土霉素提纯方法概述.doc

科研训练论文(文献综述)（题 目：土霉素提纯方法概述学生姓名： 学 号： 班 级： 二 一二 年 三 月土霉素提纯方法概述 摘要：土霉素是通过生物合成得到的广谱抗生素，有广谱抑菌作用，目前主要应用于兽医临床。本文在查阅了关于土霉素的生产方法、土霉素的提取方法、土霉素的脱色结晶、重结晶以及膜分离技术的应用等提纯方法，比较和归纳了提高土霉素纯度方法的优缺点。关键词：土霉素；提纯；重结晶；膜分离技术土霉素是抗生素类药物，具有广谱抗菌作用，主要用于立克次体病支原体肺炎，衣原体感染。土霉素已应用于兽医临床，使一些动物的传染病得到了控制。土霉素还可以治疗鸡、鸭、鹅的巴氏杆菌病等。在食品工业中，土霉素可用作防腐剂来保藏肉类、鲜菜类等。土霉素是由龟裂链丝菌产生的，属于放线菌中的链霉菌属，是通过生物合成得到的广谱抗生素。土霉素生产由发酵工段、酸化过滤、脱色结晶、离心干燥工段工艺组成，因为在土霉素发酵过程中产生大部分有机副产物，如色素、蛋白质等，所以需要对土霉素发酵液进行处理。到目前为止，提纯土霉素的方法有很多，在生产工艺中通过酸化、脱色、结晶、重结晶以及应用超滤-纳滤技术都可得到纯度较高的土霉素产品。一、 土霉素常用提纯方法土霉素是通过生物合成得到的广谱抗生素，目前国内土霉素提取工艺常用草酸(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。此工艺在生产中一直沿用至今，产品的收率偏低，纯度仅为96%-97%。因此如何提高土霉素质量，是一些土霉素生产厂面临的新课题。注射用土霉素碱对纯度和热原有更高的要求。土霉素能和钙、镁等金属离子形成复合物沉淀。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，使菌丝中的单位释放出来，以保证产品收率和质量。由于土霉素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，酸化剂一般可采用盐酸、硫酸、草酸、磷酸等，采用草酸不仅能使土霉素释放出来并生成溶于水的盐, 并且能析出草酸钙沉淀, 从而去除发酵液中的钙离子, 同时草酸钙能促进蛋白质的凝结, 从而提高滤液的质量。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，最好低温操作，尽量缩短操作时间，避免或减少土霉素结构发生改变。发酵液中同时存在着许多有机和无机的杂质，目前生产上是利用纯化剂黄血盐和硫酸锌的协同作用来去除杂蛋白，同时去除铁离子，并加入硼砂，以提高滤液质量。在不影响滤液质量的前提下,纯化剂的加入量应尽量减少，以降低成本。过滤土霉素酸化液也可以除去一些杂质。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。脱色液到达结晶罐后，经过加碱化剂来调节适当的pH，进行结晶离心除去部分杂质。通常用的碱化剂是氨水。但由于在发酵液中含有一些性质与土霉素接近的副产物和其它杂质, 土霉素在酸性水溶液中又会分解成一些在性质上与其类似的降解产物，因而由水溶液中结晶出来的土霉素,纯度往往不高, 含有不少杂质。为了保证土霉素的疗效, 减少不良反应, 目前国家药典已对土霉素的质量规定了更高的要求。二、改进结晶工艺提纯法在土霉素常用提纯方法的基础上，可以将土霉素再次用酸溶解，加净化剂净化，然后重结晶进一步提高土霉素的纯度。