CN111793103A - 一种硫酸安普霉素的提取工艺 - Google Patents

一种硫酸安普霉素的提取工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种硫酸安普霉素的提取工艺，该提取工艺将安普霉素发酵液经膜透析、树脂吸附、树脂解析、成盐干燥得到硫酸安普霉素的成品，应用于生产具有可行性，操作步骤简单。菌体使用陶瓷膜技术富集后，焚烧处理。该工艺绿色环保，可以减少废水中的氨氮总值，并且该方法可以获得更高的产品效价和纯度。

Description

一种硫酸安普霉素的提取工艺
技术领域
本发明涉及一种兽用抗生素的提取工艺，特别涉及一种硫酸安普霉素的提取工艺，属于医药化工领域。
背景技术
黑暗链霉菌合成的安普霉素是一种新型的广谱兽用抗生素，在80年代由美国礼来公司开发成产品，为国家2000年批准的二类新兽药，对革兰氏阴性菌和葡萄球菌有很高的抗菌活性。由于分子中具有独特的辛二糖结构异于其它氨基糖苷类抗生素，对多种氨基糖苷类抗生素的耐药菌有抑制和杀灭作用，使用中不易产生交叉耐药性，具有低毒、低残留量、安全的特点。对畜禽感染的革兰氏阴性菌有较强抗菌活性，特别是用于耐药强的大肠杆菌和沙门氏菌。作为药物饲料添加剂，也能明显促进增重和提高饲料转化率，被广泛应用于由大肠杆菌、沙门氏菌等引起的畜禽急慢性腹泻、肠炎等疾病的预防和治疗中。
安普霉素由黑暗链霉菌发酵合成，公开号为CN102477052B的中国专利申请公开了一种从生产氨基甲酰妥布霉素的黑暗链霉菌(Streptomyces tenebrarius)发酵液中提取安普霉素的方法，该提取工艺包括：安普霉素与氨基甲酰妥布霉素发酵液调pH至5～6，通过强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂吸附，使用氨水进行洗脱得到二者的混合粗溶液,混合粗溶液进行水解得到含有安普霉素的妥布霉素粗溶液，含有安普霉素的妥布霉素粗溶液调pH至8～9，继而通过大孔丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂吸附，使用氨水进行洗脱，将所得到的安普霉素溶液进一步纯化，其中，将所述安普霉素溶液用大孔丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂和强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂串联柱进行纯化，并进行结晶，得到安普霉素。
熊宗贵等人报道了一种安普霉素的制备方法(熊宗贵等，“尼拉霉素单组份-安普霉素高产菌株的研究”，《中国抗生素杂志》，1997年10月第22卷第5期，第334-339、350页)，该制备方法在发酵完成之后，发酵液经酸、碱处理除去酸、碱性蛋白后，用110(NH4 +型)离子交换树脂进行静态吸附，随后用无盐水冲洗树脂，氨水洗脱，收集洗脱液，洗脱液经浓缩、脱色、真空冷冻干燥，即得白色纯品。
该工艺方法成熟，但该方法使用大量氨水进行洗脱，在当前环境保护的严苛形势下，不能大规模进行生产应用，并且该方法未涉及到发酵液被树脂吸附后，残留的菌体渣的处理办法。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种硫酸安普霉素的提取工艺，该工艺绿色环保，使用陶瓷膜预处理发酵液，有效除去菌体渣，便于树脂的重复利用，同时树脂采用动态吸附，达到操作自动化及密闭化；采用替代溶剂洗脱可以减少废水中的氨氮总值，并获得更高的产品效价和纯度。
一种硫酸安普霉素的提取工艺，包括以下步骤：
(1)向安普霉素的发酵液中加酸进行预处理；
(2)将预处理的发酵液采用陶瓷膜进行循环透析，分别得到含有安普霉素的透析液和浓缩的菌体渣；
(3)向所述的透析液中加碱，然后用弱酸性阳离子树脂柱进行吸附；
(4)将步骤(3)中的吸附后的阳离子树脂柱与阴离子树脂柱串联，然后加酸至弱酸性阳离子树脂柱进行解析，从阴离子树脂柱出口收集解析液；
(5)解析液经过纳滤膜透水，得到高浓度的安普霉素溶液，然后控温加入硫酸成盐和干燥得到所述的硫酸安普霉素。
本发明中安普霉素溶液经膜透析、树脂吸附、树脂解析、成盐干燥得到硫酸安普霉素的成品，整个过程绿色环保简单，同时得到的硫酸安普霉素成品各项指标达到中国兽药典要求，效价总收率＞85％。
本发明中，发酵液的制备为现有技术，按照CN 104232709 A、CN 109593807 A等专利方法制备的发酵液都可以采用本发明的方法进行提取，只要安普霉素来源于发酵，均不影响该专利工艺方法的使用。
