红霉素链霉菌发酵液中提取红霉素

1、目录目录1一、设计背景11.1、红霉素简介11、抗生素分为12、红霉素的作用及应用范围：13、目前市场上的主要红霉素商品有：11.2、红霉素的生物合成1合成机理11.3、红霉素的生产原理及步骤2二、红霉素的生产流程22.1、一般流程22.2、发酵工艺要点21、种子22培养基3(1)碳源：3(2)氮源：3(3)前体：33培养条件的控制3(1)通气和搅拌：3(2)温度：3(3)pH：3(4)中间补料：3(5)通氨：3(6)发酵液浓度的控制：3(7)泡沫与消沫42.3、发酵液的成分和提取难度分析41、发酵液的成分42、红霉素的分离提纯具有以下特点:4三、提取红霉素的方法选择43.1、预处理41、预处

2、理的目的:42、发酵液预处理的常用方法:5（1）加水稀释法和加热法：5（2）调节PH值：5（3）凝聚和絮凝：5（4）使用惰性助滤剂：5（5）使用反应剂：5（6）膜处理5（7）离心：53、预处理方法的选择53.2、固液分离及粗提取53.3、分离纯化61、传统的提取工艺溶媒萃取法6（1）原理：6（2）缺点：6（3）实际生产中还存在的问题7（4）改进方案溶媒萃取结合中间盐沉淀法72、萃取法提取红霉素的改进技术8（1）固定床溶剂萃取法8（2）以乙酸仲丁酯为萃取剂8（3）薄膜浓缩法8（4）双水相萃取8（5）相转变萃取93、盐析法94、膜分离技术的应用9（1）50nm陶瓷膜过滤10（2）超滤纳滤10（3）

3、100nm陶瓷膜微滤纳滤105、大孔树脂吸附法的应用103.4、各种分离纯化方法的比较：11四、工艺流程设计124.1、总工艺流程图：121、工艺过程12（1）絮凝剂13（2）超滤13（3）纳滤膜浓缩系统13（4）萃取、结晶14（5）EA(挥发性有机物萃取吸收)系统142、优点分析14第15页一、设计背景1.1、红霉素简介1、抗生素分为：1、-内酰胺类如青霉素类、头孢类等。 2、氨基糖苷类如链霉素、庆大霉素等。 3、大环内酯类如红霉素、麦迪加霉素等。 4、四环素类如四环素、土霉素类等。红霉素是大环内酯类抗生素，是一种碱性抗生素，红霉素可分为四类：红霉素A、B、C、D（R1、R2基团不同）红霉素

4、A是白色或类白色的结晶性粉末，微有吸湿性，味苦，易溶于醇类、丙酮、氯仿、酯类（如乙酯、丁酯、戊酯等），微溶于乙醚。在水中的溶解度为2mg/ml（25左右），它随着温度的升高而减少。在室温和pH 68的条件下，其溶液相当稳定，温度升高稳定性下降。红霉素熔点为135140（游离碱水合物），190193（无水游离碱）。且具有旋光性和紫外吸收峰。红霉素碱能和有机酸或无机酸类结合成盐，其盐类易溶于水。在临床上具有广泛用途的是红霉素A，它的抑菌活性最高。2、红霉素的作用及应用范围：红霉素是广谱抗生素，对格兰阳性菌作用强，临床上主要用于呼吸道感染、皮肤与软组织感染 、泌尿生殖系统感染及胃肠道感染等。用于治疗

