紅霉素生產(chǎn)工藝

紅霉素生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)1.研究背景紅霉素是由紅霉素鏈霉菌所產(chǎn)生的大環(huán)內(nèi)酯系的代表性的抗菌素?？梢砸种萍?xì)菌蛋白質(zhì)的合成，系抑菌劑，其中主要對革蘭氏陽性菌，立克次氏體等具有抗菌活性，是治療耐藥性金黃色葡萄球菌感染和溶血性鏈球菌感染所引起疾病的首選藥物。紅霉素為大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，是1952年從紅色糖多孢菌(Saccharopolysporaerythaea)的培養(yǎng)液中分離出來的一種堿性抗生素。后來從發(fā)酵液中分離出來紅霉素A、B、C、D、E等組分。其中以紅霉素A為主要組分，抗菌活性強(qiáng)、且毒副作用較小；其它組分抗菌活性弱，而毒副作用又較A大。通常所稱的紅霉素即指紅霉素A及其鹽類。白色或類白色的結(jié)晶性粉末，微有吸濕性，味苦，易溶于醇類、丙酮、氯仿、酯類，微溶于乙醚。紅霉素在水中極微溶解，紅霉素堿能和有機(jī)酸或無機(jī)酸類結(jié)合成鹽，其部分鹽類易溶于水。此外能和酸酐結(jié)合成酯。其臨床應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大和以阿奇霉素，羅紅霉素，克拉霉素等為代表的新興半合成紅霉素的出現(xiàn)，快速拉動(dòng)了紅霉素原料藥的生產(chǎn)需求?？咕V廣，用藥方式簡便，不良反應(yīng)小，隨著紅霉素衍生物的生物藥物的不斷涌現(xiàn)，人們對紅霉素的認(rèn)識提升到了新的層面，如何提高紅霉素發(fā)酵單位成為進(jìn)來研究開發(fā)的熱點(diǎn)。本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)量5000噸紅霉素的工藝設(shè)計(jì)，其生產(chǎn)方法是發(fā)酵法，參照大量紅霉素生產(chǎn)工藝和化工設(shè)計(jì)的有關(guān)資料。本設(shè)計(jì)分別對紅霉素的理化性質(zhì)、特性、作用及用途、發(fā)展階段、發(fā)酵現(xiàn)狀等作了相應(yīng)的闡述，并對有關(guān)的物料和能量也作了相應(yīng)的衡算，以及對標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的選型和計(jì)算，還對工藝指標(biāo)和環(huán)境保護(hù)等都作了詳細(xì)的闡述。其中對生產(chǎn)中的補(bǔ)料問題做出了解決，采用了國內(nèi)先進(jìn)技術(shù)——自動(dòng)補(bǔ)料系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)以理論設(shè)計(jì)為依據(jù)，以實(shí)際生產(chǎn)為參考，力求接近實(shí)際，切合實(shí)際。2.研究主要內(nèi)容（1）紅霉素作用機(jī)理（2）紅霉素理化性質(zhì)（3）紅霉素工藝流程（4）工藝流程數(shù)據(jù)的認(rèn)定（5）污染的控制在生產(chǎn)開始采用三級發(fā)酵，以此使菌種在放大過程中保持其穩(wěn)定高產(chǎn)的性能，同時(shí)滿足發(fā)酵生產(chǎn)的需要。經(jīng)過三級發(fā)酵后的種子發(fā)酵液進(jìn)入發(fā)酵罐，經(jīng)過一個(gè)發(fā)酵周期后放罐，進(jìn)入預(yù)處理罐，期間進(jìn)行發(fā)酵液的堿化處理，以便后續(xù)工作。與處理后的發(fā)酵液通過板框壓濾機(jī)進(jìn)行除雜，同時(shí)清洗板框后的清洗液返回預(yù)處理罐。接下來進(jìn)行溶媒萃取，萃取液經(jīng)碟片分離機(jī)后將萃取相與萃余相分離，萃余相直接通過真空抽濾回收萃取液，萃取相則進(jìn)入成鹽工序，成鹽采用加入硫氰酸鈉，再加入冰醋酸是硫氰酸紅霉素結(jié)晶，通過高速離心得到晶體，再通過淋洗，干燥獲得成品。3.