步骤(1)中，所述的酸选自盐酸、硫酸、草酸、乙酸、柠檬酸、甲酸中的至少一种，优选为草酸，预处理后pH值为1.5～6.5，优选为1.5～2.5。
步骤(2)中，陶瓷膜孔径选择为2nm～200nm，优选为5nm～50nm，透析时透出压力为0.05MPa～0.20Mpa，优选为0.05MPa～0.10Mpa。经过步骤(1)和步骤(2)的处理，能够将菌体进行富集，然后焚烧处理，有利于产品纯度的提高，并且预先将菌体除去，更方便树脂的回收套用。
步骤(3)中，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，优选氢氧化钠；加碱后的pH值为5.0～14，优选6.0～7.0。
步骤(3)中，阳离子树脂的种类会对分离效果产生较大的影响，所述的阳离子树脂为SQD-80、SQD-85、SQD-112中的至少一种，进一步优选为SQD-112。
步骤(3)中，上柱速度为0.5BV/H～3BV/H，优选2BV/H～3BV/H。
步骤(4)中，所述阴离子树脂选择强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，如201×4(711)、D202，优选711。
步骤(4)中，所述的酸为盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸中的至少一种。
步骤(4)中，所述的酸浓度为0.05～4mol/L，优选为0.1～2mol/L。
步骤(4)中，所述的酸上柱解析流速为0.1～3BV/H，优选0.5BV/H～2.0BV/H。
步骤(5)中，所述的纳滤膜规格为150～300Da，优选150～200Da。
步骤(5)中，所述的硫酸浓度为1～6mol/L，优选为2～4mol/L。
步骤(5)中，所述的硫酸成盐的温度为4～40℃，优选为4～25℃。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明采用陶瓷膜对预处理的发酵液进行透析，能够高效收集菌渣，操作可达到密闭化和自动化。
(2)树脂吸附采用动态吸附，可为该产品的自动化离交操作提供基础。
(3)树脂步骤中，采用酸洗脱工艺，废水中的氨氮总值明显降低。
(4)进行酸洗脱工艺，使用常用的氢型阳离子树脂存在收率明显降低的情况，本发明筛选到合适的树脂并配合酸洗脱工艺，提高了产品收率，且明显提高了产品单位效价、降低了总杂纯度和最大单杂纯度等。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步解释说明，其描述较为具体和详细，但不能因此而理解为对本发明范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。
《尼拉霉素单组份安普霉素高产菌株的研究》(1997年，熊宗贵等人)、《安普霉素产生菌的研究》(2002，田威等人)、CN 104232709 A、CN 109593807 A等现有方法所获得的不同效价的安普霉素的发酵液都可用于本申请的制备，下面具体实施例不同效价的安普霉素的发酵液可参照上述方法分别获得，具体实施例中发酵液的效价仅用来说明本发明的效果，而不应理解为对本发明的限制。
实施例1
预处理：向发酵得到含有安普霉素的5L发酵液中(发酵液的效价为8150u/mL)，加入固体草酸调发酵液pH至1.6。
膜透析：将调酸后的安普霉素发酵液，泵入膜孔径为50nm的陶瓷膜中循环透析，透析液出口压力控制在0.1MPa±0.02，收集含有安普霉素的透析液，陶瓷膜中残留的为浓缩后的菌体渣，固含量＞40％，收集后焚烧处理。
树脂步骤：向透析液中加入液碱调节pH至6.5后，上柱，柱内填充材料为SQD-112型阳离子树脂，透析液按2BV/H的流速上柱完毕后，使用适量体积的纯化水水洗至流出液肉眼观察无色，水洗结束后，加入0.2M盐酸水溶液至SQD-112阳离子树脂开始解析，解析流速为1BV/H，解析液再经过711型阴离子树脂脱色，收集脱色液。
成盐及干燥：脱色液经过膜孔径为200Da的纳滤膜透水后，收集浓缩液，得到效价为10万ug/mL的安普霉素浓缩液，控10℃条件下，缓慢加入4mol/L硫酸溶液转盐，转盐液经过喷雾干燥后得到硫酸安普霉素成品69.69g，收率88.26％。
得到的废水中的氨氮总值见表1，得到的成品按照《中国兽药典》2010版一部的标准进行检测，产品效价、总杂纯度、最大单杂纯度等见表2。
实施例2
