CN1301331C - 应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，主要涉及：红霉素、螺旋霉素、麦迪霉素、阿奇霉素、克拉霉素、罗红霉素的制备。该新工艺将发酵液经过调碱后，直接通过超滤膜，去除大分子蛋白质、菌丝体和部分色素，再将超滤后的发酵液通过纳滤膜浓缩，并进一步除杂，得到大环内酯型抗生素浓缩液。新工艺采用超滤省略了传统工艺中的预处理步骤，取代了板框过滤，不需要添加大量化学絮凝剂；采用纳滤技术进一步对发酵液浓缩除杂，极大的消除了后续萃取过程中的乳化现象，大大提高了收率，提高了成品的纯度。本发明操作简便，整个工艺过程基本没有废弃物产生，彻底解决了传统提取工艺的环保难题，实现该类产品的清洁生产。
Description
技术领域
本发明属于分离工程技术领域，涉及一种应用膜直接从发酵液分离提取浓缩大环内酯型抗生素的方法，特别与红霉素等通过发酵生产的大环内酯类抗生素相关。
背景技术
自五十年代发现红霉素以来，数十年的发展，红霉素的生产已走上规模化的道路。国内普遍采用的溶媒萃取法和树脂吸附法的收率均不高。国内平均收率在70-80％之间。
目前的提取工艺，都有较大的局限性，其中：
1、溶媒提取时存在如下问题：
滤液含有大量可溶性蛋白，萃取过程易发生乳化现象，溶媒单耗增加，设备投资大，运行保养费用要求高，运行成本高；
2、大孔树脂吸附与离子交换时存在的问题：
两者对滤液的质量要求较高。但滤液中含有大量的无机离子影响树脂吸附与交换；滤液中大分子的可溶性蛋白大量存在，树脂污染，吸附效果变差，树脂使用寿命变短；大孔树脂用有机溶剂解析，不利于操作与树脂再生：
3、上述提取分离工艺，都不可避免要先经历如下步骤：发酵液预处理和预处理料液板框过滤；
其中：预处理存在如下缺陷：
a、添加3％-5％的硫酸锌或5％-7％的碱式氯化铝，目的是絮凝沉淀发酵液中的可溶性蛋白，促使菌丝体结团，有利于板框过滤。但同时也因硫酸锌或氯化铝水解对发酵液红霉素造成破坏；
b、滤渣因含有大量有毒金属锌，无法回收处理，污染环境；氯化铝投加量较大，成本较高，滤渣亦难以处理。
板框过滤存在问题：
a、过压滤形成滤饼过滤，不能有效去除大分子可溶性蛋白、糖类、多肽等杂质，滤液质量较差，极大影响溶媒萃取收率、乳化重溶媒单耗大，影响树脂吸附，树指寿命较短；
b、板框过滤对发酵影响较大，遇上发酵液染菌严重时，板框过滤就无能为力，染菌发酵液只有排放，造成极大的损失；对轻微染菌的发酵液，预处理原料的投加量(硫酸锌和甲醛)与正常相比将成倍增加，方可进行板框过滤，收率只有70-80％。
因此传统的预处理与板框过滤，原料消耗大，生产成本高，过滤精度低，增加后续提取负担，产品纯度不高，该工艺有待改进与创新。
专利文献：《相转变萃取从发酵液中提取红霉素方法》，专利申请号：99119801.8，提到通过加入惰性物质，致使萃取剂与发酵液分相而直接从未经过过滤的发酵液中提取红霉素。这一方法有其创新性，但仍有不足之处：
a、红霉素发酵液为非牛顿型流体，粘度大，不利萃取剂与发酵液互溶；
b、发酵液中存在大量可溶性蛋白，乳化现象没有从根本上解决；
c、发酵液与有机溶剂很难静置分层，工业化困难；
d、加入大量的惰性物质，成本增加，也不利于滤渣处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，使提取操作更方便、容易，成本低，收率和纯度高，生产过程清洁、环保。
为达成上述目的，本发明的解决方案是：
应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，将发酵液经过调碱后，直接通过超滤膜，去除大分子蛋白质、菌丝体和部分色素，省去预处理步骤，不再添加絮凝剂，取代板框过滤，再将超滤后的发酵液通过纳滤膜浓缩，并进一步除杂，得到大环内酯型抗生素浓缩液，浓缩后的发酵液中大环内酵抗生素的含量大大提高，使萃取过程溶媒用量减少，提高效率，提高收率，大大减少萃取时产生的乳化作用。
其中，上述大部分大环内酯型抗生素在超滤除杂时，需要先经过调碱至8.0～11.0，以保持发酵液中的大环内酯型抗生素处于游离碱状态。具体产品调碱程度如下：
a、将红霉素发酵液，加氢氧化钠或其它碱，发酵液调碱至9.5～10.5；
b、将螺旋霉素发酵液，加氢氧化钠或其它碱，发酵液调碱至9.0～10.0；
c、将麦迪霉素发酵液，加氢氧化钠或其它碱，发酵液调碱至8.5～9.0；
