红霉素生产工艺

红霉素生产工艺设计1.研究背景红霉素是由红霉素链霉菌所产生的大环内酯系的代表性的抗菌素。可以抑制细菌蛋白质的合成，系抑菌剂，其中主要对革兰氏阳性菌，立克次氏体等具有抗菌活性，是治疗耐药性金黄色葡萄球菌感染和溶血性链球菌感染所引起疾病的首选药物。红霉素为大环内酯类抗生素，是1952年从红色糖多孢菌(Saccharopolysporaerythaea)的培养液中分离出来的一种碱性抗生素。后来从发酵液中分离出来红霉素A、B、C、D、E等组分。其中以红霉素A为主要组分，抗菌活性强、且毒副作用较小；其它组分抗菌活性弱，而毒副作用又较A大。通常所称的红霉素即指红霉素A及其盐类。白色或类白色的结晶性粉末，微有吸湿性，味苦，易溶于醇类、丙酮、氯仿、酯类，微溶于乙醚。红霉素在水中极微溶解，红霉素碱能和有机酸或无机酸类结合成盐，其部分盐类易溶于水。此外能和酸酐结合成酯。其临床应用领域的扩大和以阿奇霉素，罗红霉素，克拉霉素等为代表的新兴半合成红霉素的出现，快速拉动了红霉素原料药的生产需求。抗菌谱广，用药方式简便，不良反应小，随着红霉素衍生物的生物药物的不断涌现，人们对红霉素的认识提升到了新的层面，如何提高红霉素发酵单位成为进来研究开发的热点。本设计为年产量5000吨红霉素的工艺设计，其生产方法是发酵法，参照大量红霉素生产工艺和化工设计的有关资料。本设计分别对红霉素的理化性质、特性、作用及用途、发展阶段、发酵现状等作了相应的阐述，并对有关的物料和能量也作了相应的衡算，以及对标准设备的选型和计算，还对工艺指标和环境保护等都作了详细的阐述。其中对生产中的补料问题做出了解决，采用了国内先进技术——自动补料系统。本设计以理论设计为依据，以实际生产为参考，力求接近实际，切合实际。2.研究主要内容（1）红霉素作用机理（2）红霉素理化性质（3）红霉素工艺流程（4）工艺流程数据的认定（5）污染的控制在生产开始采用三级发酵，以此使菌种在放大过程中保持其稳定高产的性能，同时满足发酵生产的需要。经过三级发酵后的种子发酵液进入发酵罐，经过一个发酵周期后放罐，进入预处理罐，期间进行发酵液的碱化处理，以便后续工作。与处理后的发酵液通过板框压滤机进行除杂，同时清洗板框后的清洗液返回预处理罐。接下来进行溶媒萃取，萃取液经碟片分离机后将萃取相与萃余相分离，萃余相直接通过真空抽滤回收萃取液，萃取相则进入成盐工序，成盐采用加入硫氰酸钠，再加入冰醋酸是硫氰酸红霉素结晶，通过高速离心得到晶体，再通过淋洗，干燥获得成品。3.研究方案及方法3.1研究方案自红霉素作为一种广谱抗生素药物进入临床以来，以提高其产生菌种发酵单位为目的的遗传育种工作一直未曾停止。红霉素提取中常用到的工艺是板框过滤加溶媒萃取的老工艺，此工艺一般收率在75~80％之间，但由于生产中需要消耗大量的硫酸锌和溶媒，菌渣处理困难，造成提取成本昂贵，污染较大，企业生产成本居高不下，竞争力日益下降。采用微生物发酵是获取药用抗生素原料的主要途径，而我国作为世界上原料抗生素的主要生产大国，发酵单位偏低、产品质量偏低、缺乏自主知识产权的新型抗生素药物等一系列原因却严重制约了这一产业的发展。3.2研究方法3.2.1出发菌株红色糖多孢菌(Saccharopolysporaerythraea)：实验室分离纯化得到。3.2.2培养基改进高氏培养基：可溶性淀粉2％，NaCl0.05％，硝酸钾0.1％，磷酸二氢钾0.05％，硫酸镁0.05％，硫酸亚铁0.001％，重铬酸钾(70～80ug/ml),青霉素(2.5～3g／ml)，琼脂1.5～2.5％,pH7.4—7.6(NaOH调)。发酵培养基：黄豆饼粉3.0％,淀粉4.0％,糊精3.O％,硫酸铵0.2％,碳酸钙0.6％,葡萄糖1.0％,磷酸二氢钾0.04％,pH6.8(NaOH调)。改进斜面培养基：可溶性淀粉1％,硫酸铵0.3％,玉米浆1.2％,NaC10.3％，碳酸钙0.3％,琼脂1.5～2.5％,重铬酸钾(70-80ug/ml)，青霉素(25-3ug/ml)，pH7.5(NaOH调)。种子培养基：淀粉3.0％,黄豆饼粉2.5％,蛋白胨0.5％,糊精3.0％,葡萄糖1．0％,NaC10.4％,硫酸铵0.75％,碳酸钙0.6％,硫酸镁0.025％,磷酸二氢钾0.02％,pH7.5(NaOH调)。