5、腹泻、菌痢、胆结石、胆囊炎、绿脓杆菌继发感染、支气管炎、哮喘和脓毒性心内膜炎皆有效。红霉素还起到预防心脏病的作用，用于辅助治疗肺癌和节段性回肠炎。亦可用于预防风湿季节性发作。红霉素得多副作用小。主要副作用为恶心和呕吐等胃肠道反应，适用于青霉素过敏者。其作用机理是：核糖体是细胞中蛋白合成场所，无论原核或真核细胞内核糖体的含量都与细胞蛋白合成活性直接相关。一旦核糖体功能受到破坏，细胞会由于不能合成蛋白而死亡。红霉素在细胞中的作用对象就是核糖体，其作用方式有两种：一是抑制50S核糖体大亚基的形成，另一个是抑制核糖体的翻译作用。3、目前市场上的主要红霉素商品有：红霉素软膏、罗红霉素、红霉素眼膏、红霉素

6、肠溶胶囊、红霉素肠溶片、红霉素片、罗红霉素片、红霉素分散片等等。1.2、红霉素的生物合成合成机理 红霉素的生源主要来自葡萄糖和氨基酸，其生物合成过程是一个相当复杂的过程，下面是红霉素生物合成的最后几步：丙酸盐经过多步反应形成中间体6-脱氧红霉内酯B；在C-6上进行羟基化反应形成红霉内酯B；L-红霉糖转至内酯环的C-3位羟基上形成3-L-碳霉糖基红霉内酯B；D-红霉氨基糖结构部分转移至C-5羟基后得到红霉素D；红霉素D在C-12羟基化可得红霉素C，红霉素C再甲基化则得红霉素A；红霉素D的红霉糖部分甲基化可形成红霉素B 。 红霉素生物合成过程中红霉素反馈调节生物合成最后一步酶甲基化酶的活性，而丙酸

7、激酶和丙酰-CoA羧化酶的活化与红霉素合成有关。1.3、红霉素的生产原理及步骤红霉素是由红色糖多孢菌（红霉素链霉菌）发酵产生的。生产上一般是将其孢子悬液接入种子罐，种子扩大培养2次后移入发酵罐进行发酵，发酵液经过预处理后，再经溶剂萃取进行分离纯化，最后经浓缩结晶干燥后的成品。 生产步骤一般为：红霉素产生菌的培养、红霉素的生物合成、发酵、发酵液的预处理和过滤、红霉素的提取、红霉素的精制。二、红霉素的生产流程孢子培养 孢子培养种子培养 2.1、一般流程子斜面孢子母斜面孢子沙土孢子 37,710天5 .6070h37,710天 发酵 种子培养发酵液提取与精制二级培养液一级培养液 31 , 15016

8、0h3335 ,3540h 红霉素发酵属于好氧发酵过程，在发酵过程中，需不断通入无菌空气并搅拌，以维持一定的罐压和溶氧。 发酵过程中应严格控制发酵温度、发酵液还原糖量、pH值、溶氧量及发酵液粘度等，以便红色糖多孢菌能够大量合成红霉素并排至胞外。生产中还要加入消泡剂以控制泡沫。 在发酵期间每隔一定时间也要取样进行分析、镜检及无菌试验，检测生产状况，分析或控制相关参数2.2、发酵工艺要点 1、种子 红霉素斜面袍子培养基是由玉米浆、淀粉、氯化钠、硫酸铵等组成。其中玉米浆质量对袍子的外观及生产能力有直接影响，会出现“黑点”(即灰色焦状茵落)。有的生产厂以蛋白陈代替玉米浆会使黑点减少甚至不出现，但其袍子

9、量少。 袍子培养基消毒后必须快速冷却为妥，过长对袍子生长不利。温度37，湿度要求50左右，母瓶斜面培养9d，子瓶斜面培养7d。要求成熟的把子呈深米黄色，色泽新鲜、均匀、无黑点，把子瓶背面有红色色素，并要求每瓶的袍子数不低于1亿个。将子瓶斜面把子制成袍子悬浮液，用微孔接种的方式接人种子罐。 种子罐及繁殖罐的培养基由花生饼粉、蛋白陈、硫酸铵、淀粉、葡萄糖等组成。种子罐的培养温度为35，培养时间65h左右；繁殖罐培养温度33，培养时间40h左右。均按移种标准检查，符合要求进行移种。 2培养基 发酵培养基成分由黄豆饼粉、玉米浆、淀粉、制钩糖、碳酸钙、硫酸铵、磷酸一氢钾等组成。 (1)碳源：以葡萄糖为主

