土霉素生产工艺

土霉素生产工艺土霉素生产工艺 摘要摘要 目的 土霉素生产工艺的概述 方法 土霉素提取工艺是通过黄血盐 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 关键词 关键词 生产工艺 土霉素 黄血盐 硫酸锌 1 土霉素概述 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 土霉素是一个典型的利用生物 工程技术生产的产品 生产工艺涉及种子培养 发酵 提取 过滤 脱色 结 晶 离心和干燥等重要的单元操作和工程概念 1 1 土霉素简介 1 1 1 名称与化学结构式 中文名 土霉素 英文名 OXYtetracycline 化学名 4s 4 R 5S 5 R 6S 12 S N 4 二甲胺基 1 4 4 5 5 6 11 12 八氢 5 6 10 12 12 六羟基 6 甲基 1 11 二氧代并四苯 2 甲酰胺 分子式 C22H24N2O9 相对分子质量 460 58 1 1 2 性状与理化性质 1 土霉素又名氧四环素 为灰白色至黄色的结晶粉末 无臭 味苦 熔点是 180 在日光下颜色变暗在碱性溶液中 易破坏失效 土霉素盐酸盐为黄色结 晶 味苦 熔点 190 194 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 2 土霉素生产菌种 土霉素是由放线菌 龟裂链霉菌 所产生的抗生素 土霉素钙盐是发酵培 养液中入碳酸钙 经过滤 干燥而制得 2 2 土霉素生产工艺土霉素生产工艺 2 1 土霉素的生产工艺流程概述 土霉素生产工艺主要分为 发酵 酸化过滤 脱色结晶 离心干燥四个阶 段 其生产工艺流程 如图 2 1 土霉素工艺流程简图 2 2 发酵工艺流程 2 2 1 斜面孢子制备 首先培养三支斜面孢子 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 斜面孢子在 36 5 36 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 培养时间 96 个小时 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 4 6 的冰箱中备用 2 2 2 一级种子罐发酵 一级种子罐采用实罐蒸汽灭菌法灭菌 培养温度为 31 采用夹套式换热 自动温度调节 罐内生长弱 无动力设备 设备密封 发酵约 28h 培养 液可趋于浓厚 并转黄色 种子培养液 pH 值为 6 0 6 4 时 移入二级种子罐 2 2 3 二级种子罐发酵 二级种子罐采用实罐蒸汽灭菌法灭菌 培养温度为 31 采用夹套式换热 自动温度调节 有搅拌动力设备 二级罐发酵约 28h 培养液外观深粽 稠 有气泡 pH 大于 6 0 移入三级发酵罐 2 2 4 三级发酵罐发酵 三级发酵罐采用实罐蒸汽灭菌法灭菌 接种量为 15 20 发酵全程温度 控制在 30 31 分段培养 采用列管式换热 自动温度调节 有搅拌动力 设备 发酵过程 菌体大量生长 培养基快速消耗 需要对其进行补料控制 发酵导致 pH 降低 需补氨水调节 pH 产生的大量泡沫 需加消沫剂进行消沫 发酵过程消耗氧气 需通氧补充 通气量为 0 8 1 0v m 发酵过程通氨 补 糖的工艺具体控制的方法不甚相同 接种后发酵 pH 低于 6 4 时 开始通氨 通 氨量的多少参考 pH 要求 100h 前 pH 在 6 3 6 5 100h 后 pH6 2 6 3 放罐 前 8 小时停止通氨 根据发酵液的残糖值补入总糖 即淀粉酵解液 一般在 100h 前残糖控制 4 0 5 0 100h 至 150h 控制 3 5 4 0 150h 至放罐前 6h 控制 3 0 在菌丝接近自溶期前放罐 2 3 酸化过滤工艺流程 2 3 1 酸化 土霉素能和钙 镁等金属离子 某些季胺益 碱等形成复合物沉淀 即不溶 性络合物 