500ta土霉素工艺设计毕业论文VIP

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页摘 要土霉素又称为地霉素或氧四环素，英文名称（Terramycin Oxytetracycline)属于抗菌素的一种，对多种球菌和杆菌有抗菌作用，对立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用来治疗上呼吸道感染胃肠道感染斑疹伤寒等，现今主要用于畜禽药及饲料添加剂。土霉素对多数革兰氏阳性菌(如肺炎球菌，溶血性链球菌，草绿色链球菌以及部分葡萄糖球菌，炭疽杆菌)和革兰氏阴性菌(如大肠杆菌，产气杆菌，破伤风，肺炎杆菌，流感杆菌，百日咳杆菌等)均有抗菌作用。临床上主要用于肺炎、败血症、斑疹、伤寒、淋巴肉芽肿、沙眼及其他细菌性感染等。对伤寒有效，也可用于阿米巴痢疾和阴道滴虫病患者。此外还能抑制立克次体和沙眼病毒及淋巴肉芽肿病毒 。土霉素是一种四环类广谱抗生素，有一定副作用。目前，中国已成为世界上最大的土霉素生产国，占 70%。目前我国畜用土霉素需求量很大。本次设计为生产规模 500 吨/年的土霉素车间。土霉素是微生物发酵产物，目前国内土霉素提取工艺为用草酸(或磷酸)做酸化剂调节 pH 值,利用黄血盐-硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质,然后用 122#树脂脱色进一步净化土霉素滤液,最后调 pH 至 4.8 左右结晶得到土霉素碱产品。本次设计也按照这个工艺流程，分为三级发酵、酸化、过滤、脱色、结晶、干燥等。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 2 页西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页引 言土霉素属四环素类抗生素，为广谱抑菌剂，许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对本品敏感。肠球菌属对其耐药。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等对本品亦较敏感。多年来由于土霉素和四环素类的广泛应用,临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，包括葡萄球菌等革兰阳性菌及多数革兰阴性杆菌。本品与四环素类抗生素的不同品种之间存在交叉耐药。本品作用机制为药物能特异性与细菌核糖体 30S 亚基的 A 位置结合，抑制肽链的增长和影响细菌蛋白质的合成。土霉素原料药在市场竞争中的最大优势是价格低廉，因此，多年来它大量用于畜禽药及饲料添加剂。在众多抗生素品种中，价格最低的土霉素今后将会在我国被广泛运用，现如今主要生产企业主要是赤峰制药、石家庄华署制药、山西星火制药等，产量约占世界的 25%，随着产量不断下降，土霉素出口价格也随之降低。在国内市场，土霉素除了作为上产强力霉素的原料外，主要用于禽兽药物以及饲料添加剂、临床用药微乎其微。在发达国家，土霉素基本不再使用，发达国家畜牧业中用的也是纯度高无菌土霉素。我国生产的土霉素大多为抵挡产品，因此对土霉素工艺的研究与创新凸显重要。本设计为年产 500t/a 土霉素生产车间提炼工段工艺设计。通过查阅资料，大量的计算，设计出一条满足市场需求，满足客户需求，经济适用的工艺路线。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 4 页第一章 绪 论1.1 土霉素产品简介土 霉 素 Terramycin (Oxytetracycline)是 四 环 类 抗 生 素 ， 其 在 结 构 上 含 有四 并 苯 的 基 本 母 核 ， 随 环 上 取 代 基 的 不 同 或 位 置 的 不 同 而 构 成 不 同 种 类 的 四 环 素类 抗 生 素 。 