土霉素生產(chǎn)工藝

1、摘要： 目的：土霉素生產(chǎn)工藝的概述。方法：土霉素提取工藝是通過黃血鹽 - 硫酸鋅作凈化劑協(xié)同去除蛋白質(zhì)等高分子雜質(zhì)，然后用樹脂脫色進(jìn)一步凈化土霉素濾液，最后調(diào)pH至左右結(jié)晶 得到土霉素堿產(chǎn)品。關(guān)鍵詞： 生產(chǎn)工藝；土霉素；黃血鹽 - 硫酸鋅1 土霉素概述土霉素又稱為地霉素或氧四環(huán)素，英文名稱(TerramycinOxytetracycline) 屬于抗菌素的一種，對多種球菌和桿菌有抗菌作用，對 立克次體和阿米巴病原蟲也有抑制作用，用來治療上呼吸道感染、胃腸道 感染、斑疹傷寒等，現(xiàn)今主要用于畜禽藥及飼料添加劑。土霉素是一個典 型的利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝涉及種子培養(yǎng)、發(fā)酵、提 取、過濾

2、、脫色、結(jié)晶、離心和干燥等重要的單元操作和工程概念。土霉素簡介 1.1.1 名稱與化學(xué)結(jié)構(gòu)式中文名：土霉素英文名： OXYtetracycline化學(xué)名：(4s,4 a R, 5S, 5a R, 6S, 12a S) -N-4-二甲胺基-1 , 4, 4a, 5, 5a, 6, 11, 12a -八氫，5, 6 , 10, 12, 12a -六羥基-6-甲基 -1， 11-二氧代并四苯 -2-甲酰胺。分子式： C22H24N2O9 相對分子質(zhì)量： 1.1.2 性狀與理化性質(zhì) ?1土霉素又名氧四環(huán)素，為灰白色至黃色的結(jié)晶粉末，無臭，味苦，熔點(diǎn)是180C，在日光下顏色變暗在堿性溶液中易破壞失效。土

3、霉素鹽酸鹽為黃色結(jié)晶，味苦，熔點(diǎn)190194C，有吸濕性，但水分和光線不影響其 效價，在室溫下長期保存不變質(zhì)，不失效。鹽酸鹽易溶于水，溶于甲醇， 微溶于無水乙醇，不溶于三氯甲烷和乙醚，在酸性條件下不穩(wěn)定。添加到飼料中，在室溫下保存四個月，效價下降4%9%，制粒時效價下降 5% 7%。土霉素生產(chǎn)菌種土霉素是由放線菌（龜裂鏈霉菌）所產(chǎn)生的抗生素。土霉素鈣鹽是發(fā)酵 培養(yǎng)液中入碳酸鈣，經(jīng)過濾，干燥而制得。2 土霉素生產(chǎn)工藝土霉素的生產(chǎn)工藝流程概述土霉素生產(chǎn)工藝主要分為：發(fā)酵、酸化過濾、脫色結(jié)晶、離心干燥四 個階段。其生產(chǎn)工藝流程，如圖：土霉素工藝流程簡圖發(fā)酵工藝流程 2.2.1 斜面孢子制備首先培養(yǎng)三

4、支斜面孢子 , 斜面孢子的培養(yǎng)基是由麩皮和瓊脂組成，用水配制。培養(yǎng)孢子條件：斜面孢子在36.8 C培養(yǎng)，不得高于 37C。若 36C超過2小時則生產(chǎn)能力明顯下降，不可用于生產(chǎn)。而且在袍子培養(yǎng)過程 中還需保持一定相對濕度，濕度 55% 60%。培養(yǎng)時間 96 個小時。將三支斜面孢子加入無菌水之后制成懸浮液。將懸浮液放置于4C6 C的冰箱中備用。2.2.2 一級種子罐發(fā)酵一級種子罐米用實(shí)罐蒸汽火菌法火菌。培養(yǎng)溫度為31 C，米用夾套式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），罐內(nèi)生長弱，無動力設(shè)備，設(shè)備密封。發(fā)酵約28h，培養(yǎng)液可趨于濃厚，并轉(zhuǎn)黃色，種子培養(yǎng)液 pH 值為時，移入二級種子罐。2.2.3 二級種子罐發(fā)酵

