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甘肃省职业技术学院毕业论文(设计)题目土霉素的生产工艺学生姓名孙双吉学号22院系生物技术与制药专业生物制药指导教师王鏴菊二〇一二年四月二十九日1土霉素的生产工艺孙双吉甘肃省职业技术学院750001摘要：目的：土霉素生产工艺的概述。方法：土霉素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（TerramycinOxytetracycline)属于抗菌素的一种，对多种球菌和杆菌有抗菌作用，对立克次体和阿米巴病原虫也有抑制作用，用来治疗上呼吸道感染﹑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工程概念，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土霉素简介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,4аR，5S，5аR，6S，12аS）-N-4-二甲胺基-1，4，4а，5，5а，6，11，12а-八氢，5,6，10，12，12а-六羟基-6-甲基-1，11-二氧代并四苯-2-甲酰胺。分子式：C22H24N2O9相对分子质量：460.581.1.2性状与理化性质[1]土霉素又名氧四环素，为灰白色至黄色的结晶粉末，无臭，味苦，熔点是180℃，在日光下颜色变暗在碱性溶液中易破坏失效。土霉素盐酸盐为黄色结晶，味苦，熔点190～194℃，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2水，溶于甲醇，微溶于无水乙醇，不溶于三氯甲烷和乙醚，在酸性条件下不稳定。添加到饲料中，在室温下保存四个月，效价下降4%～9%，制粒时效价下降5%～7%。1.2土霉素生产菌种土霉素是由放线菌（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、离心干燥四个阶段。其生产工艺流程，如图2.1：图2.1土霉素的生产工艺流程简图2.2发酵工艺流程2.2.1斜面孢子制备首先培养三支斜面孢子,斜面孢子的培养基是由麸皮和琼脂组成，用水配制。培养孢子条件：斜面孢子在36.5～36.8℃培养，不得高于37℃。若36℃超过2小时则生产能力明显下降，不可用于生产。而且在袍子培养过程中还需保持一定相对湿度，湿度55%～60%。培养时间96个小时。将三支斜面孢子加入无菌水之后制成悬浮液。将悬浮液放置于4℃～6℃的冰箱中备用。2.2.2一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℃，采用夹套式换热（自动温度调3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6.0～6.4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。培养温度为31℃，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，pH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采用实罐蒸汽灭菌法灭菌，接种量为15～20%，发酵全程温度控制在30～31℃，分段培养。采用列管式换热（自动温度调节），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/m。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pH低于6.4时，开始通氨，通氨量的多少参考pH。要求100h前pH在6.3～6.5，100h后pH6.2～6.3，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4.0～5.0%，100h至150h控制3.5～4.0%，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酸化土霉素能和钙、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)。在发酵过程中，这些复合物积聚在菌丝中，在液体中的浓度不高。发酵结束后，土霉素大部分沉积在菌丝中，发酵液中很少。因此，应对土霉素发酵液进行酸化等处理，使菌丝中的单位释放出来，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要求，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白质的凝结，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，并可促使差向土霉素等异构物的产生。在采用草酸作酸化剂时，必须降低温度，要求15℃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，应进行草酸回收工作。鉴于以上因素，酸化剂采用草酸和盐酸。2.3.1.2酸化pH的控制加草酸酸化调pH的目的是为释放菌丝中的单位，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。目前工艺上控制在1.6～1.9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，且草酸用量加大，将增加单耗和成本。2.3.1.3发酵液的纯化4发酵液中同时存在着许多有机和无机的杂质，为了进一步提高滤液质量，为直接沉淀法创造有利条件，必须在发酵液的预处理过程中添加纯化剂。目前生产上是利用黄血盐和硫酸锌的协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。滤布可以去除一些杂质。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素的利用率，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，由其中的122-2树脂进行脱色。该树脂在酸性滤液中氢离子不活泼，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中带正电的铁离子、色素及其它有机杂质，从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，使其吸附的色素和杂质解离出来，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：2.4.2结晶土霉素发酵液经过上述预处理后，即可在酸性脱色液中用碱化剂调节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、氢氧化铵、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pH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2～3%NaHSO3，Na2CO3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。52.4.2.2pH的控制与产量和质量关系在连续结晶过程中，pH的高低对产品质量有一定影响。土霉素的等电点为pH4.6～4.8，在pH4.5～7.5之间，游离碱在水中的溶解度几乎不变。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的蛋白质)同时沉淀析出，影响产品的色泽和质量；若pH控制得较低一些，对提高产品质量虽有好处(即上述蛋白质等杂质不同时析出，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。若沉淀结品质量发现较差时，pH值可控制得稍低些，有利于改善结晶质量，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pH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本稳定。故可以结晶最大流量为基准，安排一套连续进行2.5h的结晶设备，使调好pH的结晶液在流动情况下有一段晶体成长的足够时间，即可达到结晶完全的目的。2.5离心干燥工艺流程2.5.1离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目的筛网，制成颗粒后进入三级旋风干燥器中，干燥后得到成品。2.5.2.2湿成品干燥记录：干燥时间8h；风压0.04MP；投料温度185℃；卸料温度80℃。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——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量的高浓度有机废水(结晶母液)，水中有机物来自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.63.2该生产废水处理方案[4]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“高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／一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高压脉冲电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压、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中的有机或无机物进行氧化还原反应，进而凝聚浮除，将污染物从水体中分离，可有效去除废水中的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：①酸性条件下的有机废水可直接电解，出水pH接近中性，可大幅度降低加碱量，进而减少污泥量，降低运行费用；②集电解与气浮作用于一体，不需另外加药；③与传统的低电压、大电流的电解模式不同，极板消耗较少，更换方便，池内设搅动设施预防堵塞；④运行稳定，治理效果好，占地少，沉渣量少；⑤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中含有土霉素，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