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 使菌丝中的单位释放出来 以保证产品收率和质量 2 3 1 1 酸化剂的选择 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 则对直接沉淀是否完全有一定的影响 通过生 产实践认为采用草酸作酸化剂较好 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 但其价格较贵 并可促使差向土霉素等异构物的产生 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 在有条件的情况下 应进行草酸回收工作 鉴于以上因素 酸化 剂采用草酸和盐酸 2 3 1 2 酸化 pH 的控制 加草酸酸化调 pH 的目的是为释放菌丝中的单位 同时还得考虑土霉素的稳 定性 成品质量及提炼成本 故对酸化 pH 要严格控制 目前工艺上控制在 1 6 1 9 范围内 2 3 1 3 发酵液的纯化 发酵液中同时存在着许多有机和无机的杂质 为了进一步提高滤液质量 为直接沉淀法创造有利条件 必须在发酵液的预处理过程中添加纯化剂 目前 生产上是利用黄血盐和硫酸锌的协同作用来去除蛋白质 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 2 3 2 过滤 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 顶洗的要求是高于 4000 单位的滤液才能够进入过滤机后进 入正批液的储罐 2 4 脱色结晶工艺流程 2 4 1 脱色 为了进一步去除滤液中的色素和有机杂质 以提高滤液质量 将滤液通入 脱色罐 由其中的 122 2 树脂进行脱色 该树脂在酸性滤液中氢离子不活泼 不能发生电离及离子交换作用 但能生成氢键 其生成的氢键可吸附溶液中带 正电的铁离子 色素及其它有机杂质 从而提高土霉素滤液的色泽和质量 树 脂在氢氧化钠溶液中 由氢型变成钠型 失去氢键的活性 使其吸附的色素和 杂质解离出来 再经酸作用可恢复其氢键的活性 重复使用 2 4 2 结晶 土霉素发酵液经过上述预处理后 即可在酸性脱色液中用碱化剂调节 pH 至 等电点 使土霉素直接从滤液中沉淀结晶出来 2 4 2 1 碱化剂的选择 碱化剂一般可采用氢氧化钠 氢氧化铵 及碳酸钠 亚硫酸钠等 各有其 特点 2 4 2 2 pH 的控制与产量和质量关系 在连续结晶过程中 pH 的高低对产品质量有一定影响 土霉素的等电点为 pH4 6 4 8 在 pH4 5 7 5 之间 游离碱在水中的溶解度几乎不变 若 pH 控 制在接近等电点时 虽然沉淀结晶较完全 收率也高 但会有大量杂质 主要是 接近等电点 pH 的蛋白质 同时沉淀析出 影响产品的色泽和质量 若 pH 控制得 较低一些 对提高产品质量虽有好处 即上述蛋白质等杂质不同时析出 而残留 在母液中 但沉淀结晶不完全 收率要低些 影响产量 因此 在选择沉淀结 晶 pH 值时 就必须同时考虑到产 质量的效果 在正常情况下 工艺上控制 pH 值在 4 7 左右 若沉淀结品质量发现较差时 pH 值可控制得稍低些 有利于 改善结晶质量 但不能低于 4 5 否则收率低 影响产量 2 4 2 3 连续结晶法 连续结晶的原理是根据土霉素的结晶速度 结晶基本完成一般需要 2h 2 5h 后母液中土霉素含量下降幅度基本稳定 故可以结晶最大流量为基准 安排一套连续进行 2 5h 的结晶设备 调好 pH 的结晶液在流动情况下有一段晶 体成长足够的时间 达到结晶完全的目的 2 4 压榨干燥工艺流程 2 4 2 干燥 2 4 2 1 压榨工艺出来的湿成品仍含水分 15 未达到成品要求 因此要经过摇 摆机过 40 目的筛网 制成颗粒后进入三级旋风干燥器中 干燥后得到成品 3 3 土霉素生产土霉素生产的的废水处理废水处理 3 1 废水处理原因 