10、(占80一85)，其次是淀粉(占15一25)。为了降低成本与节粮，生产上常用母液糖代替固体葡萄糖。 (2)氮源：以黄豆饼粉为主，其次是玉米浆和硫酸铵。中间补料有花生饼粉、蛋白陈、酵母粉及氨水。黄豆饼粉因消毒时泡沫较多，故一、二级种子罐及后期补料用部分花生饼粉代替，玉米桨质量对红霉素生物合成也有影响。有的工厂以玉米胚芽粉代替，因玉米胚芽粉的合磷量低于玉米浆，因此配方中无机磷用量相应增加。采用丰富培养基往往能提高发酵单位，但培养基丰富了，固形物增加使溶解氧随之下降，限制了抗生家产量的近步提高。采用基础原料液体化，即用蛋白酶水解各种饼粉，取滤液(酶解液)代替固体饼粉进行发酵，6加上酶解液进行中间补料

11、就使摇瓶发酥单位大幅度提高。 (3)前体：根据红霉家生物合成途径红霉家c转为红雷素A需要甲基供体。发酵过程加入丙酸或丙醇作为前体以提高红霉家A的产量。两酸作前体时其加入量、加入速度及加入浓度控制不当易使菌丝自溶，甚至全罐损失。最好加入水稀释降低丙胶浓度，减慢加入速度或用丙酸钠代替。丙醇作前体时，代谢较稳定，对pH影响小，发酵单位及成品的量都比较高，但要注意防火安全。 国外介绍，菌种选育时用豆油作碳源可使产生菌利用脂肪酸的能力相应提高培养基也用豆油作碳源，可不加前体，非但能提高单位，还可延长周期。 3培养条件的控制 (1)通气和搅拌：发酵最初12小时内通气量保持在0.4vvm，12小时后控制在0

12、.81.0vvm，所用搅拌输入功率为1.52kW/1000L。增大空气流量和加快搅拌转速会提高发酵单位，但必须加强补料的工艺控制，防止菌丝早衰自溶。 (2)温度：采用全程31培养，红色链霉菌对温度较敏感，若前期33培养，则菌丝生长繁殖速度加快，40h新度即达最高峰，但衰老自溶亦快，发酵液容易下降。31培养菌丝生长虽比33馒，48h新度方达最高峰，但衰老较馒，使新度下降速度减缓，转稀时间推迟。(3)pH：整个发酵过程维持在6672，菌丝生长良好，不自治，发酵单位稳定。如在接种后24h内pH过低或偏高，则菌丝生长较馒，生物合成水平的差别也很显著，特别在发酵前期，当pH为5763时发酵终厂的单位仅为

13、对照的一半。当PH为53时已经生成的红霉素全部失效，菌丝自溶。当PH为63时红霉素部分失效，pH在6769有利于红霉素的生物合成。 (4)中间补料：发酵过程中还原糖控制在12一16范围内，每隔6h6D入葡萄糖，直至故罐前1218h停止加糖。有机氮源一般每B4r34次。根据发酵液新度的大小决定补入量的多少，若新度低可增加补料量；反之，则减少补料量，甚至适量补水，故罐前24h停止补料。前体一般在24h，当发酵液变浓，pH高于65时开始补入，每隔24hAR一次，全程共加4至5次，总量为o7一o8。 (5)通氨：红霉素适宜后期通氨对提高发酵单位和成品质量均有好处，氨水加入方式以滴加为佳。 (6)发酵液