化 学 名 ： 6-甲基-4-（二甲氨基）-3,5,6,10,12,12a-六羟基-1,11 二氧代-1,4,4a,5,5a,6，11,12a-八氢-2-并四苯甲酰胺。OHHC3OOHOHN(C3)2CN2土霉素分子式1.1.1 性状与理化性质性状：灰黄色结晶状或无定形粉末,无臭，熔点：181182。在空气中性质稳定，在日光下颜色变暗，微溶于乙醇，易溶于盐酸。在水中极微溶解，在稀酸和稀碱中溶解。 饱和状态下溶液 pH 为 6.6。在碱性溶液中易破坏失效。理化性质：土霉素又名氧四环素或地霉素，为灰白色至黄色的结晶粉末，无臭,味苦熔点是 180。土霉素盐酸盐为黄色结晶，味苦，熔点 190194，有吸湿性,但水分和光线不影响其效价，在室温下长期保存不变质，不失效。盐酸盐易溶于水,溶于甲醇，微溶于无水乙醇，不溶于三氯甲烷和乙醚，在酸性条件下不稳定。添加到饲料中，在室温下保存四个月，效价下降 4%9%，制粒时效价下降 5%7%。1.1.2 基本用途土霉素属四环素类抗生素，广谱抑菌剂。许多立克次体属、支原体属、衣原体属、螺旋体对其敏感。其他如放线菌属、炭疽杆菌、单核细胞增多性李斯特菌、梭状芽孢杆菌、奴卡菌属、弧菌、布鲁菌属、弯曲杆菌、耶尔森菌等亦较敏感。临床上用于治疗上呼吸道感染胃肠道感染斑疹伤寒恙虫病等。现今主要用于畜禽药及饲料添加剂。土霉素对多数革兰氏阳性菌(如肺炎球菌，溶血性链球菌，草绿色链球菌以及部分葡萄糖球菌，炭疽杆菌)和革兰氏阴性菌(如大肠杆菌，产气杆菌，破伤风，肺炎杆菌，流感杆菌，百日咳杆菌等)均有抗菌作用。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页常见副作用有：肝脏、肾脏毒性，中枢神经系统毒性，斑丘疹和红斑等过敏反应，长期使用可致牙齿产生不同程度的变色黄染、牙釉质发育不良及龋齿（俗称四环素牙） ，B 族维生素缺乏等。由于土霉素的广泛应用，临床常见病原菌对土霉素素耐药现象严重，并且由于其副作用严重，现在临床上多用于兽用药。1.2 菌种概况生产土霉素的微生物主要是一些链霉菌如龟裂链霉菌、华沙链霉菌、生白链霉菌、褐黄链霉菌、圈环链霉菌、卡普链霉菌 、有用链霉菌。但工业上大量广泛使用的是龟裂链霉菌。龟裂霉菌菌种一般用砂土保存法或冷冻于燥保存法保存。 龟裂链丝菌属于放线菌中的链霉菌属，它们具有发育良好的菌丝体，菌丝体分支，无隔膜，直径约 0.41.0 米，长短不一，多核。菌丝体有营养菌丝、气生菌丝和孢子丝之分，孢子丝再形成分生孢子。而龟裂链丝菌的菌落平坦、光滑、边缘不整齐，灰白色，后期生褶皱，成龟裂状。菌丝呈树枝分支状，介于白色与灰褐色之间，孢子灰白色，螺旋缠绕而成的柱形。土霉素是典型的次级代谢产物，其发酵的特点之一就是分批过程分为菌体的生长期、产物期和菌体期三个阶段。龟裂链丝菌的生长和土霉素的生物合成受到许多发酵条件的影响：温度、发酵 PH 值、溶氧、接种量、泡沫等。同时还受到一些代谢调控机制的控制，磷酸盐的的调节作用、ATP 的调节和产生菌生长速率的调节等。1.2.1 菌种满足的条件1、菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短；2、生理形状稳定；3、菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求；4、无杂菌污染； 5、保持稳定的生产能力。1.2.2 菌种的选择一般土霉素所使用的菌种是从土壤中分离的龟裂霉菌,龟裂霉菌菌种一般用砂土保存法或冷冻于燥保存法保存。