抗生素及其應(yīng)用M.北京：高等教育岀版社，2007, 6（2）: 12-88.2 吳思方.發(fā)酵工廠工藝設(shè)計概論 M.北京：高等教育岀版社,2006, 7: 1-8.劉永站.給水排水監(jiān)督與研究 J.中國工業(yè)經(jīng)濟(jì)，2007, 5（4）: 22-23.5771001803090012095 5790368228596330825771001803090012386 5761373997357606965771001803090013