14、浓度的控制：在一定的强度范围内，红霉素c含量与发酵液浓度呈负相关的关系。因此，适当提高发酵液浓度能减少红霉素c组分的比例，从而保证成品质量。 发酵液熟度与搅拌功效、氮源补人量及培养温度有关。通过减慢搅拌转速、改变搅拌叶型式、降低罐温、增加有机氮源补量，滴加氨水等能提高发酵液的教度。但熟度过高会影响溶解氧的浓度，单位明显下降，所以必须因地制宜进行发酵工艺控制。 (7)泡沫与消沫：因发酵培养基有黄豆饼粉，故在培养基消毒及通争气时泡沫较多。一般以植物油(豆油或菜油)做消沫剂，不宜一次多量加入。2.3、发酵液的成分和提取难度分析1、发酵液的成分红霉素是通过红色链霉菌发酵而来的，发酵液中除含有约0.40

15、.8%的红霉素外，绝大部分是菌丝体、蛋白质、色素、油等杂质，这些杂质的存在导致发酵液的黏度较大，较难过滤，同时蛋白质和油等的存在使得溶媒萃取时将产生严重的乳化现象。从红霉素的组分来看，红霉素是多组分的抗生素，只有其中的红霉素A为有效组分，红霉素B、红霉素C为杂物，红霉素c和A的结构极为相似，但红霉素C抗菌活性比A低很多，其毒性却是它的2倍。由于两者在提炼过程难以分离，故要提高产品质量、提高产品的抗菌活性和降低毒性(即减少成品中的红霉素C含量)。随着发酵技术水平的提高，国内外的红霉素生产厂家都将发酵单位提高到了10000U/ml(约1 0mg/ml)，副产物含量也得到了有效的控制，但是国内红霉素

16、的菌种仍存在红霉素C含量难以降低的问题。2、红霉素的分离提纯具有以下特点:（1）、目标产物浓度低。在发酵液中, 红霉素的浓度很低, 约占0.4%、0.8% 。绝大部分是菌丝体、蛋白质、色素、油等杂质。众所周知, 分离对象的初始浓度越低, 分离提纯的成本就越高; 尤其是蛋白质和油等的存在，在溶媒萃取时将产生严重的乳化现象。（2）、红霉素的性质不很稳定, 且发酵液容易被污染, 这就对能够采用的分离技术手段造成了严格的限制;（3）、红霉素发酵液中杂质的浓度相对较高, 其中一些杂质的性质和红霉素很相似, 用一些常规的分离技术无法将它们分离以获得高纯度的红霉素产品:（4）、红霉素往往直接作为医药用品,

17、需要符合特殊的质量和安全要求。上述特点决定了红霉索分离提纯工艺的复杂性及重要性。三、提取红霉素的方法选择u 提取的一般步骤：分离纯化精制固液分离预处理从3.1、预处理1、预处理的目的:（1）、改变发酵液的物理性质,促进从悬浮液中分离固形物的速度,提高固液分离器的效率。（2）、尽可能使产物转入便于后处理的一相中(液相)。（3）、去除发酵液中的部分杂质（菌丝体、蛋白质、色素、油、多糖等）,以利于后续各步骤的操作。2、发酵液预处理的常用方法:（1）加水稀释法和加热法：加水稀释法能降低液体粘度，但会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务。而且，单从过滤操作看，稀释后过滤速率提高的百分比必须大于加水比

18、才能认为有效，即若加水一倍，则稀释后液体的粘度必须下降50以上才能有效提高过滤速率。 加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。加热可有效降低液体粘度，提高过滤速率。同时，在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善了发酵液的过滤特性。 对于粘度较高的发酵液，稀释或者加热可以降低发酵液黏度，有利于输送和过滤等后续操作。（2）调节PH值：发酵液预处理时用NaOH将pH值调至7.88.2，控制加料速度并开搅拌，防止局部过酸。但不能过高，否则会引起红霉素的碱性破坏，同时碱性高对乳浊液的稳定性有利，使乳化严重。pH过低，对红霉素稳定性不利，易发生酸性水解，影响收率。调节pH值可以

