CN103265622B - 一种硫酸粘杆菌素的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫酸粘杆菌素的生产方法，依次包括如下步骤：过滤、脱钙镁和吸附解析、浓缩、脱盐、中和、喷雾干燥；其特征在于：所述的过滤采用陶瓷膜超滤过滤；所述的吸附解析采用填充有甲基丙烯酸型梭酸基树脂或丙烯酸梭酸基树脂的连续离子交换系统进行吸附解析，所述的浓缩采用纳滤浓缩。本发明生产方法具有的优点为：由于硫酸粘杆菌素是胞内产物，用陶瓷膜过滤时，会把细胞打碎，使硫酸粘杆菌细胞内的硫酸粘杆菌素也可以收集到；设备紧凑、系统简化、管道缩减和占地面积少；树脂消耗量减少；采用纳滤浓缩具有浓缩倍数高，能耗低等优点，整个方法具有收率高、纯化效果好且生产成本低等优点。

Description

一种硫酸粘杆菌素的生产方法

技术领域

本发明涉及硫酸粘杆菌素生产领域，特别涉及一种硫酸粘杆菌素的生产方法。

背景技术

粘杆菌素(colistin)是一种对多重耐药性格兰仕阴性致病菌(如铜绿假单胞菌，Pseudomonas aeruginosa)具有特效抗性的多肽类抗生素，粘杆菌含有二氨基丁酸，存在游离氨基，因此呈碱性，在临床上常制成盐使用，目前商品化以两种形式存在，硫酸粘杆菌素(colistinsulphate，CS)是其中一种形式。硫酸粘杆菌素可用于猪、禽、牛和羊等动物，由于其抗菌作用强，残留低，不易产生耐药性，中国、美国、欧盟和日本等许多国家批准作为饲料添加剂或兽药。可治疗多种病菌引起的动物饲养疾病，并能促进动物生物和提高饲料的利用率。

目前硫酸粘杆菌素的生产方法主要包括如下步骤：过滤、脱钙镁和吸附解析、浓缩、脱盐、中和、喷雾干燥；从发酵液中分离粘杆菌素主要有：离子交换法、泡沫分离法。采用离子交换法其分离步骤长、设备多、收率低，而且带来大量废水，严重污染环境；采用泡沫分离法；其在起泡过程中，其他肽类物质和蛋白会跟产品同时起泡，带人产品中，影响产品纯度，转一性不强，而且起泡用到溶剂，给环境带来污染，且成本较高。

孙振华等在中国专利号为ZL201110192839.6的发明专利《一种硫酸粘杆菌素的制备方法》中公开了一种硫酸粘杆菌素的制备方法。该方法通过发酵液预处理、减压浓缩、加热、沉淀分离和喷雾干燥，从发酵液中提取粘杆菌素，制备硫酸粘杆菌素。该方法虽然整个过程不采用溶剂，减少了环境污染，但是采用沉淀分离的方法，导致了其整体收率偏低，并且纯度低，浓缩成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种收率高、纯化效果好、产品浓度稳定且生产成本低的硫酸粘杆菌素的方法。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：一种硫酸粘杆菌素的生产方法，依次包括如下步骤：过滤、脱钙镁和吸附解析、浓缩、脱盐、中和、喷雾干燥；其特征在于：所述的过滤采用陶瓷膜超滤过滤；所述的吸附解析采用填充有甲基丙烯酸型梭酸基树脂或丙烯酸梭酸基树脂的连续离子交换系统进行吸附解析，所述的浓缩采用纳滤浓缩。

进一步，陶瓷膜超滤采用的陶瓷膜分离孔径优选为50-250nm。

进一步，所述的连续离子交换系统内置30个分离单元，每个分离单元内填充甲基丙烯酸型梭酸基树脂或丙烯酸梭酸基树脂；所述的连续离子交换系统分成七个区域，每个区域组成如下：

吸附区：包含8个分离单元，该区域中8个分离单元第1个和第2个分离单元串联连接，粘杆菌素原料液首先进入吸附区第1个分离单元，原料液经过分离单元，粘杆菌素被部分交换到树脂上，从第2个分离单元流出液与吸附水洗区的水洗液一并混合再进入以三并三串的方式连接的第3个到第8个分离单元，其中第7个、第8个分离单元流出液为吸附余液；