3.2.3诱变方法1)超声波诱变法分别取10mL出发菌株08L的菌悬液于33支25mL的试管中，放入超声波清洗器中，水淹没至试管2／3左右，进行超声波处理，超声波功率分别为200w、300w、400W，诱变时间分别为0min、3rain、6min、9min12min、15min18rain、21min124min27min30min。2)氯化锂诱变法方法1：菌种在培养过程中诱变，分别取改进高氏培养基90mL于7个250mL的锥形瓶中，再分别加入10mL浓度为3.0％、6.0％、9.0％、12.0％、15.0％、18.0％、21.0％的氯化锂溶液，灭菌后制成平板。3）超声波一氯化锂复合诱变复合诱变采用四因素三水平正交表法，取10支25mL的试管各加入9mL菌悬液，然后按正交表加入灭菌的氯化锂溶液或无菌水，在振荡培养箱中振荡3—4h后再进行超声波处理，最后涂布在相应的平板上。3.2.4培养条件平板：33℃培养7d。斜面：33℃培养7d。种子摇瓶：33℃培养2d，摇瓶转速220r／min。发酵摇瓶：31℃培养2d，33℃培养3d，摇瓶转速都为220r／min。再把在实验室经过优化培养的红霉素培养基大规模培养，用在工厂设计中，这样就可以达到提高红霉素发酵单位，降低红霉素生产成本，增强我厂红霉素的国际市场竞争能力。3.3工艺流程在满足工艺流程原则的基础上，采用的工艺流程如下：图1工艺流程图发酵液→储罐→调pH→粗滤→超滤→脱色→溶媒萃取→调pH→干燥→包装储存发酵液，添加甲醛溶液来维持发酵液的稳定性。通过添加氢氧化钠溶液可将pH值调至7.5，冷却发酵液，再进行粗滤。滤液用去离子水稀释并储存于罐中，再将储存的发酵液进行超滤，然后经吸附柱脱色。脱色液经溶媒萃取浓缩，再将浓缩液调至碱性条件下即可获得红霉素。提取时采用膜过滤技术。3.4过程安排工艺设计；物料衡算、能量衡算、设备选型及尺寸计算、设备结构的工艺设计（各式发酵罐的参数）、三废处理、工厂选址等。4.时间安排2019年02月——2019年03月查阅毕业设计相关文献2019年03月——2019年04月完成工艺设计流程2019年03月——2019年04月进行数据的衡算以及设备参数的计算2019年04月——2019年05月完成设备的计算机二维、三维CAD制图2020年05月——2019年06月整理、补充流程中的数据，完善问题、准备答辩5.预期结果本设计是为年产5000吨红霉素提取锻的工艺设计。以理论计算为依据，以实际工厂设计为参考，力求接近并切合实际。其主要包括生产工艺的各种指标、设备选形设计计算、物料衡算、三废处理以及工艺流程图的设计。整个设计过程在保证达到设计要求和实际需要的前提下力求环保节能，从而能够获得更好的收益，降低对环境的影响，减少对环境的压力。符合设计的基本要求，获得更高效价的菌株，初步提高了红霉素及其半成品药物的产量。预计成功设计出年产红霉素5000吨的工厂，并将在后期推广应用。6.参考文献张金国,王敏,高宏军,等.红霉素高产菌株的选育[J].中国抗生素杂志,2003,28(3):181-182.BoomT.Recentdevelopmentsinthemoleculargeneticsoftheerythromycin-producingorganismSaccharopolysporaerythraea.AdvancesinAppliedMicrobiology,2000,47:79-111华承伟,于江傲,谢凤珍.红色链霉菌发酵产红霉素培养基的响应面优化[J].中国生物制品学杂志,2011,24(6):728-731.朱晟,朱家文,陈葵,等.阶跃洗脱吸附层析法分离纯化红霉素A[J].中国抗生素杂志,2011,36(8):593-598.张筱玉,俞学琴,胡树藩,等.红霉素链霉菌抗噬菌体菌株的选育[J].微生物学报,1974(1):85-92.Vogel,HC;Tadaro,CL.FermentationandBiochemicalEngineeringHandbook-Principles,ProcessDesign,andEquipment(2ndEdition),WilliamAndrewPublishing/Noyes,1997[7]邬行严.熊宗贵.胡章助．抗生素生产工艺学[M]．北京：化学工业出版社，1982，355-357．[8]郑忠辉．大环内酯类抗生素(Cethromycin)与氨基酸甲酸酯型大环内酯（酮内酯）新化合物的合成．抗菌活性测定，构效关系及11，12-环