也可以通过控制土霉素生产工艺条件提高土霉素纯度。随着发酵效价的不断提高，连续结晶设备生产能力逐渐显现不足，而养晶时间偏短，已成为影响土霉素晶型和土霉素纯度的重要因素。为了在较短结晶时间得到较为粗壮的晶体，通过研究结晶过程中影响晶型的各种因素，改进了发酵液预处理、结晶工艺。采用控制酸化PH 值，调整净化剂加量，提高结晶温度等措施，系统地对土霉素产品晶型进行了试验研究，缩短了结晶时间，提高结晶设备的利用率。试验结果表明，在控制发酵液酸化pH 值1.95-2.05、黄血盐钠加量0.3%、黄血盐钠和硫酸锌配比3：2、结晶温度等条件，找到了一个较为适宜的发酵液预处理和结晶工艺，在结晶时间仅为47min的情况下，可明显改善土霉素晶型，使晶体粒度分布均匀，产品内在质量得到进一步提高。该工艺不仅使土霉素产品晶型得到改善外，而且其内在质量也得到了明显提高，特别是杂质含量明显降低，产品纯度明显得到提高。三、膜分离技术分离提纯土霉素 上述一般提纯土霉素方法可以在一定程度上纯化土霉素，例如去除有机大分子杂质、色素等，但是有一些小分子杂质对土霉素的质量有着很大影响，应用膜分离技术可以更好的提纯土霉素。膜分离技术是本世纪六十年代发展起来的新兴分离技术。研究与应用事实表明，膜分离技术在简化发酵生产工艺，提高产品质量、开发新产品和综合利用等方面都显示了巨大的优越性。目前，利用发酵液生产药物的提炼工艺主要有溶媒法和树脂吸附法。其中溶媒法主要是利用药物的酸、碱性特征及在不同的pH条件下能溶解在不同的溶剂中的特性，采用合适的溶媒在水溶液中反复萃取以达到提纯和浓缩的目的。而树脂吸附法主要通过树脂对药物的选择性吸附实现分离浓缩。然而，药物发酵液中绝大部分是菌丝体、未用完的培养基以及各种代谢产物，药物的浓度远较各种杂质低，一般在5以下。大量可溶性蛋白的存在导致溶媒萃取时将产生严重的乳化现象或影响树脂的吸附容量及树脂寿命。因此，通常需加入电解质水解使蛋白质絮凝沉淀，然后通过板框压滤或鼓式真空过滤的方法把菌丝、絮凝蛋白及其他各种本质加以剔除。这一预处理与过滤将导致5一10的药物损失，而且会对后续工艺造成影响。经过多年的试验研究发现膜分离技术在提纯土霉素工艺上有很大的优势。（一）超滤法的应用在土霉素常用的酸化过滤、脱色结晶提纯方法的基础上，进一步研究了超滤在土霉素纯化中的应用。土霉素的生产包括酸化、过滤、脱色和结晶等步骤, 多年来土霉素的提纯技术一直没有大的改变。常用的树脂脱色过程成本高, 收率低, 还因树脂再生产生酸、碱废水而增加污水处理费用。本研究试用超滤取代树脂脱色单元操作以克服其上述缺点。在实验中使用了切割分子量为4960.5u的超滤膜, 实验结果表明超滤是取代树脂脱色的有效手段, 可以充分纯化土霉素结晶液并改善结晶, 脱色过程收率由树脂法的95.3%提高到98.6%。如果超滤与净化剂预处理相结合, 可以提高土霉素质量, 并使土霉素结晶收率由90.58%提高到93.3%。土霉素的另一种纯化方法是采用酸碱法进行重结晶，其中加净化剂和膜过滤进行纯化的方法。其特征就在于它是先将土霉素溶解在含有盐酸和另外一种在pH2.8-4.0有缓冲作用的酸的混合水溶液中，用碱回调至一定pH值，加入净化剂，而后分别用5-10万分子量超滤膜和6000-10000分子量超滤膜过滤，最后按无菌操作要求经稀释加碱调节pH值结晶，经分离干燥得纯度较高的成品。本方法利用了土霉素两性化合物的特性，加酸是为了使土霉素充分的溶解以及在结晶时获得较好的晶型。