预处理：发酵得到含有安普霉素的5L发酵液(发酵液的效价为6500u/mL)，加入固体草酸调发酵液pH至3.4。
膜透析：将调酸后的安普霉素发酵液，泵入膜孔径为30nm的陶瓷膜中循环透析，透析液出口压力控制在0.15MPa±0.02，收集含有安普霉素的透析液，陶瓷膜中残留的为浓缩后的菌体渣，固含量＞40％，收集后焚烧处理。
树脂步骤：向透析液中加入液碱调节pH至7.0后，透析液按2BV/H的流速上柱，柱内填充材料为SQD-85型阳离子树脂，透析液上柱完毕后，使用适量体积的纯化水水洗至流出液肉眼观察无色，水洗结束后，加入0.1mol/L硫酸水溶液至SQD-85型阳离子树脂开始解析，解析流速为2BV/H，解析液再经过711阴离子树脂脱色，收集脱色液。
步骤E
成盐及干燥：脱色液经过膜孔径为200Da的纳滤膜透水后，收集浓缩液，得到效价为10万ug/mL的安普霉素浓缩液，控温20℃，缓慢加入2mol/L硫酸溶液转盐，转盐液经过喷雾干燥后得到硫酸安普霉素成品56.46g，成品外观为白色粉末，收率86.89％。
实施例3
预处理：发酵得到含有安普霉素的5L发酵液(发酵液的效价为8150u/mL)，加入固体草酸调发酵液pH至2.4。
膜透析：将调酸后的安普霉素发酵液，泵入膜孔径为50nm的陶瓷膜中循环透析，透析液出口压力控制在0.1MPa±0.02，收集含有安普霉素的透析液，陶瓷膜中残留的为浓缩后的菌体渣，固含量＞40％，收集后焚烧处理。
树脂步骤：透析液用液碱调节pH至7.0后，透析液按2BV/H的流速上柱，柱内填充材料为SQD-80型阳离子树脂，透析液上柱完毕后，使用2倍树脂体积的纯化水水洗，水洗结束后，配制1.25mol/L乙酸水溶液解析，解析流速1.5BV/H，解析液再经过D202型阴离子树脂脱色，收集脱色液。
成盐及干燥：脱色液经过膜孔径为200Da的纳滤膜透水后，收集浓缩液，得到效价为10万ug/mL的安普霉素浓缩液，控温20℃，缓慢加入4mol/L硫酸溶液转盐，转盐液经过喷雾干燥后得到硫酸安普霉素成品39.05g，成品外观为白色粉末，收率56％。
实施例4
预处理：发酵得到含有安普霉素的5L发酵液(发酵液的效价为4500u/mL)，加入固体草酸调发酵液pH至2.0。
膜透析：将调酸后的安普霉素发酵液，泵入膜孔径为30nm的陶瓷膜中循环透析，透析液出口压力控制在0.1MPa±0.02，收集含有安普霉素的透析液，陶瓷膜中残留的为浓缩后的菌体渣，固含量＞40％，收集后焚烧处理。
树脂步骤：向透析液中加入液碱调节pH至6.75后，透析液按2.0BV/H的流速上柱，柱内填充材料为SQD-112型阳离子树脂，透析液上柱完毕后，使用2倍树脂体积的纯化水水洗，水洗结束后，分别配制0.5mol/L柠檬酸水溶液和1mol/L硫酸水溶液至SQD-112阳离子树脂中进行梯度解析，解析流速为1BV/H，解析液再经过D202型阴离子树脂脱色，收集脱色液。
成盐及干燥：脱色液经过膜孔径为200Da的纳滤膜透水后，收集浓缩液，得到效价为10万u/mL的安普霉素浓缩液，控温20℃，缓慢加入4mol/L硫酸溶液转盐，转盐液经过喷雾干燥后得到硫酸安普霉素成品32.31g，成品外观为白色粉末，收率83.65％。
实施例5
预处理：发酵得到含有安普霉素的5L发酵液(发酵液的效价为3200u/mL)，加入固体草酸调发酵液pH至5.4。
膜透析：将调酸后的安普霉素发酵液，泵入膜孔径为50nm的陶瓷膜中循环透析，透析液出口压力控制在0.1MPa±0.02，收集含有安普霉素的透析液，陶瓷膜中残留的为浓缩后的菌体渣，固含量＞40％，收集后焚烧处理。
树脂步骤：向透析液中加入液碱，调节pH至7.5后，上柱，填充材料为SQD-80型阳离子树脂，透析液上柱完毕后，使用2倍树脂体积的纯化水水洗，水洗结束后，加入2mol/L盐酸水溶液至SQD-80型阳离子树脂解析，解析速度为0.5BV/H，解析液再经过711型阴离子树脂脱色，收集脱色液。
成盐及干燥：脱色液经过膜孔径为200Da的纳滤膜透水后，收集浓缩液，得到效价为10万ug/mL的安普霉素浓缩液，控温45℃，缓慢加入4mol/L硫酸溶液转盐，转盐液经过喷雾干燥后得到硫酸安普霉素成品20.92g，成品外观为灰白色粉末，收率76.4％。
实施例6
预处理：发酵得到含有安普霉素的5L发酵液(发酵液的效价为8500u/mL)，加入固体草酸调发酵液pH至4.5。
膜透析：将调酸后的安普霉素发酵液，泵入膜孔径为50nm的陶瓷膜中循环透析，透析液出口压力控制在0.1MPa±0.02，收集含有安普霉素的透析液，陶瓷膜中残留的为浓缩后的菌体渣，固含量＞40％，收集后焚烧处理。