19、改善发酵液吸附性质和使蛋白变性。对于加入离子型絮凝剂的发酵液，调节pH可改变絮凝剂的电离度，从而改变分子链的伸展状态。（3）凝聚和絮凝：絮凝预处理能显著加快发酵液中固体颗粒的沉降，提高过滤速度。（4）使用惰性助滤剂：助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，吸附胶体，扩大过滤面积，滤速增大。助滤剂的添加可以改善发酵液过滤性质。助滤剂作为胶体粒子的载体，均匀地分布于滤饼层中，相应地改变了滤饼结构，降低了滤饼的可压缩性，也就减小了过滤阻力。（5）使用反应剂：改善过滤性能较好的方法是加入一些反应剂，它们能相互作用，或和某些溶解性盐类发生反应生成不溶解的沉淀。生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具

20、有块状结构，沉淀本身即可作为助滤剂，并且还能使胶状物和悬浮物凝固。甲醛溶剂和水有较强的作用，破坏了蛋白质分子周围的水膜，很容易引起蛋白质分子相互碰撞发生凝聚而变性（灭活）。硫酸锌是重金属盐，能使蛋白质变性而沉淀，从而提高滤速及滤液质量。硫酸锌还起到酸化和助滤剂的作用。（6）膜处理：具有高效、节能、过程简单、容易操作和控制、不污染环境等优点（7）离心：高速离心能耗大、设备昂贵，因而得不到推广应用。国内有些厂家仿效国外的做法, 采用高速蝶片式喷嘴离心机分离菌体, 虽有一定效果, 但对菌丝较轻细的肌苷菌体至今未取得满意的结果且设备价格昂贵。3、预处理方法的选择由于红霉素的溶解度随温度的升高而降低，所

21、以不采用加热的方法。离心法设备价格昂贵，能耗大，在实际生产中难以广泛应用。絮凝法除菌率较高，但去除蛋白和多糖的效果较差，导致溶液黏度很高，影响后续结晶过程。经过以上分析，决定采用加入絮凝作为预处理的方案。其原理是利用电荷中和及大分子桥联作用形成更大的粒子，可以使固形物颗粒增大，容易沉降、过滤和离心，提高了固液分离速度和液体的澄清度。3.2、固液分离及粗提取Ø 固液分离是将悬浮液中的固体和液体分离的过程，如将发酵液中的细胞、菌体、细胞碎片以及蛋白质沉淀物等物质分离。主要固液分离技术及其特点方法原理设备特点缺点离心在离心产生的重力场的作用下，加快颗粒的沉降速度常用碟片式离心机 适用于大规

22、模工业应用，可连续或批式操作，操作稳定性较好，易放大、推广；半连续或批式操作时出渣、清洗繁杂，连续操作固形物含水量高，总的分离效率低。设过滤依据过滤介质的空隙大小进行分离常用板框过滤机设备简单，操作容易，适合大规模工业应用分离速度低，分离效果受物料性质变化的影响，劳动强度大，自动化程度很低，需要添加大量助滤剂，更换大量滤布，产生大量废水废渣，污染环境，增加成本，产品质量差、收率低。膜分离依据被分离的分子大小和膜孔大小进行分离平板、卷曲、中空纤维、管式超滤器用于粗分离、脱盐、浓缩、可无菌、批式或连续操作，适用性好，容易放大，、易于控制。高效、节能、环保。膜容易污染，分离效果与物料处理及性质关系密

23、切。需精心护养、清洗。经过上述分析，我们采用膜分离的方法来进行固液分离。3.3、分离纯化常用方法介绍：1、传统的提取工艺溶媒萃取法（1）原理：在碱性环境下，红霉素可以从水相转移到有机相萃取;而在酸性环境下，可以从有机相转移到水相反萃取;在重复的相转移过程中实现红霉素的浓缩和杂质的去除。实际生产中一般经历两到三次有机相萃取，然后往有机相中加入丙酮，降温结晶，得到红霉素晶体。这种提取红霉素的方法称之为溶媒萃取法，它的主要工艺流程：冷冻结晶分离提取、离心15%20%NaOH调节pH7.88.20.1%HCHO, 3%5%ZnSO4 板框过滤 发酵液一级萃取二级萃取提取、离心分离加 10%丙酮结晶液分