联邦制药 内蒙古 厂地位于国家重点保护流域 黄河流域的敏感地区 其生产废水浓度高 色度高 且水质不稳定 为使出水能够达标排放 该工程 的废水处理系统是用来处理土霉素生产废水 土霉素生产过程中产生大量的高 浓度有机废水 结晶母液 水中有机物来自发酵的残存培养基和发酵代谢产物 有碳水化合物 脂肪 蛋白质 纤维素 有机酸 色素 酶 放线酮 残余土 霉素碱及其他代谢产物 其中残余土霉素碱 草酸等物质抑菌性较强 干扰蛋 白质的合成从而抑制细菌生长 废水需作适当的预处理在降低杀菌性后再进入 生化处理系统 3 2 该生产废水处理方案 4 废水的治理难点在于 制药废水对废水处理过程中的生物菌种有很强的杀 伤力 含有部分不可生化和对微生物有抑制作用的有机物 进水有机浓度 色 度高 水质不稳定 同时受现场占地面积小的限制 导致改造难度增大 通过 分析 确定了工程处理方案 决定采用 高压脉冲电凝系统物化处理一合絮凝 技术 气浮 一组合兼氧一 A 一加药沉淀一生物活性炭滤池 为主要处理单元 的组合工艺路线 3 2 1 高压脉冲电凝水处理技术进行预处理 高压脉冲电凝法 HVES 采用设计独特的高电压 小电流的电解技术 利用 电化学原理 借助外加高电压作用产生电化学反应 把电能转化为化学能 经 单电凝设备即可对制药废水中的有机或无机物进行氧化还原反应 进而凝聚浮 除 将污染物从水体中分离 可有效去除废水中的 SS 油 磷酸盐等各种有害 污染物 采用高压脉冲电凝技术具有的特点是 酸性条件下的有机废水可直 接电解 出水 pH 接近中性 可大幅度降低加碱量 进而减少污泥量 降低运行 费用 集电解与气浮作用于一体 不需另外加药 与传统的低电压 大电 流的电解模式不同 极板消耗较少 更换方便 池内设搅动设施预防堵塞 运行稳定 治理效果好 占地少 沉渣量少 电凝设备的运行费用略高于生 物法但比化学法低得多 且污泥量远低于化学法 但电凝设备的一次性投资稍 大 3 2 2 复合絮凝 气浮 技术降低抗生素残余效价 该废水中含有土霉素 具有一定毒性 抗生素残余效价会影响生物生化 在本工程中 采用复合混凝技术去除抗生素残余效价 即采用硫酸铝 聚硫酸 亚铁 PAM 及石灰对土霉素废水进行絮凝气浮预处理 其作用机理是絮凝剂中 的 Ca 抖 AI 计 Fe 及其氢氧化物和有机聚合物 PAM 等 与抗生素分子的活 性基团 如一 NH 一 OH 等 形成难溶复合体理后 会使废水中的微生物种 类和数量增多 生长正常 废水性质趋于普通有机废水 同时 通过混凝气浮 除渣后 为后续好氧生物降解减轻有机负荷 在本工程中 采用一体式自吸高 效气浮系统实现固一液分离 该系统主要由一体式自吸高效溶气机 箱体 刮 渣机 电控无堵塞释放器和排渣系统组成 它利用高效紊流容器装置 产生强 烈负压 同时将空气和水吸人主机的溶混室内 在压力的作用下 形成优质溶 气水 并由无堵塞释放器将溶气水直接释放到接触室内 再将絮凝后的污水引 人分离室 在分离室内使溶气水与污水混合吸附 并把悬浮物浮至水面 固液 分离后 由刮渣机把悬浮物刮人排渣槽 处理净化后的水经集水管排出 3 2 3 组合兼氧技术进行水解酸化 采用推流式兼氧接触池 把反应控制在水解酸化阶段 内部悬挂组合填料 可根据水质水量情况 调整 DO 及回流值 兼氧阶段有中温菌和低温菌进行协调 作用 故受外界气温和水温的影响小 且兼氧菌不同于专性厌氧菌种甲烷菌它 是一种兼性菌种 在自然界中存在的量较多 容易培养 一旦废水中有机物发 生变化 处理装置也能很快适应 这完全不同于厌氧处理中的甲烷菌 对于甲 烷菌而言 由于它是单一性菌种 只要底物发生变化 甲烷菌就要衰亡 对于 企业而言 其产品有可能不断更新转换 废水中的有机物成分亦会相应发生变 化 兼氧菌种的易殖性及其强适应性 使兼氧工艺较厌氧工艺更能适应企业产 品结 3 2 4 生物活性炭滤池进行深度处理 本工程出水要求达到 GB8978 一 l996 一级标给水排水准 若完全使用生化 处理至达标 则投资成本很高 且占地面积很