應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法
2023-05-20 06:59:31 1
專利名稱：應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法
技術領域：
本發明屬於分離工程技術領域，涉及一種應用膜直接從發酵液分離提取濃縮大環內酯型抗生素的方法，特別與紅黴素等通過發酵生產的大環內酯類抗生素相關。
背景技術：
自五十年代發現紅黴素以來，數十年的發展，紅黴素的生產己走上規模化的道路。國內普遍採用的溶媒萃取法和樹脂吸附法的收率均不高。國內平均收率在70-80％之間。
目前的提取工藝，都有較大的局限性，其中1、溶媒提取時存在如下問題濾液含有大量可溶性蛋白，萃取過程易發生乳化現象，溶媒單耗增加，設備投資大，運行保養費用要求高，運行成本高；2、大孔樹脂吸附與離子交換時存在的問題兩者對濾液的質量要求較高。但濾液中含有大量的無機離子影響樹脂吸附與交換；濾液中大分子的可溶性蛋白大量存在，樹脂汙染，吸附效果變差，樹脂使用壽命變短；大孔樹脂用有機溶劑解析，不利於操作與樹脂再生3、上述提取分離工藝，都不可避免要先經歷如下步驟發酵液預處理和預處理料液板框過濾；其中預處理存在如下缺陷a、添加3％-5％的硫酸鋅或5％-7％的鹼式氯化鋁，目的是絮凝沉澱發酵液中的可溶性蛋白，促使菌絲體結團，有利於板框過濾。但同時也因硫酸鋅或氯化鋁水解對發酵液紅黴素造成破壞；b、濾渣因含有大量有毒金屬鋅，無法回收處理，汙染環境；氯化鋁投加量較大，成本較高，濾渣亦難以處理。
板框過濾存在問題a、過壓濾形成濾餅過濾，不能有效去除大分子可溶性蛋白、糖類、多肽等雜質，濾液質量較差，極大影響溶媒萃取收率、乳化重溶媒單耗大，影響樹脂吸附，樹指壽命較短；b、板框過濾對發酵影響較大，遇上發酵液染菌嚴重時，板框過濾就無能為力，染菌發酵液只有排放，造成極大的損失；對輕微染菌的發酵液，預處理原料的投加量(硫酸鋅和甲醛)與正常相比將成倍增加，方可進行板框過濾，收率只有70-80％。
因此傳統的預處理與板框過濾，原料消耗大，生產成本高，過濾精度低，增加後續提取負擔，產品純度不高，該工藝有待改進與創新。
專利文獻《相轉變萃取從發酵液中提取紅黴素方法》，專利申請號99119801.8，提到通過加入惰性物質，致使萃取劑與發酵液分相而直接從未經過過濾的發酵液中提取紅黴素。這一方法有其創新性，但仍有不足之處a、紅黴素發酵液為非牛頓型流體，粘度大，不利萃取劑與發酵液互溶；b、發酵液中存在大量可溶性蛋白，乳化現象沒有從根本上解決；c、發酵液與有機溶劑很難靜置分層，工業化困難；d、加入大量的惰性物質，成本增加，也不利於濾渣處理。
發明內容
本發明的目的在於提供一種應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，使提取操作更方便、容易，成本低，收率和純度高，生產過程清潔、環保。
為達成上述目的，本發明的解決方案是應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，將發酵液經過調鹼後，直接通過超濾膜，去除大分子蛋白質、菌絲體和部分色素，省去預處理步驟，不再添加絮凝劑，取代板框過濾，再將超濾後的發酵液通過納濾膜濃縮，並進一步除雜，得到大環內酯型抗生素濃縮液，濃縮後的發酵液中大環內酵抗生素的含量大大提高，使萃取過程溶媒用量減少，提高效率，提高收率，大大減少萃取時產生的乳化作用。
其中，上述大部分大環內酯型抗生素在超濾除雜時，需要先經過調鹼至8.0～11.0，以保持發酵液中的大環內酯型抗生素處於游離鹼狀態。具體產品調鹼程度如下a、將紅黴素發酵液，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至9.5～10.5；b、將螺旋黴素發酵液，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至9.0～10.0；c、將麥迪黴素發酵液，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至8.5～9.0；d、其它大環內酯類抗生素，包括阿奇黴素、克拉黴素、羅紅黴素，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至8.0～11.0範圍內。
上述採用的超濾膜系統可以是金屬膜系統、無機膜系統、有機膜系統等，超濾膜系統的分子截留量在10000～150000，可以根據不同的大環內酯抗生素分子量和發酵液的濃度、酸鹼等參數的選擇不同類型的膜類型。
上述超濾膜系統的操作壓力為1-15bar，操作溫度為5-55℃(最佳溫度為30-40℃)；經過濾後發酵液體積倍數為進料發酵液體積的1-15倍，加水洗滌的軟化水為發酵液投加體積的1-15倍，加水洗滌所用的水也可以是納濾膜系統的透析液。