5、二級種子罐米用實(shí)罐蒸汽火菌法火菌。培養(yǎng)溫度為31 C,采用夾套式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），有攪拌動力設(shè)備。二級罐發(fā)酵約 28h，培養(yǎng)液外觀深粽、稠、有氣泡，pH大于移入三級發(fā)酵罐。2.2.4 三級發(fā)酵罐發(fā)酵三級發(fā)酵罐采用實(shí)罐蒸汽滅菌法滅菌，接種量為1520%，發(fā)酵全程溫度控制在3031C，分段培養(yǎng)。采用列管式換熱（自動溫度調(diào)節(jié)），有攪拌動力設(shè)備。發(fā)酵過程，菌體大量生長，培養(yǎng)基快速消耗，需要對其進(jìn)行補(bǔ)料控制。發(fā)酵導(dǎo)致pH降低，需補(bǔ)氨水調(diào)節(jié)pH。產(chǎn)生的大量泡沫，需加消沫劑進(jìn)行消沫。發(fā)酵過程消耗氧氣，需通氧補(bǔ)充，通氣量為：m發(fā)酵過程通氨、補(bǔ)糖的工藝具體控制的方法不甚相同。接種后發(fā)酵pH低于時，開始通氨，

6、通氨量的多少參考 pHo要求100h前pH在，100h后，放罐前8小時停止通氨。根據(jù)發(fā)酵液的殘?zhí)侵笛a(bǔ)入總糖 （ 即淀粉酵解液 ） ，一般在100h前殘?zhí)强刂? 100h至150h控制% 150h至放罐前6h控制% 在菌絲接近自溶期前放罐。酸化過濾工藝流程2.3.1 酸化土霉素能和鈣、鎂等金屬離子，某些季胺益、堿等形成復(fù)合物沉淀( 即 不溶性絡(luò)合物 ) 。在發(fā)酵過程中，這些復(fù)合物積聚在菌絲中，在液體中的濃 度不高。發(fā)酵結(jié)束后，土霉素大部分沉積在菌絲中，發(fā)酵液中很少。因 此，應(yīng)對土霉素發(fā)酵液進(jìn)行酸化等處理，使菌絲中的單位釋放出來，以保 證產(chǎn)品收率和質(zhì)量。2.3.1.1 酸化劑的選擇酸化劑一般可采用

7、鹽酸、硫酸、草酸、磷酸等，但根據(jù)土霉素濾液質(zhì) 量的要求，若濾液中有鈣離子存在，則對直接沉淀是否完全有一定的影 響，通過生產(chǎn)實(shí)踐認(rèn)為采用草酸作酸化劑較好。因?yàn)椴菟崛モ}較完全，析 出的草酸鈣還能促進(jìn)蛋白質(zhì)的凝結(jié)，提高濾液質(zhì)量。草酸屬于弱酸，比鹽 酸、硫酸等對設(shè)備腐蝕性較小，但其價格較貴，并可促使差向土霉素等異構(gòu)物的產(chǎn)生。在采用草酸作酸化劑時，必須降低溫度，要求15C以下，盡 量縮短操作時間，避免或減少差向異構(gòu)化。在有條件的情況下，應(yīng)進(jìn)行草 酸回收工作。鑒于以上因素，酸化劑采用草酸和鹽酸。2.3.1.2 酸化 pH 的控制加草酸酸化調(diào) pH 的目的是為釋放菌絲中的單位，同時還得考慮土霉素的穩(wěn)定性、成

8、品質(zhì)量及提煉成本，故對酸化pH 要嚴(yán)格控制。目前工藝上控 制在范圍內(nèi).2.3.1.3 發(fā)酵液的純化發(fā)酵液中同時存在著許多有機(jī)和無機(jī)的雜質(zhì)，為了進(jìn)一步提高濾液質(zhì) 量，為直接沉淀法創(chuàng)造有利條件，必須在發(fā)酵液的預(yù)處理過程中添加純化劑。目前生產(chǎn)上是利用黃血鹽和硫酸鋅的協(xié)同作用來去除蛋白質(zhì)，同時去 除鐵離子，并加入硼砂，以提高濾液質(zhì)量。在不影響濾液質(zhì)量的前提下 , 純 化劑的加入量應(yīng)盡量減少，以降低成本。2.3.2 過濾過濾工藝采用板框過濾機(jī)過濾。濾布可以去除一些雜質(zhì)。正批液經(jīng)過 板框過濾機(jī)后直接進(jìn)入正批液儲罐。為了提高過濾機(jī)中土霉素的利用率， 采用三級過濾和頂洗的方法。頂洗的要求是高于 4000 單位

9、的濾液才能夠進(jìn) 入過濾機(jī)后進(jìn)入正批液的儲罐。脫色結(jié)晶工藝流程2.4.1 脫色為了進(jìn)一步去除濾液中的色素和有機(jī)雜質(zhì)，以提高濾液質(zhì)量，將濾液 通入脫色罐，由其中的 122-2 樹脂進(jìn)行脫色。該樹脂在酸性濾液中氫離子不 活潑，不能發(fā)生電離及離子交換作用，但能生成氫鍵。其生成的氫鍵可吸附溶液中帶正電的鐵離子、色素及其它有機(jī)雜質(zhì)，從而提高土霉素濾液的色澤和質(zhì)量。樹脂在氫氧化鈉溶液中，由氫型變成鈉型，失去氫鍵的活性，使其吸附的色素和雜質(zhì)解離出來，再經(jīng)酸作用可恢復(fù)其氫鍵的活性，重復(fù)使用。2.4.2 結(jié)晶 pH至等電點(diǎn)，使土霉素直接從濾液中沉淀結(jié)晶出來。土霉素發(fā)酵液經(jīng)過上述預(yù)處理后，即可在酸性脫色液中用堿化劑