d、其它大环内酯类抗生素，包括：阿奇霉素、克拉霉素、罗红霉素，加氢氧化钠或其它碱，发酵液调碱至8.0～11.0范围内。
上述采用的超滤膜系统可以是金属膜系统、无机膜系统、有机膜系统等，超滤膜系统的分子截留量在10000～150000，可以根据不同的大环内酯抗生素分子量和发酵液的浓度、酸碱等参数的选择不同类型的膜类型。
上述超滤膜系统的操作压力为1-15bar，操作温度为5-55℃(最佳温度为30-40℃)；经过滤后发酵液体积倍数为进料发酵液体积的1-15倍，加水洗涤的软化水为发酵液投加体积的1-15倍，加水洗涤所用的水也可以是纳滤膜系统的透析液。
上述经过超滤膜系统后的发酵液直接进入纳滤膜系统，纳滤膜系统的截留分子量为5-500，可以根据不间的大环内酯抗生素分子量和超滤过滤液的浓度、酸碱等参数的选择不同类型的膜类型。
上述纳滤膜系统的操作压力为15-40bar，操作温度为5-55℃(最佳温度为30-35℃)；经过滤后发酵液体积倍数为进纳滤膜系统的发酵液体积的2-15倍，纳滤过程收率达到95％以上，特别的可达到98-100％。
上述发酵液微调碱后直接经过超滤膜系统，超滤膜系统过滤后的滤渣主要为菌丝体、可溶性大分子蛋白、部分色素、残余的培养，脱水烘干后，可以作为动物饲料和发酵原料重新利用，从根本上解决传统工艺因滤渣含有大量硫酸锌、氯化铝，有毒，无法回收的难题。
上述经过纳滤膜过滤后的发酵液可视情况增加过滤次数，或进行其他的工艺过程提取；并进行一级或多级萃取或树酯吸附，经成盐干燥后制成成品。
采用上述方法后，本发明的工艺方法主要涉及：红霉素、螺旋霉素、麦迪霉素、阿奇霉素、克拉霉素、罗红霉素的制备。该新的工艺应用膜分离技术取代大环内酯类抗生素的传统提取工艺，采用超滤省略了传统工艺中的预处理步骤，取代了板框过滤，不需要添加大量化学絮凝剂，采用纳滤技术进一步对发酵液浓缩除杂，极大的消除了后续萃取过程中的乳化现象，大大提高了收率，提高了成品的纯度。整个操作简便，整个工艺过程基本没有废弃物产生，彻底解决了传统提取工艺的环保难题，实现该类产品的清洁生产。
附图说明
图1是本发明的工艺方框图。
具体实施例
参见图1所示，本发明揭示的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，是将发酵液经过粗滤网过滤，用烧碱或氨水调碱后，直接通过超滤膜，去除大分子蛋白质、菌丝体和部分色素，超滤后的发酵液通过纳滤膜浓缩，并进一步除杂，得到大环内酯型抗生素浓缩液，浓缩后的发酵液中大环内酵抗生素的含量大大提高，浓缩液再经溶媒萃取，此时乳化显现将大大减低，经制成盐等工序，干燥后即得成品大环内酯型抗生素。
其中，超滤步骤的滤渣(含蛋白质、菌丝体等)经离心脱水、干燥即得饲料，而纳滤步骤的透析水可作为超滤的洗涤水。
此工艺方法可广泛用于制备红霉素、螺旋霉素、麦迪霉素、阿奇霉素、克拉霉素、罗红霉素等。针对不同抗生素的工艺方法，主要是调碱步骤的PH值控制不同，根据不同分子量的抗生素是采用相对应截留分子量的超滤膜或纳滤膜，根据不同类型抗生素选择萃取溶媒，而其它步骤基本相同。本文以下面两个实施例进行详细说明。
实施例一
取红霉素(分子量720左右)发酵液500L，BW＝35％，调节PH＝8-8.5，加入超滤设备料罐，超滤膜为有机膜，系统的分子截留量为100000，冷凝管中通入冷却水，检查各阀门、开关是否处于正常状态；启动超滤设备，调节膜进出口压力，维持跨膜压力在3-4bar，利用超滤膜对不同分子量物质截留率的不同，使菌丝体、大分子蛋白等完全被截留在滤渣内，而红霉素等小分子物质透过膜得以分离纯化。当料桶的滤渣量为50L时，往料桶中加入软化水(也可以加纳滤膜过滤系统产生的透析水)进行洗涤。加水洗涤的水量为1000L；将加水前透析液与加水洗涤透析液一并收集；操作结束后，收集到滤液体积为1500L，收率达99％。
取超滤液200L，进入二级膜分离系统。进一步浓缩，除杂。二级浓缩系统采用卷式纳滤设备，纳滤膜系统的分子截留量为200，启动纳滤设备，调节膜进出口压力，维持跨膜压力在20-22bar，利用纳滤膜溶解扩散原理，使水分子、单价离子在压力的驱动下，扩散透过，而红霉素、色素等大分子被膜截留，实现红霉素浓缩。此时，浓缩液体积为50L，纳滤透析水为149L，不含红霉素单位，收率达99％以上。
将浓缩液进行后续萃取，无乳化现象。成盐转化后，制得成品。
实施例二