研究方案及方法3.1研究方案自紅霉素作為一種廣譜抗生素藥物進(jìn)入臨床以來，以提高其產(chǎn)生菌種發(fā)酵單位為目的的遺傳育種工作一直未曾停止。紅霉素提取中常用到的工藝是板框過濾加溶媒萃取的老工藝，此工藝一般收率在75~80％之間，但由于生產(chǎn)中需要消耗大量的硫酸鋅和溶媒，菌渣處理困難，造成提取成本昂貴，污染較大，企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，競爭力日益下降。采用微生物發(fā)酵是獲取藥用抗生素原料的主要途徑，而我國作為世界上原料抗生素的主要生產(chǎn)大國，發(fā)酵單位偏低、產(chǎn)品質(zhì)量偏低、缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)的新型抗生素藥物等一系列原因卻嚴(yán)重制約了這一產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。3.2研究方法3.2.1出發(fā)菌株紅色糖多孢菌(Saccharopolysporaerythraea)：實(shí)驗(yàn)室分離純化得到。3.2.2培養(yǎng)基改進(jìn)高氏培養(yǎng)基：可溶性淀粉2％，NaCl0.05％，硝酸鉀0.1％，磷酸二氫鉀0.05％，硫酸鎂0.05％，硫酸亞鐵0.001％，重鉻酸鉀(70～80ug/ml),青霉素(2.5～3g／ml)，瓊脂1.5～2.5％,pH7.4—7.6(NaOH調(diào))。發(fā)酵培養(yǎng)基：黃豆餅粉3.0％,淀粉4.0％,糊精3.O％,硫酸銨0.2％,碳酸鈣0.6％,葡萄糖1.0％,磷酸二氫鉀0.04％,pH6.8(NaOH調(diào))。改進(jìn)斜面培養(yǎng)基：可溶性淀粉1％,硫酸銨0.3％,玉米漿1.2％,NaC10.3％，碳酸鈣0.3％,瓊脂1.5～2.5％,重鉻酸鉀(70-80ug/ml)，青霉素(25-3ug/ml)，pH7.5(NaOH調(diào))。種子培養(yǎng)基：淀粉3.0％,黃豆餅粉2.5％,蛋白胨0.5％,糊精3.0％,葡萄糖1．0％,NaC10.4％,硫酸銨0.75％,碳酸鈣0.6％,硫酸鎂0.025％,磷酸二氫鉀0.02％,pH7.5(NaOH調(diào))。3.2.3誘變方法1)超聲波誘變法分別取10mL出發(fā)菌株08L的菌懸液于33支25mL的試管中，放入超聲波清洗器中，水淹沒至試管2／3左右，進(jìn)行超聲波處理，超聲波功率分別為200w、300w、400W，誘變時(shí)間分別為0min、3rain、6min、9min12min、15min18rain、21min124min27min30min。2)氯化鋰誘變法方法1：菌種在培養(yǎng)過程中誘變，分別取改進(jìn)高氏培養(yǎng)基90mL于7個(gè)250mL的錐形瓶中，再分別加入10mL濃度為3.0％、6.0％、9.0％、12.0％、15.0％、18.0％、21.0％的氯化鋰溶液，滅菌后制成平板。3）超聲波一氯化鋰復(fù)合誘變復(fù)合誘變采用四因素三水平正交表法，取10支25mL的試管各加入9mL菌懸液，然后按正交表加入滅菌的氯化鋰溶液或無菌水，在振蕩培養(yǎng)箱中振蕩3—4h后再進(jìn)行超聲波處理，最后涂布在相應(yīng)的平板上。3.2.4培養(yǎng)條件平板：33℃培養(yǎng)7d。斜面：33℃培養(yǎng)7d。種子搖瓶：33℃培養(yǎng)2d，搖瓶轉(zhuǎn)速220r／min。發(fā)酵搖瓶：31℃培養(yǎng)2d，33℃培養(yǎng)3d，搖瓶轉(zhuǎn)速都為220r／min。再把在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過優(yōu)化培養(yǎng)的紅霉素培養(yǎng)基大規(guī)模培養(yǎng)，用在工廠設(shè)計(jì)中，這樣就可以達(dá)到提高紅霉素發(fā)酵單位，降低紅霉素生產(chǎn)成本，增強(qiáng)我廠紅霉素的國際市場競爭能力。