10、調(diào)節(jié)2.4.2.1 堿化劑的選擇堿化劑一般可采用氫氧化鈉、氫氧化銨、及碳酸鈉、亞硫酸鈉等，各有其特點(diǎn)。2.4.2.2 pH 的控制與產(chǎn)量和質(zhì)量關(guān)系在連續(xù)結(jié)晶過程中， pH 的高低對產(chǎn)品質(zhì)量有一定影響。土霉素的等電點(diǎn)為，在之間，游離堿在水中的溶解度幾乎不變。若pH控制在接近等電點(diǎn)時，雖然沉淀結(jié)晶較完全，收率也高，但會有大量雜質(zhì)( 主要是接近等 電點(diǎn)pH的蛋白質(zhì))同時沉淀析出，影響產(chǎn)品的色澤和質(zhì)量；若 pH控制得較 低一些，對提高產(chǎn)品質(zhì)量雖有好處 (即上述蛋白質(zhì)等雜質(zhì)不同時析出，而殘 留在母液中 ) ，但沉淀結(jié)晶不完全，收率要低些，影響產(chǎn)量。因此，在選擇 沉淀結(jié)晶 pH 值時，就必須同時考慮到產(chǎn)、

11、質(zhì)量的效果。在正常情況下，工 藝上控制 pH 值在左右。若沉淀結(jié)品質(zhì)量發(fā)現(xiàn)較差時， pH 值可控制得稍低 些，有利于改善結(jié)晶質(zhì)量，但不能低于，否則收率低，影響產(chǎn)量。2.4.2.3 連續(xù)結(jié)晶法連續(xù)結(jié)晶的原理是根據(jù)土霉素的結(jié)晶速度，結(jié)晶基本完成一般需要 2h，后母液中土霉素含量下降幅度基本穩(wěn)定。故可以結(jié)晶最大流量為基準(zhǔn)，安排一套連續(xù)進(jìn)行的結(jié)晶設(shè)備，調(diào)好pH的結(jié)晶液在流動情況下有一段 晶體成長足夠的時間，達(dá)到結(jié)晶完全的目的。壓榨干燥工藝流程2.4.2 干燥2.4.2.1 壓榨工藝出來的濕成品仍含水分15%，未達(dá)到成品要求，因此要經(jīng) 過搖擺機(jī)過 40 目的篩網(wǎng)，制成顆粒后進(jìn)入三級旋風(fēng)干燥器中，干燥后得

12、到 成品。3 土霉素生產(chǎn)的廢水處理廢水處理原因聯(lián)邦制藥（內(nèi)蒙古）廠地位于國家重點(diǎn)保護(hù)流域黃河流域的敏感地 區(qū)。其生產(chǎn)廢水濃度高、色度高，且水質(zhì)不穩(wěn)定，為使出水能夠達(dá)標(biāo)排 放。該工程的廢水處理系統(tǒng)是用來處理土霉素生產(chǎn)廢水。土霉素生產(chǎn)過程 中產(chǎn)生大量的高濃度有機(jī)廢水 （結(jié)晶母液 ） ，水中有機(jī)物來自發(fā)酵的殘存培 養(yǎng)基和發(fā)酵代謝產(chǎn)物有碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素、有機(jī)酸、色 素、酶、放線酮、殘余土霉素堿及其他代謝產(chǎn)物。其中殘余土霉素堿、草 酸等物質(zhì)抑菌性較強(qiáng)，干擾蛋白質(zhì)的合成從而抑制細(xì)菌生長，廢水需作適 當(dāng)?shù)念A(yù)處理在降低殺菌性后再進(jìn)入生化處理系統(tǒng) 該生產(chǎn)廢水處理方案 4廢水的治理難點(diǎn)在于：制藥廢

13、水對廢水處理過程中的生物菌種有很強(qiáng) 的殺傷力，含有部分不可生化和對微生物有抑制作用的有機(jī)物，進(jìn)水有機(jī) 濃度、色度高，水質(zhì)不穩(wěn)定；同時受現(xiàn)場占地面積小的限制，導(dǎo)致改造難 度增大。通過分析，確定了工程處理方案，決定采用“高壓脈沖電凝系統(tǒng) 物化處理一合絮凝技術(shù) （ 氣?。┮唤M合兼氧一 A 一加藥沉淀一生物活性炭 濾池”為主要處理單元的組合工藝路線。3.2.1 高壓脈沖電凝水處理技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理高壓脈沖電凝法（HVES）采用設(shè)計獨(dú)特的高電壓、小電流的電解技術(shù), 利用電化學(xué)原理，借助外加高電壓作用產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，把電能轉(zhuǎn)化為化 學(xué)能，經(jīng)單電凝設(shè)備即可對制藥廢水中的有機(jī)或無機(jī)物進(jìn)行氧化還原反 應(yīng)，進(jìn)而凝聚浮