龟裂霉菌一般生产前都需要经多次移植,往往会发生变异而退化，故必须经常进行菌种选育工作，以人工的方法加以纯化和育种来提高其生产能力和产品质量。此外，还必须重视龟裂霉菌保存工作，一般以低温法保存，使用时用白金环挑取少许，即可涂布在固体培养基上面进行培养，十分方便。移植菌种时，要采用严格的无菌西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 6 页操作，以防杂菌污染。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页第二章 工艺流程2.1 发酵工段土霉素的生产目前主要采用龟裂霉菌发酵产生。沙土管中或冷冻干燥管中保藏的种子首先经过实验室种子制备阶段获得一定数量和质量和孢子,然后经过生产车间种子制备阶段的一级种子罐和二级种子罐逐级扩大培养使孢子发芽、繁殖以获得足够数量的菌丝，最后将二级种子罐中的菌液接种到三级发酵罐中进行微生物发酵。种子的制备时需要注意培养基的产地、品种、培养的温度等条件对种子质量的影响。2.1.1 实验室孢子制备目的是活化休眠菌种，扩大培养，得到具有一定数量与浓度的性状优良并可以进入发酵车间继续扩大培养的菌群。首先要求培养三支斜面孢子, 斜面孢子的培养基是由麸皮和琼脂组成，用水配制。培养孢子条件：斜面孢子温度维持在 36.536.8培养，不得高于 37。若36超过 2 小时则生产能力明显下降，不可用于生产。而且在袍子培养过程中还需保持一定相对湿度，湿度 55%60%。培养 96 个小时后，将三支斜面孢子加入无菌水之后制成悬浮液。将悬浮液放置于 46的冰箱中备用。如果这样培养出来的孢子数量不够，为了获得更多数量的孢子以供生产需要，必要时可进一步用扁瓶在固体培养基（如小米、大米、玉米粒或麸皮）上扩大培养。2.1.2 生产前的准备1)备罐;2)灭菌2.1.3 一级种子罐扩大培养目的是使来自实验室制备的孢子发芽、繁殖以获得一定数量的菌丝。一级种子罐采用夹套式换热（自动温度调节） ，无搅拌动力设备。（1）采用实罐蒸汽灭菌法灭菌。（2）待一级种子罐温度降到 2933时，即可接种。（3）发酵过程中通过夹套式换热（利用隔膜阀自动调节）调节发酵罐温度，使之保持在 31。（4）土霉素是好氧霉菌，因此需要给罐内不断的通入空气，并且用搅拌桨不断的搅拌，以增加氧气的扩散和热量的交换。（5）每隔 8 小时从取样口取一次样，测量其 pH，28 小时时测量培养基中糖、氮的含量，发酵液的 pH 以及土霉素的效价。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 8 页（6）一级种子罐不需要加入消泡剂。经过约 30 小时左右的培养，培养基的颜色渐渐的变为黄色，趋于成熟。（7）测量培养液的 pH，当其值在 6.06.4 时即可作为种子移入二级种子罐。2.1.4 二级种子罐扩大培养目的是进一步扩大培养来自一级种子罐的种子，获得足够数量的菌丝以接种到发酵罐中。二级种子罐采用夹套式换热（自动温度调节） ，有搅拌动力设备。（1）二级种子罐同样采用实罐灭菌的方式。（2）待二级种子罐温度降到 2933时，即可利用压差法将一级种子罐中的种子液打入。（3）土霉素是好氧霉菌，因此需要给罐内不断的通入空气，并且用搅拌桨不断的搅拌，以增加氧气的扩散和热量的交换。（4）土霉素的最适生长温度为 31，在发酵热，搅拌热等热源的作用下可能使发酵罐内的温度偏离，因此需要通入冷却水调节发酵罐的温度。（5）1719 小时时取样检测种子液 pH，28 小时时取样测量 C、N、种子液效价和 pH，并作出相关记录。（6）二级罐发酵 28 个小时后进三级罐种子液变为粽色、变稠，测量效价和pH，在培养后期，随着糖、氮浓度的降低，如果 pH 大于 6.0，效价在 800 u/m1 左右即可将其打入发酵罐中，在培养后期，随着糖、氮浓度的降低。