3.3工藝流程在滿足工藝流程原則的基礎(chǔ)上，采用的工藝流程如下：圖1工藝流程圖發(fā)酵液→儲罐→調(diào)pH→粗濾→超濾→脫色→溶媒萃取→調(diào)pH→干燥→包裝儲存發(fā)酵液，添加甲醛溶液來維持發(fā)酵液的穩(wěn)定性。通過添加氫氧化鈉溶液可將pH值調(diào)至7.5，冷卻發(fā)酵液，再進(jìn)行粗濾。濾液用去離子水稀釋并儲存于罐中，再將儲存的發(fā)酵液進(jìn)行超濾，然后經(jīng)吸附柱脫色。脫色液經(jīng)溶媒萃取濃縮，再將濃縮液調(diào)至堿性條件下即可獲得紅霉素。提取時(shí)采用膜過濾技術(shù)。3.4過程安排工藝設(shè)計(jì)；物料衡算、能量衡算、設(shè)備選型及尺寸計(jì)算、設(shè)備結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計(jì)（各式發(fā)酵罐的參數(shù)）、三廢處理、工廠選址等。4.時(shí)間安排2019年02月——2019年03月查閱畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)2019年03月——2019年04月完成工藝設(shè)計(jì)流程2019年03月——2019年04月進(jìn)行數(shù)據(jù)的衡算以及設(shè)備參數(shù)的計(jì)算2019年04月——2019年05月完成設(shè)備的計(jì)算機(jī)二維、三維CAD制圖2020年05月——2019年06月整理、補(bǔ)充流程中的數(shù)據(jù)，完善問題、準(zhǔn)備答辯5.預(yù)期結(jié)果本設(shè)計(jì)是為年產(chǎn)5000噸紅霉素提取鍛的工藝設(shè)計(jì)。以理論計(jì)算為依據(jù)，以實(shí)際工廠設(shè)計(jì)為參考，力求接近并切合實(shí)際。其主要包括生產(chǎn)工藝的各種指標(biāo)、設(shè)備選形設(shè)計(jì)計(jì)算、物料衡算、三廢處理以及工藝流程圖的設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)過程在保證達(dá)到設(shè)計(jì)要求和實(shí)際需要的前提下力求環(huán)保節(jié)能，從而能夠獲得更好的收益，降低對環(huán)境的影響，減少對環(huán)境的壓力。符合設(shè)計(jì)的基本要求，獲得更高效價(jià)的菌株，初步提高了紅霉素及其半成品藥物的產(chǎn)量。預(yù)計(jì)成功設(shè)計(jì)出年產(chǎn)紅霉素5000噸的工廠，并將在后期推廣應(yīng)用。6.參考文獻(xiàn)張金國,王敏,高宏軍,等.紅霉素高產(chǎn)菌株的選育[J].中國抗生素雜志,2003,28(3):181-182.BoomT.Recentdevelopmentsinthemoleculargeneticsoftheerythromycin-producingorganismSaccharopolysporaerythraea.AdvancesinAppliedMicrobiology,2000,47:79-111華承偉,于江傲,謝鳳珍.紅色鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)紅霉素培養(yǎng)基的響應(yīng)面優(yōu)化[J].中國生物制品學(xué)雜志,2011,24(6):728-731.朱晟,朱家文,陳葵,等.階躍洗脫吸附層析法分離純化紅霉素A[J].中國抗生素雜志,2011,36(8):593-598.張?bào)阌?俞學(xué)琴,胡樹藩,等.紅霉素鏈霉菌抗噬菌體菌株的選育[J].微生物學(xué)報(bào),1974(1):85-92.Vogel,HC;Tadaro,CL.FermentationandBiochemicalEngineeringHandbook-Principles,ProcessDesign,andEquipment(2ndEdition),WilliamAndrewPublishing/Noyes,1997[7]鄔行嚴(yán).熊宗貴.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