吸附水洗区：包括3个分离单元，经过吸附后，各分离单元进行水洗，该区域中的3个分离单元以串联方式连接，位于吸附区后，采用逆流进纯水方式，柱子旋转到吸附水洗区后，夹带在树脂间的料液被水顶出，流出液与吸附区第2个分离单元的流出液混合一同进入吸附区的第3个、第4个分离单元；

反顶脱水区：包含一个分离单元，用解析区的产品硫酸粘杆菌素作为该区的进料，并采用逆向进料，以顶替夹带在树脂间的水；

解析区：包含7个分离单元，分为两段，前段包含3个分离单元，后段包含4个分离单元，采用5％硫酸正向串联进入前段3个分离单元后，其流出液与解析后水洗区中的流出液混合再正向串联进入后段的4个分离单元，收集最后一个分离单元出液，得到产品硫酸粘杆菌素；

解析后水洗区：包含4个分离单元，采用串联连接逆流进纯水方式，经过硫酸解析后，树脂通过纯水的冲洗，将分离单元中残留的硫酸全部洗出，解析后水洗区中的流出液与解析区中的前3个分离单元流出液混合；

树脂转型区：包含3个分离单元，分成两段，前段包含1个分离单元，后段包括2个分离单元，采用串联方式；前段分离单元进1.2mol/L的氢氧化钠，该分离单元流出液与转型后洗碱区的流出液混合后进入后段2个分离单元；

转型后洗碱区：包含4个分离单元，采用串联连接逆流方式进纯水，将树脂转型区的分离单元中残留的碱全部洗出，转型后洗碱区流出液与树脂转型区前端分离单元流出液混合，经转型后洗碱区清洗后的分离单元进入吸附区循环处理。

进一步，所述的粘杆菌素原料液为经陶瓷膜预处理并经脱钙工序后的粘杆菌素发酵液，粘杆菌素效价35-40万u/ml之间，Ca²⁺含量≤200ppm。

进一步，所述的连续离子交换系统分离单元的转动时间为2100s/周期。

进一步，所述的纳滤浓缩采用的纳滤膜切割分子量为150-300道尔顿。

采用上述技术方案，本发明所述的硫酸粘杆菌素的生产方法，采用陶瓷膜超滤过滤；采用填充有甲基丙烯酸型梭酸基树脂或丙烯酸梭酸基树脂的连续离子交换系统进行吸附解析，采用纳滤浓缩，具有的优点为：

1)由于硫酸粘杆菌素是胞内产物，用陶瓷膜过滤时，会把细胞打碎，使硫酸粘杆菌细胞内的硫酸粘杆菌素也可以收集到；

2)设备紧凑、系统简化、管道缩减和占地面积少；

3)树脂消耗量减少，再生剂等化学药品、冲洗水消耗降低；减少废水排放量；

4)由于非间断操作下的连续运转，产品的成分、浓度保持基本的稳定；

5)具有良好的操作弹性，可根据生产负荷的变化自动调节旋转速度；降低运行成本和设备投资；

6)操作性好，阀门切换频率低，能避免人为因素造成的失误；

7)采用纳滤浓缩具有浓缩倍数高，能耗低等优点，整个方法具有收率高、纯化效果好且生产成本低等优点。

附图说明

图1为本发明所述的连续离子交换系统进行吸附解析示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步说明。

(一)陶瓷膜过滤：进料液为粘杆菌素发酵液，操作压力进压控制在2.5bar，出压控制在2bar左右，温度控制在40℃以下。实验过程中每隔一段时间记录一次进压、出压、温度和透析液流量；陶瓷膜过滤结果如下：

通过上述批次实验，加水点控制在产水率60％左右，陶瓷膜的平均通量在65LMH左右，由于粘杆菌素是胞内发酵，通过陶瓷膜过滤能破坏细胞壁而释放出细胞内的粘杆菌素，这样可以进一步提高产品的原有效价，从而使得陶瓷膜的收率可以达到100％以上。

(二)吸附解析：采用填充有甲基丙烯酸型梭酸基树脂或丙烯酸梭酸基树脂的连续离子交换系统，通过连续离子交换实现硫酸粘杆菌素的生产；所述的连续离子交换系统内置30个分离单元，每个分离单元内填充甲基丙烯酸型梭酸基树脂或丙烯酸梭酸基树脂；所述的连续离子交换系统分成七个区域，每个区域组成如下：

