毕业论文(生物制药)

1、毕业论文（设计）目土霉素的生产工艺学生姓名学号0701080221院 系生物技术与制药专业生物制药指导教师赵晓红二o一年四月二十日土霉素的生产工艺赵刚宁夏职业技术学院制药专业宁夏银川750001摘要：a的：土霉索生产工艺的概述。 方法：土霉索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122-2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：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

2、立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用來治 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丁程概念，通过对联邦制药(内蒙古)有限责任公 司土霉素的生产工艺的实习，可以提高理论联系实际与综合应用所学知识的能力。1. 1 土霉索简介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,4ar, 5s, 5ar, 6s, 12as) -n-4-二甲胺基-1, 4, 4a, 5, 5a, 6, 11, 12a

3、- 八氢,5, 6, 10, 12, 12a-六轻基-6-甲基-1, 11-二氧代并四苯-2-甲酰胺。分子式：c22h24n209 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，为灰口色至黄色的结晶粉末，无臭，味苦，熔点是180c,在日光下颜色变暗在碱性溶液中易破坏失效。土霉索盐酸盐为黄色结晶，味苦，熔点190194°c, 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醍，在酸性条件下不稳定。添加到饲 料屮，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

4、. 2 土霉素生产菌种土霉素是曲放线菌（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 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t燥四个阶段。其生产工艺流程，如图2.1：结晶15%氨水调 ph4.54.& 2830°ca结晶液i离叫 土霉素湿品干燥土霉素干成品图2. 1 土霉素的生产工艺流程简图2. 2发酵丄艺流程2. 2. 1斜面砲子制备首先培养三支斜面砲子，斜面砲子的培养基是由缺皮和琼脂组成，用水配制。培养孑包子 条件：斜面抱子在36. 536.8°c培养，不得高

5、于37°co若36°c超过2小时则生产能力明显 下降，不可用于生产。而月.在袍子培养过程屮还需保持一定相对湿度，湿度55%60%。培养 时间96个小时。将三支斜而砲子加入无菌水z后制成悬浮液。将悬浮液放置于4°c6°c的 冰箱中备用。2. 2. 2 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°c,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. 06. 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

6、度为3kc,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，pll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釆用实罐蒸汽灭菌法灭菌，接种量为1520%,发酵全程温度控制在30 31°c,分段培养。采用列管式换热（口动温度调节），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/mo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pll低于6.4时

7、， 开始通氨，通氨量的多少参考ph。要求100前卩1【在6.36.5, 100h后pii6. 26. 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 4.05.0%, 100h至150h控制3. 54. 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酸化土療素能和钙、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）。 在发酵过程屮，这些复合物积聚在菌丝屮，在液体屮的浓度不高。发酵结束后，土霉索大部 分沉积在菌丝中，发酵液中很少。因此，应对土霉索发酵液进行酸化等处理，使菌丝中的

8、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耍求，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门质的凝结，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，并可促使差向土療素等界构 物的产生。在采用草酸作酸化剂时，必须降低温度，耍求15°c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，应进行草酸冋收工作。鉴于以上因素，酸化剂采 用草酸和盐酸。2.3. 1.2酸

9、化ph的控制加草酸酸化调ph的口的是为释放菌丝屮的单位，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。忖前工艺上控制在1.61. 9范围内，若ph过高， 则对释放单位不利，而且会促进差向土霉素的产生；若ph过低，则土霉素的稳定性差，影响 成品质量，且草酸用量加人，将增加单耗和成木。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，为了进一步捉高滤液质量，为直接沉淀法 创造有利条件，必须在发酵液的预处理过程屮添加纯化剂。前生产上是利用黄血盐和硫酸 锌的i办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

10、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。滤布可以去除一些朵质。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索的利用率，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。低于的进入其它储罐以 备下一次顶洗之用。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 屮的122-2树脂进行脱色。该树脂在酸性滤液屮氢离子不活泼，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屮带正电的铁离子、色素及其它有机朵质，从

11、 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，使其吸附的色素和朵质解离出來，再经酸作用可恢复其氢键的活性，重复使用。其有关反应式如下：r-cooh+色素空a r-cooh-色素r-cooh 色素 +naoh r-coona+ 色素 +h2or-coona + h+ r-cooh + na+2.4.2结晶土霉素发酵液经过上述预处理后，即可在酸性脱色液屮用碱化剂调节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、氢氧化钱、及碳酸钠、亚硫酸钠等，各有其特点。例如， 氢氧化钠价格便宜、用量少，但由于碱性较