14、除，將污染物從水體中分離，可有效去除廢水中的 油、磷酸鹽等各種有害污染物。采用高壓脈沖電凝技術(shù)具有的特點(diǎn)是：酸性條件下的有機(jī)廢水可直接電解，出水pH接近中性，可大幅度降低加堿量，進(jìn)而減少污泥量，降低運(yùn)行費(fèi)用；集電解與氣浮作用于一體，不需 另外加藥；與傳統(tǒng)的低電壓、大電流的電解模式不同，極板消耗較少, 更換方便，池內(nèi)設(shè)攪動設(shè)施預(yù)防堵塞；運(yùn)行穩(wěn)定，治理效果好，占地 少，沉渣量少；電凝設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用略高于生物法但比化學(xué)法低得多, 且污泥量遠(yuǎn)低于化學(xué)法。但電凝設(shè)備的一次性投資稍大。3.2.2 復(fù)合絮凝 （ 氣?。┘夹g(shù)降低抗生素殘余效價該廢水中含有土霉素，具有一定毒性，抗生素殘余效價會影響生物生 化，在

15、本工程中，采用復(fù)合混凝技術(shù)去除抗生素殘余效價，即采用硫酸 鋁、聚硫酸亞鐵、PAM及石灰對土霉素廢水進(jìn)行絮凝氣浮預(yù)處理。其作用機(jī) 理是絮凝劑中的Ca抖、AI計、Fe。+及其氫氧化物和有機(jī)聚合物PAM等，與 抗生素分子的活性基團(tuán)，如一 NH、一 0H等，形成難溶復(fù)合體理后，會使 廢水中的微生物種類和數(shù)量增多，生長正常，廢水性質(zhì)趨于普通有機(jī)廢 水。同時，通過混凝氣浮除渣后，為后續(xù)好氧生物降解減輕有機(jī)負(fù)荷。在 本工程中，采用一體式自吸高效氣浮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)固一液分離。該系統(tǒng)主要由 一體式自吸高效溶氣機(jī)、箱體、刮渣機(jī)、電控?zé)o堵塞釋放器和排渣系統(tǒng)組 成，它利用高效紊流容器裝置，產(chǎn)生強(qiáng)烈負(fù)壓，同時將空氣和水吸人主

16、機(jī) 的溶混室內(nèi)，在壓力的作用下，形成優(yōu)質(zhì)溶氣水，并由無堵塞釋放器將溶 氣水直接釋放到接觸室內(nèi)，再將絮凝后的污水引人分離室，在分離室內(nèi)使 溶氣水與污水混合吸附，并把懸浮物浮至水面，固液分離后，由刮渣機(jī)把 懸浮物刮人排渣槽，處理凈化后的水經(jīng)集水管排出。3.2.3 組合兼氧技術(shù)進(jìn)行水解酸化采用推流式兼氧接觸池，把反應(yīng)控制在水解酸化階段。內(nèi)部懸掛組合填料，可根據(jù)水質(zhì)水量情況，調(diào)整 DO及回流值。兼氧階段有中溫菌和低溫 菌進(jìn)行協(xié)調(diào)作用，故受外界氣溫和水溫的影響小，且兼氧菌不同于專性厭 氧菌種甲烷菌它是一種兼性菌種，在自然界中存在的量較多，容易培養(yǎng)， 一旦廢水中有機(jī)物發(fā)生變化，處理裝置也能很快適應(yīng)。這完全不同于厭氧 處理中的甲烷菌，對于甲烷菌而言，由于它是單一性菌種，只要底物發(fā)生 變化，甲烷菌就要衰亡。對于企業(yè)而言，其產(chǎn)品有可能不斷更新轉(zhuǎn)換，廢 水中的有機(jī)物成分亦會相應(yīng)發(fā)生變化。兼氧菌種的易殖性及其強(qiáng)適應(yīng)性， 使兼氧工藝較厭氧工藝更能適應(yīng)企業(yè)產(chǎn)品結(jié)。3.2.4 生物活性炭濾池進(jìn)行深度處理本工程出水要求達(dá)到GB8978- 1996 級標(biāo)給水排水準(zhǔn)，若完全使用生 化處理至達(dá)標(biāo)，則投資成本很高，且占地面積很大?？紤]到經(jīng)濟(jì)性和土地 限