吸附区(8#-15#)：包含8个分离单元，其中8#和9#分离单元串联连接，原料液首先进入8#分离单元，原料液经过分离单元，粘杆菌素被部分交换到树脂上，9#流出液与吸附水洗区的水洗液一并混合再进入以三并三串的方式连接的9#-15#分离单元，其中第14#、第15#分离单元流出液为吸附余液；同时在14#、15#分离出口取转动前一分钟的样，测粘杆菌素效价；

吸附水洗区(5#～7#)：包括3个分离单元，经过吸附后，各分离单元进行水洗，该区域中的5#～7#分离单元以串联方式连接，位于吸附区后，采用逆流进纯水方式，柱子旋转到吸附水洗区后，夹带在树脂间的料液被水顶出，流出液与吸附区第2个分离单元的流出液混合一同进入吸附区的第9#、第10#分离单元；在分离单元快要转动前一分钟检测5#出口的粘杆菌素效价；

反顶脱水区(4#)：包含一个分离单元，用解析区的产品硫酸粘杆菌素作为该区的进料，采用逆向进料，以顶替夹带在树脂间的水，这样可以提高产品的浓度，4#出口在分离单元转动前需要检测硫酸粘杆菌素的效价，避免产品的损失，同时顶出来的水可以作为吸附水洗区的用水。

解析区(27#-3#)：包含7个分离单元，分为两段，前段包含27#-29#分离单元，后段包含30#-3#分离单元，采用5％硫酸正向串联进入前段3个分离单元后，其流出液与解析后水洗区中的流出液混合再正向串联进入后段的4个分离单元，收集最后一个分离单元即3#分离单元出液，得到产品硫酸粘杆菌素；在3#出口取转动一周期时间(如2100s)的样，测PH、效价、密度、透光度等。

解析后水洗区(23#-26#)：包含4个分离单元，采用串联连接逆流进纯水方式，经过硫酸解析后，树脂通过纯水的冲洗，将分离单元中残留的硫酸全部洗出，解析后水洗区中的流出液与解析区中的前3个分离单元流出液混合；在再生水洗区23#出口处取样可以监控水冲洗的效果，也是在转动前一分钟取样检测PH和效价；

树脂转型区(20#～22#)：包含3个分离单元，分成两段，前段包含1个分离单元，后段包括2个分离单元，采用串联方式；20#分离单元进1.2mol/L的氢氧化钠，该分离单元流出液与转型后洗碱区的流出液混合后进入后段21#、22#分离单元；提取粘杆菌素所用树脂为钠型，所以进入吸附区前须将树脂进行转型。在该再生区域中，是采用梯度再生的原理，已被硫酸解析干净的吸附树脂首先接触含量低的碱，其转型过程是逐渐加强的，在22#出口取转动一周期时间(如2100s)的样，测PH、效价、密度；

转型后洗碱区(16#-19#)：包含4个分离单元，采用串联连接逆流方式进纯水，将树脂转型区的分离单元中残留的碱全部洗出，转型后洗碱区流出液与树脂转型区前端分离单元流出液混合，经转型后洗碱区清洗后的分离单元进入吸附区循环处理；在转型水洗区16#出口处取样可以监控水冲洗的效果，转动前一分钟取样检测PH。

实施例：原料液为经陶瓷膜预处理并经脱钙工序后的粘杆菌素发酵液，料液深褐色，粘杆菌素效价35-40万u/ml之间，Ca²⁺含量≤200ppm。每个分离单元填装的树脂的量都为450mL,设备转动周期为2100s即35min。树脂的流量＝450/35＝12.8mL/min，而发酵液进料量为138mL左右。树脂用量可以用树脂体积与进料体积比来表征，即12.8：138＝1：10.8，在2100S/转情况下，单位树脂可处理的料液量为：10.8ml料液/ml树脂；采用上述方法进行硫酸粘杆菌素生产的结果见下表。

由上表可知，原料液经连续离子交换系统处理后，产品效价在160万u/ml左右，产品平均收率97％；经脱盐、中和、喷雾干燥后，湿重状态下产品效价均优于或接近标准品(标准品效价22106u/ml)，平均含量76.6％，如果扣除水分，产品含量将进一步提高。