上述經過超濾膜系統後的發酵液直接進入納濾膜系統，納濾膜系統的截留分子量為5-500，可以根據不間的大環內酯抗生素分子量和超濾過濾液的濃度、酸鹼等參數的選擇不同類型的膜類型。
上述納濾膜系統的操作壓力為15-40bar，操作溫度為5-55℃(最佳溫度為30-35℃)；經過濾後發酵液體積倍數為進納濾膜系統的發酵液體積的2-15倍，納濾過程收率達到95％以上，特別的可達到98-100％。
上述發酵液微調鹼後直接經過超濾膜系統，超濾膜系統過濾後的濾渣主要為菌絲體、可溶性大分子蛋白、部分色素、殘餘的培養，脫水烘乾後，可以作為動物飼料和發酵原料重新利用，從根本上解決傳統工藝因濾渣含有大量硫酸鋅、氯化鋁，有毒，無法回收的難題。
上述經過納濾膜過濾後的發酵液可視情況增加過濾次數，或進行其他的工藝過程提取；並進行一級或多級萃取或樹酯吸附，經成鹽乾燥後製成成品。
採用上述方法後，本發明的工藝方法主要涉及紅黴素、螺旋黴素、麥迪黴素、阿奇黴素、克拉黴素、羅紅黴素的製備。該新的工藝應用膜分離技術取代大環內酯類抗生素的傳統提取工藝，採用超濾省略了傳統工藝中的預處理步驟，取代了板框過濾，不需要添加大量化學絮凝劑，採用納濾技術進一步對發酵液濃縮除雜，極大的消除了後續萃取過程中的乳化現象，大大提高了收率，提高了成品的純度。整個操作簡便，整個工藝過程基本沒有廢棄物產生，徹底解決了傳統提取工藝的環保難題，實現該類產品的清潔生產。
圖1是本發明的工藝方框圖。
具體實施例參見圖1所示，本發明揭示的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，是將發酵液經過粗濾網過濾，用燒鹼或氨水調鹼後，直接通過超濾膜，去除大分子蛋白質、菌絲體和部分色素，超濾後的發酵液通過納濾膜濃縮，並進一步除雜，得到大環內酯型抗生素濃縮液，濃縮後的發酵液中大環內酵抗生素的含量大大提高，濃縮液再經溶媒萃取，此時乳化顯現將大大減低，經製成鹽等工序，乾燥後即得成品大環內酯型抗生素。
其中，超濾步驟的濾渣(含蛋白質、菌絲體等)經離心脫水、乾燥即得飼料，而納濾步驟的透析水可作為超濾的洗滌水。
此工藝方法可廣泛用於製備紅黴素、螺旋黴素、麥迪黴素、阿奇黴素、克拉黴素、羅紅黴素等。針對不同抗生素的工藝方法，主要是調鹼步驟的PH值控制不同，根據不同分子量的抗生素是採用相對應截留分子量的超濾膜或納濾膜，根據不同類型抗生素選擇萃取溶媒，而其它步驟基本相同。本文以下面兩個實施例進行詳細說明。
實施例一取紅黴素(分子量720左右)發酵液500L，BW＝35％，調節PH＝8-8.5，加入超濾設備料罐，超濾膜為有機膜，系統的分子截留量為100000，冷凝管中通入冷卻水，檢查各閥門、開關是否處於正常狀態；啟動超濾設備，調節膜進出口壓力，維持跨膜壓力在3-4bar，利用超濾膜對不同分子量物質截留率的不同，使菌絲體、大分子蛋白等完全被截留在濾渣內，而紅黴素等小分子物質透過膜得以分離純化。當料桶的濾渣量為50L時，往料桶中加入軟化水(也可以加納濾膜過濾系統產生的透析水)進行洗滌。加水洗滌的水量為1000L；將加水前透析液與加水洗滌透析液一併收集；操作結束後，收集到濾液體積為1500L，收率達99％。
取超濾液200L，進入二級膜分離系統。進一步濃縮，除雜。二級濃縮系統採用卷式納濾設備，納濾膜系統的分子截留量為200，啟動納濾設備，調節膜進出口壓力，維持跨膜壓力在20-22bar，利用納濾膜溶解擴散原理，使水分子、單價離子在壓力的驅動下，擴散透過，而紅黴素、色素等大分子被膜截留，實現紅黴素濃縮。此時，濃縮液體積為50L，納濾透析水為149L，不含紅黴素單位，收率達99％以上。
將濃縮液進行後續萃取，無乳化現象。成鹽轉化後，製得成品。
實施例二中試實驗，取麥迪黴素(分子量820左右)發酵液1000L，BW＝38％，調節PH＝8-8.5，加入超濾設備料罐，超濾膜為有機膜，系統的分子截留量為100000，冷凝管中通入冷卻水，檢查各閥門、開關是否處於正常狀態；啟動超濾設備，調節膜進出口壓力，維持跨膜壓力在3-5bar，利用超濾膜對不同分子量物質截留率的不同，使菌絲體、大分子蛋白等完全被截留在濾渣內，而麥迪黴素等小分子物質透過膜得以分離純化。當料桶的濾渣量為100L時，往料桶中加入軟化水(也可以加納濾膜過濾系統產生的透析水)進行洗滌。加水洗滌的水量為3000L；將加水前透析液與加水洗滌透析液一併收集；操作結束後，收集到濾液體積為3500L，收率達99％。
取超濾液500L，進入二級膜分離系統。進一步濃縮，除雜。二級濃縮系統採用卷式納濾設備，納濾膜系統的分子截留量為200，啟動納濾設備，調節膜進出口壓力，維持跨膜壓力在18-20bar，利用納濾膜溶解擴散原理，使水分子、單價離子在壓力的驅動下，擴散透過，而麥迪黴素、色素等大分子被膜截留，實現麥迪黴素濃縮。此時，濃縮液體積為150L，納濾透析水為350L，不含麥迪黴素單位，收率達99％以上。
將濃縮液進行後續萃取，無乳化現象。成鹽轉化後，製得成品。
權利要求