树脂步骤：向透析液中加入液碱调节pH至10.0后，上柱，柱内填充材料为SQD-112型阳离子树脂，透析液按3BV/H的流速上柱完毕后，加入1M盐酸水溶液至SQD-112阳离子树脂开始解析，解析流速为1BV/H，解析液再经过711型阴离子树脂脱色，收集脱色液。
成盐及干燥：脱色液经过膜孔径为200Da的纳滤膜透水后，收集浓缩液，得到效价为10万ug/mL的安普霉素浓缩液，控10℃条件下，缓慢加入4mol/L硫酸溶液转盐，转盐液经过喷雾干燥后得到硫酸安普霉素成品54.25g，收率74.6％。
对比例1
预处理：发酵得到含有安普霉素的5L发酵液(发酵液的效价为8150u/mL)，加入固体草酸调发酵液pH至6.5。
树脂吸附：将调酸后的安普霉素发酵液，再加入氨水回调至中性，加入110(NH4 +型)阳离子树脂，静态吸附，吸附后使用纯化水反复漂洗，漂洗后得到无菌体残留的树脂，漂洗废水再经过板框压滤去除菌体，废水经过处理合格后排放。
树脂解析：漂洗后的树脂装填至树脂柱内，使用2mol/L氨水解析，解析液直接进入D202型强碱性阴离子树脂脱色。
成盐及干燥：脱色液经过膜孔径为200Da的纳滤膜透水后，收集浓缩液，得到效价为10万ug/mL的安普霉素浓缩液，控温20℃条件下，缓慢加入4mol/L硫酸溶液转盐，转盐液经过喷雾干燥后得到硫酸安普霉素成品58.47g，成品外观为黄色，收率78.25％。
得到的废水，其氨氮总值见表1，得到的产品效价、总杂纯度、最大单杂纯度等见表2。
表1实施例1和对比例1的氨氮总值
序号 工艺 氨氮总值g/kg产品
1 实施例1 62
2 对比例1 600
表1的结果表明，每生产1kg产品，本工艺与氨水洗脱工艺对比，实施例1废水中的氨氮总值明显下降。
表2实施例1和对比例1的产品效价、总杂纯度、最大单杂纯度
Figure BDA0002531703270000081
表2的结果表明，本工艺实施例1相比对比例1的氨水洗脱工艺，在收率、产品效价、总杂纯度、最大单杂纯度等方面也具有明显优势。

Claims (8)

1.一种硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)向安普霉素的发酵液中加酸进行预处理；
(2)将预处理的发酵液采用陶瓷膜进行透析，分别得到含有安普霉素的透析液和浓缩的菌体渣；
(3)向所述的透析液中加碱，然后用阳离子树脂柱进行动态吸附；
(4)将步骤(3)中的吸附后的阳离子树脂柱与阴离子树脂柱串联，然后加酸至阳离子树脂柱进行解析，从阴离子树脂柱出口收集解析液；
(5)解析液经过纳滤膜透水，得到高浓度的安普霉素溶液，然后加入硫酸成盐和干燥得到所述的硫酸安普霉素。
2.根据权利要求1所述的硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述的酸选自盐酸、硫酸、草酸、乙酸、柠檬酸、甲酸中的至少一种，预处理后pH值为1.5～6.5。
3.根据权利要求1所述的硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述的陶瓷膜孔径为2nm～200nm，透析时透出压力为0.05MPa～0.20Mpa。
4.根据权利要求1所述的硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，加碱后的pH值为5.0～14。
5.根据权利要求1所述的硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，步骤(3)中，所述阳离子树脂柱中树脂为SQD-80树脂、SQD-85树脂或SQD-112树脂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，步骤(4)中，所述阴离子树脂柱中树脂为强碱性阴离子交换树脂。
7.根据权利要求1所述的硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，步骤(4)中，所述的酸选自盐酸、硫酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸中的至少一种，所述的酸上柱流速为0.5～3BV/H。
8.根据权利要求1所述的硫酸安普霉素的提取工艺，其特征在于，步骤(5)中，所述的纳滤膜规格为150～300Da。
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