24、离、洗涤离心 真空干燥湿晶体 成品（2）缺点：使用溶媒法萃取的缺点十分明显：、为了提高萃取收率，往往采用多级萃取，有机溶剂消耗很大，导致成本高，同时溶媒回收耗能大，废液处理量大。、第一级萃取时，发酵滤液中含有大量的表面活性物质及过滤未能去除的细微固体颗粒，乳化现象十分严重，因此需要大型的离心设备和较好的通风防火措施，即使如此收率也会因不可避免的乳化而严重降低，并且还加大了工厂的投资及运行成本。、萃取时需要高的pH值，一般在10以上，反萃取时又需要低的pH，一般在5以下，容易引起红霉素的降解，其中以酸性降解较易发生，因此在转入酸性缓冲盐后需要立即用碱溶液将pH调到7以上。、后得到的产品质量不好，

25、往往需要丙酮重结晶才能得到合格的产品，即在二次丁酷提取液中，加入定量的丙酮，冷却至一5以下，放置结晶，即析出红霉素。（3）实际生产中还存在的问题除开上述的缺陷，在使用溶媒反复萃取法或者溶媒结合中间沉淀法实际生产红霉素的过程中我们会发现在对发酵液进行预处理及板框过滤时，存在着许多亟待解决的问题。以ZnSO4作为絮凝剂。在碱性条件下，在红霉素发酵液中加入ZnSO4，将红霉素发酵液中的蛋白质絮凝沉降，这一过程叫做红霉素发酵液的碱化，碱化后的发酵液，叫做碱化液。再利用板框压滤机将碱化液过滤，得到滤液再进入下工序，得到的滤饼即为红霉素菌渣。尽管企业通过筛选优良的菌种，优化发酵配方和发酵控制，使硫氰酸红霉

26、素的有效成分红霉素A的含量有了较大的提高。但是硫氰酸红霉素成品的透光率一直达不到90%以上，导致产品竞争力下降，影响企业效益和产品形象。通过研究分析发现，这项指标较低主要在发酵液的过滤环节中未能有效的除去发酵液中残留的有机物以及红霉素产生菌的菌体，这些杂质大部分会在精制结晶过程中包裹在晶体之中，最终导致成品的透光率较低。在上述红霉素生产提取采用的生产过程中，红霉素发酵液碱化后的过滤环节，不仅是决定提炼收率和成品质量的关键所在，而且是红霉素生产过程中90%以上三废产生的环节。就产量和质量而言，如果过滤的质量差，发酵液中的菌丝体不能有效的去除，必将带入红霉素滤洗液。在萃取的过程中不仅会导致大量的乳

27、化现象，造成萃取收率下降，溶媒损耗增加，而且会影响萃取液的澄清度，进而影响成品质量。由于红霉素生产过程中所产生的废水主要来源于滤洗液经萃取以后的废水，即滤洗液的体积就是废水的体积。所以在过滤的过程中，在保证过滤收率不变的情况下，如果能够提高红霉素滤洗液的效价，则可有效的减少滤洗液的体积。也就是说可降低废水的体积。因此，红霉素发酵液的过滤工艺对于红霉素的提取起着至关重要的作用。在新型提取设备的应用方面。目前国内还比较落后。在对红霉素滤洗液进行分离萃取时大多采用国产的DRY500碟片式离心机。该离心机运行5-6小时后就必须进行人工拆卸、清洗、费时费力，影响生产进度，而且运行时仅靠人工检测pH值，导