需要说明的是，本实施例仅仅以采用30个分离单元的连续离子交换系统为实施例，进行说明本发明采用连续离子交换系统生产硫酸粘杆菌素所能达到的技术效果，对于本领域的技术人员来说，根据需要设置不同数据的分离单元来实现本发明，均为本发明的保护范围。

(三)纳滤浓缩：硫酸粘杆菌素解析液，即粘杆菌素发酵液经纳滤过滤、脱钙镁和吸附解析后的硫酸粘杆菌素解析液，将硫酸粘杆菌素解析液，采用纳滤浓缩，纳滤膜的切割分子量为150-300道尔顿，通过实验可知纳滤浓缩的浓缩倍数为2.3-3.5左右，并且平均收率可达98％左右，其浓缩结果如下：

(1)实验数据分析

(2)收率分析

在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。

Claims (4)

1.一种硫酸粘杆菌素的生产方法，依次包括如下步骤：过滤、脱钙镁和吸附解析、浓缩、脱盐、中和、喷雾干燥；其特征在于：所述的过滤采用陶瓷膜超滤过滤；所述的吸附解析采用填充有甲基丙烯酸型羧酸基树脂或丙烯酸羧酸基树脂的连续离子交换系统进行吸附解析，所述的浓缩采用纳滤浓缩；所述的陶瓷膜超滤采用的陶瓷膜分离孔径为50-250nm；所述的连续离子交换系统内置30个分离单元，每个分离单元内填充甲基丙烯酸型羧酸基树脂或丙烯酸羧酸基树脂；所述的连续离子交换系统分成七个区域，每个区域组成如下：

吸附区：包含8个分离单元，该区域中8个分离单元第1个和第2个分离单元串联连接，粘杆菌素原料液首先进入吸附区第1个分离单元，原料液经过分离单元，粘杆菌素被部分交换到树脂上，从第2个分离单元流出液与吸附水洗区的水洗液一并混合再进入以三并三串的方式连接的第3个到第8个分离单元，其中第7个、第8个分离单元流出液为吸附余液；

吸附水洗区：包括3个分离单元，经过吸附后，各分离单元进行水洗，该区域中的3个分离单元以串联方式连接，位于吸附区后，采用逆流进纯水方式，柱子旋转到吸附水洗区后，夹带在树脂间的料液被水顶出，流出液与吸附区第2个分离单元的流出液混合一同进入吸附区的第3个、第4个分离单元；

反顶脱水区：包含一个分离单元，用解析区的产品硫酸粘杆菌素作为该区的进料，并采用逆向进料，以顶替夹带在树脂间的水；

解析区：包含7个分离单元，分为两段，前段包含3个分离单元，后段包含4个分离单元，采用5％硫酸正向串联进入前段3个分离单元后，其流出液与解析后水洗区中的流出液混合再正向串联进入后段的4个分离单元，收集最后一个分离单元出液，得到产品硫酸粘杆菌素；

解析后水洗区：包含4个分离单元，采用串联连接逆流进纯水方式，经过硫酸解析后，树脂通过纯水的冲洗，将分离单元中残留的硫酸全部洗出，解析后水洗区中的流出液与解析区中的前3个分离单元流出液混合；

树脂转型区：包含3个分离单元，分成两段，前段包含1个分离单元，后段包括2个分离单元，采用串联方式；前段分离单元进1.2mol/L的氢氧化钠，该分离单元流出液与转型后洗碱区的流出液混合后进入后段2个分离单元；

转型后洗碱区：包含4个分离单元，采用串联连接逆流方式进纯水，将树脂转型区的分离单元中残留的碱全部洗出，转型后洗碱区流出液与树脂转型区前端分离单元流出液混合，经转型后洗碱区清洗后的分离单元进入吸附区循环处理。

2.根据权利要求1所的一种硫酸粘杆菌素的生产方法，其特征在于：所述的粘杆菌素原料液为经陶瓷膜预处理并经脱钙工序后的粘杆菌素发酵液，粘杆菌素效价35-40万u/ml之间，Ca²⁺含量≤200ppm。

3.根据权利要求1所的一种硫酸粘杆菌素的生产方法，其特征在于：所述的连续离子交换系统分离单元的转动时间为2100s/周期。

4.根据权利要求1所的一种硫酸粘杆菌素的生产方法，其特征在于：所述的纳滤浓缩采用的纳滤膜切割分子量为150-300道尔顿。