中试实验，取麦迪霉素(分子量820左右)发酵液1000L，BW＝38％，调节PH＝8-8.5，加入超滤设备料罐，超滤膜为有机膜，系统的分子截留量为100000，冷凝管中通入冷却水，检查各阀门、开关是否处于正常状态；启动超滤设备，调节膜进出口压力，维持跨膜压力在3-5bar，利用超滤膜对不同分子量物质截留率的不同，使菌丝体、大分子蛋白等完全被截留在滤渣内，而麦迪霉素等小分子物质透过膜得以分离纯化。当料桶的滤渣量为100L时，往料桶中加入软化水(也可以加纳滤膜过滤系统产生的透析水)进行洗涤。加水洗涤的水量为3000L；将加水前透析液与加水洗涤透析液一并收集；操作结束后，收集到滤液体积为3500L，收率达99％。
取超滤液500L，进入二级膜分离系统。进一步浓缩，除杂。二级浓缩系统采用卷式纳滤设备，纳滤膜系统的分子截留量为200，启动纳滤设备，调节膜进出口压力，维持跨膜压力在18-20bar，利用纳滤膜溶解扩散原理，使水分子、单价离子在压力的驱动下，扩散透过，而麦迪霉素、色素等大分子被膜截留，实现麦迪霉素浓缩。此时，浓缩液体积为150L，纳滤透析水为350L，不含麦迪霉素单位，收率达99％以上。
将浓缩液进行后续萃取，无乳化现象。成盐转化后，制得成品。
Claims (11)
1、应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：将发酵液经过调碱至PH值为8.0～11.0后，保持发酵液中的大环内酯型抗生素处于游离碱状态，直接通过超滤膜，超滤膜系统的截留分子量在10000～150000，去除大分子蛋白质、菌丝体和部分色素，再将超滤后的发酵液通过纳滤膜浓缩，纳滤膜系统的截留分子量为5～500，并进一步除杂，得到大环内酯型抗生素浓缩液。
2、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：发酵类大环内酯型抗生素为红霉素，将红霉素发酵液加氢氧化钠或其它碱，发酵液调碱至PH值为9.5～10.5。
3、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：发酵类大环内酯型抗生素为螺旋霉素，将螺旋霉素发酵液，加氢氧化钠或其它碱，发酵液调碱至PH值为9.0～10.0。
4、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：发酵类大环内酯型抗生素为麦迪霉素，将麦迪霉素发酵液，加氢氧化钠或其它碱，发酵液调碱至PH值为8.5～9.0。
5、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：采用的超滤膜系统是金属膜系统、无机膜系统或有机膜系统，根据不同的大环内酯抗生素分子量和发酵液的浓度、酸碱参数选择不同类型的膜类型。
6、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：超滤膜系统的操作压力为1～15bar，操作温度为5～55℃，经过滤后发酵液体积倍数为进料发酵液体积的1～15倍，加水洗涤倍数为发酵液投加体积的1～15倍，加水洗涤所用的水是纳滤膜系统的透析液。
7、如权利要求6所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：超滤膜系统的操作温度为30～40℃。
8、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：纳滤膜系统的操作压力为15～40bar，操作温度为5～55℃；经过滤后发酵液体积倍数为进纳滤膜系统的发酵液体积的2～15倍，纳滤过程收率达到95％以上。
9、如权利要求8所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：纳滤膜系统的操作温度为30～35℃。
10、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：发酵液微调碱后直接经过超滤膜系统，超滤膜系统过滤后的滤渣主要为菌丝体、可溶性大分子蛋白、部分色素、残余的培养物，脱水烘干后，作为动物饲料和发酵原料重新利用。
11、如权利要求1所述的应用膜提取发酵类大环内酯型抗生素的方法，其特征在于：经过纳滤膜过滤后的发酵液视情况增加过滤次数，或进行其他的工艺过程提取；并进行一级或多级萃取或树酯吸附，经成盐干燥后制成成品。
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