28、致运行数据波动大，影响到萃取效果和萃取液质量，运行效率较低。同时，机器运转状况不能及时有效的得以反馈，出现故障时难以及时判断和处理。若能采用较为先进的离心机来提高红霉素滤洗液的萃取收率，为提高硫氰酸红霉素的生产水平进而提高红霉素的产量奠定良好的基础;同时还能对离心机进行实时监控，及时、准确地调整其运行状态，且当机器出现故障时能及时调整和处理，以提高其运行效率就成为企业提高硫氰酸红霉素生产水平时急待解决的问题。乳化现象。由于红霉素滤洗液中夹杂有发酵后剩余的大量可溶性蛋白质和油等杂质，在进行离心分离和溶媒萃取时易发生乳化现象，从而使含有大量红霉素分子的溶媒相夹杂在水相层中随废水而被废弃，造成很大浪

29、费，也影响了红霉素滤洗液的萃取收率的提高。对此，目前采用的主要方法是通过在溶媒萃取时加入破乳剂，降低乳化程度来提高红霉素滤洗液的萃取收率。在破乳剂的实际应用方面效果都不是很理想，存在单位发酵液用量较大，有毒，易造成环境污染，有些夹杂在萃取液中难去除等问题。所以，急需寻找一种能在生产实际中应用，高效、价廉、低毒且污染小的破乳剂，降低萃取时的乳化程度，以求减少浪费，大幅提高硫氰酸红霉的生产水平。没有回收工艺。对硫氰酸红霉素和红霉素乳酸盐转化红霉素离心后的母液中红霉素单位高达50000-90000 a/ml，因成本及工艺等方面原因，重视不足，尚未见相关回收工艺。（4）改进方案溶媒萃取结合中间盐沉淀法

30、为了取消反复萃取和提高产品质量，研究者进一步开发了溶媒萃取结合中间盐沉淀法。该方法无须经历两次萃取，而是在一次或二次有机溶剂萃取液中或者在一次或二次反萃液中使红霉素转成盐的形式沉沉下来，包括草酸盐、乳酸盐和硫氰酸盐，以硫氰酸盐和乳酸盐最为广泛。该方法利用成盐反应结晶过程使得红霉素从众多杂质中沉淀出来，成品质量较好，可以省去后续的丙酮重结晶，而且其盐的形式本身就是可出售商品，大大节省了工艺流程。然而该方法的第一步仍是用有机溶剂从发酵滤液中萃取红霉素，乳化问题和有机溶剂用量大的问题依然存在，破乳剂和大型离心机无法割除，即使使用，收率依然较低。溶媒萃取结合中间盐沉淀法工艺的缺陷：在红霉素发酵液的过滤

31、过程中采用板框作为过滤设备，为了保证基本的过滤收率，过滤过程中需要大量的清水反复的洗涤板框内滤饼，尽可能减少残留在滤饼中的红霉素，所以废水排放量基本是发酵液体积的四倍以上。因此，在传统的过滤过程中产生了大量的废水，企业废水处理成本较大，导致产品生产成本升高。在红霉素发酵液的碱化过程中，需要使用了大量的ZnS04，同时需要大量的优质液碱。随着国家宏观调控，ZnSO4的价格成倍的上涨，导致红霉素发酵液碱化的成本不断攀升。在过滤后形成的滤饼中，含有大量的Zn2+，由于金属污染，滤饼无法实现再利用，给当地的土壤造成严重的污染。 在碱化的过程中使用了大量的ZnS40,Zn2+和蛋白质反应，S042-存在

32、在滤液中，经萃取后残留在废水中，在废水处理的过程中产生大量的HZS气体，不仅造成大气污染，而且H2S气体易燃，给安全生产带来较大威胁。板框压滤机占地面积大，每一批过滤结束后清洗所用人工多，工作环境差，板框的冲洗过程中用水量大，冲洗水无法回收利用，这部分废水的处理成本也是导致生产成本提高的原因之一。板框压滤机在使用过程中需要人为的添加滤布、清洗滤布，劳动强度大，导致生产效率低，同时产生大量废水废渣，污染环境，在使用中还必须加入助滤剂，从而影响产品的纯度和收率，使产品质量较差且产品收率低；在红霉素发酵液的碱化过程中，难以避免造成局部过碱或者过酸造成红霉素A降解的现象，在压滤机的过滤过程中各板框之间