1.應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於將發酵液經過調鹼後，直接通過超濾膜，去除大分子蛋白質、菌絲體和部分色素，再將超濾後的發酵液通過納濾膜濃縮，並進一步除雜，得到大環內酯型抗生素濃縮液。
2.如權利要求1所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於大部分大環內酯型抗生素在超濾除雜時，需要先經過調鹼至8.0～11.0，以保持發酵液中的大環內酯型抗生素處於游離鹼狀態。
3.如權利要求2所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於將紅黴素發酵液，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至9.5～10.5。
4.如權利要求2所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於將螺旋黴素發酵液，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至9.0～10.0。
5.如權利要求2所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於將麥迪黴素發酵液，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至8.5～9.0。
6.如權利要求2所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於其它大環內酯類抗生素，包括阿奇黴素、克拉黴素、羅紅黴素，加氫氧化鈉或其它鹼，發酵液調鹼至8.0～11.0範圍內。
7.如權利要求1所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於採用的超濾膜系統可以是金屬膜系統、無機膜系統、有機膜系統等，超濾膜系統的分子截留量在10000～150000，可以根據不同的大環內酯抗生素分子量和發酵液的濃度、酸鹼等參數的選擇不同類型的膜類型。
8.如權利要求1所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於超濾膜系統的操作壓力為1-15bar，操作溫度為5-55℃，最佳溫度為30-40℃；經過濾後發酵液體積倍數為進料發酵液體積的1-15倍，加水洗滌倍數為發酵液投加體積的1-15倍，加水洗滌所用的水可以是納濾膜系統的透析液。
9.如權利要求1所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於經過超濾膜系統後的發酵液直接進入納濾膜系統，納濾膜系統的截留分子量為5-500，可以根據不間的大環內酯抗生素分子量和超濾過濾液的濃度、酸鹼等參數的選擇不同類型的膜類型。
10.如權利要求1所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於納濾膜系統的操作壓力為15-40bar，操作溫度為5-55℃，最佳溫度為30-35℃；經過濾後發酵液體積倍數為進納濾膜系統的發酵液體積的2-15倍，納濾過程收率達到95％以上，特別的可達到98-100％。
11.如權利要求1所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於發酵液微調鹼後直接經過超濾膜系統，超濾膜系統過濾後的濾渣主要為菌絲體、可溶性大分子蛋白、部分色素、殘餘的培養，脫水烘乾後，可以作為動物飼料和發酵原料重新利用。
12.如權利要求1所述的應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，其特徵在於經過納濾膜過濾後的發酵液可視情況增加過濾次數，或進行其他的工藝過程提取；並進行一級或多級萃取或樹酯吸附，經成鹽乾燥後製成成品。
全文摘要
本發明涉及一種應用膜提取發酵類大環內酯型抗生素的方法，主要涉及紅黴素、螺旋黴素、麥迪黴素、阿奇黴素、克拉黴素、羅紅黴素的製備。該新工藝將發酵液經過調鹼後，直接通過超濾膜，去除大分子蛋白質、菌絲體和部分色素，再將超濾後的發酵液通過納濾膜濃縮，並進一步除雜，得到大環內酯型抗生素濃縮液。新工藝採用超濾省略了傳統工藝中的預處理步驟，取代了板框過濾，不需要添加大量化學絮凝劑；採用納濾技術進一步對發酵液濃縮除雜，極大的消除了後續萃取過程中的乳化現象，大大提高了收率，提高了成品的純度。本發明操作簡便，整個工藝過程基本沒有廢棄物產生，徹底解決了傳統提取工藝的環保難題，實現該類產品的清潔生產。
文檔編號C12P19/00GK1554773SQ20031011764
公開日2004年12月15日 申請日期2003年12月26日 優先權日2003年12月26日
發明者方富林, 陳小強 申請人:三達膜科技(廈門)有限公司