加碱回调使PH接近其等电点而结晶。其中超滤是公认的去除热原比较理想的方法,同时还可去除在滤液中呈分散状态的“溶解性”大分子杂质,进一步纯化滤液。因此,我们将粗土霉素碱酸溶,加净化剂净化,经超滤去除热原及杂质,然后重结晶获得高纯度土霉素产品。（二）超滤-纳滤联合技术在土霉素提取中的应用本方法将膜分离技术应用于土霉素的生产过程中，分别研究了超滤、纳滤及超滤-纳滤组合工艺，研究开发出土霉素的清洁生产新工艺。通过超滤和纳滤筛选试验，选出了对土霉素分离性能较好的超滤膜和纳滤膜，并确定了其操作工艺参数。结果表明，采用膜分离工艺可以减少土霉素在提取工艺中的损失，提高结晶收率，降低杂质吸光度，并改善废水的可生化性。该论文用详细的实验数据论证了超滤纳滤组合工艺的提纯效果最好，获得的土霉素产品纯度最高。在超滤一纳滤连续性实验中，进一步验证了对土霉素的分离提纯膜分离技术比原树脂脱色效果好。（三）超滤-反渗透提纯法土霉素属四环素类抗生素，废水主要来自分离四环素晶体后的结晶母液，土霉素结晶母液中土霉素浓度为10001500uml，直接用生物降解很困难。李十中等把土霉素结晶母液经超滤膜预处理后，通过反渗透膜处理所得的浓缩液，再经超滤膜处理后，15氨水调pH值从土霉素结晶母液回收土霉素，得到的土霉素纯度82.9，效价77lumg，回收率62%。四、结论经过查阅关于土霉素提纯方法的文献资料，了解了在土霉素生产工艺中，在酸化过滤工段中选取酸化剂和纯化剂是非常重要，主要采用盐酸和草酸做酸化剂，同时利用纯化剂黄血盐和硫酸锌的协同作用来除去杂质，采用改进结晶工艺提纯土霉素，并且采用酸碱法进行重结晶纯化土霉素。目前膜分离技术应用在土霉素生产工艺上进一步提高了土霉素产品的纯度。文献中经过多次试验比较超滤、纳滤、超滤纳滤组合工艺以及反渗透工艺提纯土霉素的能力，结果表明超滤纳滤组合工艺可以更好的提纯土霉素。也可以通过筛选优质菌种从土霉素发酵源头开始控制土霉素的质量。土霉素生产中大多采用一般的纯化工艺，改进的工艺一般是采用超滤膜分离技术过滤获得高纯度的土霉素。 参考文献:1 V克里，L德克，I福尔加克思.纯化发酵液的方法P.CN1406283A.2003.2 李永丽.土霉素酸化提取工艺的研究J.内蒙古石油化工.2009，(11):6-7.3 广西桂林制药厂.土霉素产品中杂质及其分离鉴定J.医药工业.1975，(1):30.4 田彩霞，赵建强.土霉素结晶工艺改进的研究J.中国抗生素杂志.2006，31(3):178-180.5 张明友，唐国良，高骊影.土霉素废水处理工艺探索J.上海环境科学.1988，(6).6 冯建立，许振良，等.膜分离技术在抗生素发酵液后处理中的应用J.化学世界.2005，增刊:70-71.7 李十中，万印华，崔占峰.应用超滤法从发酵液中提纯抗生素J.中国抗生素杂志.2004 ，29(10):584.8 郝运杰，何建毅，等土霉素纯化方法P.CN1249303A.2000.9 王素红.超滤-纳滤联合膜分离技术在土霉素提取中的应用研究D.（南京理工大学）硕士学位论文.2005.10 李十中，王淀佐，等.膜分离法回收土霉素结晶母液中的土霉素J.中国抗生素杂志.2002，27(l):25-27.11 陈兴业，唐秋艳，等.土霉素杂质吸收度工艺的研究J.河 南 科 学.1999，17 (4):401-403.12 李十中，吴丽莉，王淀佐.高纯度土霉素碱生产工艺研究(）J.中国抗生素杂志