12、强，根据土霉素的稳定性，单独使用会造成局部 过碱而破坏土霉素，影响产量和产品质量；又如亚硫酸钠具有抗氧化和脱色作用，可使产品 色泽鲜艳，但其碱性极弱，调pll时反应缓慢，用量大，且价格较贵，影响成本；而氨水其碱 性较氢氧化钠弱但比亚硫酸钠又强，价格便宜，用量适中等。故目前生产上多采用氨水（内含 23%nahso:j, na2c03及尿素等）作为碱化剂，这样既能节约成本，又能起到抗氧脱色作用，效 果较好。因为亚硫酸钠是弱酸强碱盐，能起部分碱化作用.但它主要是还原剂，在酸性溶液中能防止土霉素遇氧化物被破坏，起稳定剂的作用，同时还起脱色作用。2. 4. 2. 2 ph的控制与产量和质量关系在连续结晶

13、过程屮，ph的高低对产品质量有一定影响。土霉素的等电点为ph4.64. 8, 在ph4. 57. 5 z间，游离碱在水中的溶解度儿乎不变。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的蛋口质）同时沉淀析出， 影响产品的色泽和质量；若pll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 朵质不同时析出，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。若沉淀结品质屋发现较差时，ph值可控制得稍低些，有利于改善结晶质量，

14、但不能低于4. 5,否则收率低，影响产量。2. 4. 2. 3影响晶体大小的其它条件要使土霉素高产优质以及所得晶体均匀，好分离，便于过滤和洗涤等操作，除了严格控 制pll条件外，对滤液质量、加碱化剂的速度，结晶的温度，搅拌转速和结晶时间等条件都须 加以考察，选择最佳条件。2. 4. 2. 4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木稳定。故可以结晶最大流量为基准，安排一套连续进行25h的结晶设 备，使调好ph的结晶液在流动情况下有一段品体成长的足够时间，即可达到结晶完全的冃的。 2. 5离心干燥工艺流程2. 5. 1离

15、心利用多个三足式离心机联合的方式离心。2. 5. 2干燥2.5.2. 1离心工艺出来的湿成品仍含有较多水分，未达到成品要求，因此要经过摇摆机过40 日的筛网，制成颗粒后进入三级旋风t燥器屮，t燥后得到成品。2. 5.2.2湿成品干燥记录:干燥时间8h；风压0. 04mp；投料温度1850 卸料温度80°c。3土霉素生产的废水处理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一一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;£的高浓度有机废水（结晶母液

16、），水中有机物 來口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“髙 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

17、 / 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高压脉冲屯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圧、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 屮的有机或无机物进行氧化还原反应，进而凝聚浮除，将污染物从水体屮分离，可有效去除 废水屮的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接近屮性，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、人电流的

18、屯解模式不同，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屮含有土霉素，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 ml、一 oh等，形成难溶复合体理后， 会使废水中

19、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，采用一体式口吸高效气 浮系统实现固一液分离。该系统主要由一体式白吸高效溶气机、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，并曲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

20、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，月.兼氧菌不同于专性厌氧菌种甲烷菌它是一种兼性菌种，在自然界屮存在的量 较多，容易培养，一日废水屮有机物发生变化，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。对丁企业而言，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

21、度处理木工程出水要求达到gb8978 一 1996 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，且占地而积很大。考虑到经济性和土地限制，采用生物活性炭滤池进行废 水深度处理，利用活性炭的巨大比表面积，使微生物生长在活性炭表面去除生化工艺中未去 除的微量污染物，确保c0dcr%100 mg/lo3. 3生产废水处理设备及参数表1主要构筑物及设备参数构筑物及设备名称构筑物及设备参数综合调节池钢筋混凝土结构,8 mx 16 mx29 m利用原有 调节池改造,hrt 14 h高压脉冲电凝机型号：hves 2300,浮池钢结构2 mx4 2 mx4 m,新建组合兼氧池钢筋混凝土结构,8

22、. 6 mx30 mx6. 5 m, 新建，hrt 60 h, do 0. 20 5 mg / l中沉池钢筋混凝土结构，3. 8 mx7. 9 mx6. 5m,新建，表面负荷0. 85m3 / (rn2 d)钢筋混凝土结构，11. 8 mx7. 9 mxa / 0池6. 5 m,新建，hrt 48 h, do 24 mg/l,混 合液回流比150二沉池钢筋混凝土结构,3. 8 mx7. 6 mx5 m, 新建，表面负荷0. 85 m3/ (m d)终沉池钢筋混凝土结构，8 mx4 m,新建，表 面负荷0. 41 m / (m d)生物活性炭滤池钢筋混凝土结构，3. 1 mx 15 mx4 m, 新建，do 35 mg/l污泥浓缩池钢筋混凝土结构，3. 1 mx3 mx2. 5 m,利用 原有低浓度废水集水池改造板框压滤机型号：bs315, 2台4 讨论根据对联邦制药土霉素生产t艺的分析，土霉素的生产t艺流程主要经过发酵、酸化过 滤、脱色结晶、离心干燥四个阶段。其提取工艺为用草酸（或磷酸）做酸化剂调节ph值，是通 用黄血盐-硫