2.1.5 三级发酵罐发酵土霉素是通过发酵工艺手段所得，土霉素在发酵罐中大量分泌。因此发酵罐工艺操作与目的产品土霉素的产量与质量有很大的关系。种子移种到发酵罐以后，在发酵罐内的发酵过程可分为三个阶段：1、菌体生长阶段，2、抗生素产物合成阶段，3、菌体自溶阶段。抗生素发酵的目的是获得抗生素产量。因此需选择合适的发酵培养基和培养条件缩短菌体生长阶段，使菌体代谢转入抗生素合成代谢。进入抗生素合成阶段后，需采用加糖、补料等方式延长抗生素合成期，以获得较高的产量。随着营养物质消耗、代谢产物积累，发酵将不可避免地进入菌体自溶期。此时应及时终止发酵，以避免发酵产物损失和结提取带来困难。二级发酵完成后，利用压差法将种子液打入三级发酵罐内，之前的消毒、实罐灭菌、检测以及接种前的管道蒸汽灭菌工作都与二级发酵相似。但是三级发酵不同与第一级发酵的地方是在其发酵的过程中需要定期补料，还需要不定期的流加消炮西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页剂和氨水。氨水用于调节 PH 值。在视镜旁有冲洗视镜的装置，换热装置为列管式换热，只通入冷却水。2.2 酸化过滤工段土霉素能和钙、镁等金属离子，某些季胺盐、碱等形成复合物沉淀。在发酵过程中，这些复合物积聚在菌丝中，在液体中的浓度不高。发酵结束后，土霉素大部分沉积在菌丝中，发酵液中很少。因此，应对土霉素发酵液进行酸化等处理，酸化将破坏细菌细胞壁结构，使菌丝中的单位释放出来，以保证产品收率和质量。过滤工艺采用板框过滤机过滤。滤布可以去除一些杂质。正批液经过板框过滤机后直接进入正批液储罐。为了提高过滤机中土霉素的利用率，采用三级过滤和顶洗的方法。2.2.1 酸化工艺概述土霉素能和发酵液中的钙、镁等金属离子，某些季胺盐(一类阳离子表面活性剂，可改变细菌胞浆膜的通透性，使菌体物质外渗，阻碍其代谢而使细菌死亡)、碱等形成即溶性络合物沉淀。在发酵过程中，这些复合物积聚在菌丝中使得土霉素在发酵液中的浓度并不高。发酵结束后，土霉素大部分沉积在菌丝中，发酵液中含量很少。因此，必须对土霉素发酵液进行酸化处理，酸化将破坏细菌细胞壁结构，使菌丝中的土霉素单位释放出来，以保证产品收率和质量。酸化剂一般可采用盐酸、硫酸、草酸、磷酸等，但根据土霉素滤液质量的要求，若滤液中有钙离子存在，则必须考虑加入酸化剂后形成的不溶性钙盐的沉淀程度，因为草酸去钙较完全，析出的草酸钙还能促进蛋白质的凝结，提高滤液质量，草酸属于弱酸，比盐酸、硫酸等对设备腐蚀性较小,因此草酸是合适的酸化剂。然而草酸价格昂贵，因此在有条件的情况下应进行草酸回收工作，同时采用草酸结合盐酸做为酸化剂。在采用草酸作酸化剂时，必须降低温度，要求 15以下，尽量缩短操作时间，避免或减少差向异构化。2.2.2 过滤工艺概述酸化结束后进入过滤阶段进行过滤，主要用的设备是板框过滤机。首先进行初滤，正批液经过一级板框过滤机后直接进入正批液储罐。初滤完成后，要用单位池中的滤液进行顶洗（顶洗是用低浓度的滤液去冲洗板框中的滤渣） ，顶洗后的滤液如果效价能达到 30003600u/ml 则进入正批液储罐。达不到的则根据实际情况进入其它单位池，以备下一次顶洗之用。待顶洗后的滤液中土酶素的效价低于 900u/ml 时，停止顶洗。顶洗完之后进行复滤，如果必要时可进行精滤。西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 10 页2.3 脱色结晶工段过滤所得的土霉素液含色素高，结晶产品质量差，因此，需要脱色。脱色设备主要是树脂罐，每组有主罐、副罐、再生罐。脱色原理：RCOO-H+色素RCOO-色素再生原理：RCOO-H+色素+NaOHRCOO-Na+色素RCOO-Na+H+RCOO-H+Na+再生