33、的差异较大，可见，传统的过滤工艺稳定性差，所以产品质量和过滤收率波动较大。2、 萃取法提取红霉素的改进技术（1）固定床溶剂萃取法 将萃取剂浸渍在多孔介质中，运用固定床技术进行萃取可改善溶媒萃取法中因存在乳化而导致的产品损失问题。根据华东理工大学曹正芳等采用固定床溶剂萃取技术提取发酵滤液中的红霉素实验，可知该法可有效克服乳化，减少红霉素和溶剂的损失，在相比v/w )为1/25时.萃取率可达9 5%左右。而传统溶媒萃取法的相比为1/1时才能达到同效。采用纯溶剂作为洗脱剂，洗脱率达到95%，避免了传统溶剂萃取过程中反复萃取和反萃所造成的产品损失，产品收率和产品质量明显提高。与此同时操作条件温和、方便

34、，不需采用超速离心机等特殊设备，减少了设备投资费用和动力消耗。该法主要原理是将一定量的经过严格筛分的浮石颗粒装人自制的萃取柱中，缓慢滴加醋酸丁醋萃取剂，于一定温度下浸渍数小时，过量的醋酸丁醋从浮石颗粒间排出注人一定量的红霉素发酵滤液，收集流出液，并测定其效价。（2）以乙酸仲丁酯为萃取剂 依照胡先念等人的研究用乙酸仲丁酯或者含有乙酸仲丁酯的萃取剂（乙酸乙酯，正丁醇，乙酸正丁酯，乙酸正戊酯等）代替溶媒法中的乙酸丁酯，可以提高红霉素的萃取收率。 缺点是：原料成本高（3）薄膜浓缩法 通过薄膜浓缩板框过滤后的萃取液，可以减少醋酸丁酯耗用量，与溶媒法相比节省30%，但红霉素的收率低于溶媒法约510 %。（

35、4）双水相萃取Ø 原理：双水相就是当两种聚合物或一种聚合物与一种盐类溶于同一溶液，由于聚合物溶液间或聚合物与无机盐溶液间具有不相容性，使得当聚合物或无机盐的浓度达到一定值以上时，就会分成互不相溶的两相系统，由于其共同溶剂是水，就称此系统为双水相系统。一般认为僧水性差异是产生相分离的主要推动力。由于聚合物分子的空间位阻作用，相互间无法渗透，具有强烈的相分离倾向，混合时浓度达到一定时，就不能形成单相溶液。u 双水相萃取的优点：分相迅速。在实验中观察到，采用ATPE处理发酵液，约30分钟即可分相，且无乳化层，处理时间较传统预处理时间短，缩短了整个工艺周期。过程集成。双水相萃取既达到了预处理

36、的目的，又浓缩了料液。表现为，大量的蛋白质、菌丝体在下相(盐相)中沉淀下来，红霉素进人上相，上相体积较发酵液大为减少，浓缩倍数达到了4以上，充分体现了双水相技术适用于生物产品粗分离的特点。同时，下相经过离心分离后，得到蛋白质等副产品，可直接作为饲料，而传统预处理中，由下使用了ZnS04沉淀下来的蛋白质用作饲料会产生Zn2+中毒现象，需进一步处理。节省溶媒。采用薄膜浓缩工艺，将预处理过的发酵液浓缩到原体积的1/2.5-1/3后，再用醋酸丁醋萃取，醋酸丁醋用量比溶媒法节省30%，本法的浓缩倍数达到了4以上，因此有理由相信，此工艺也可大大节省溶媒用量。（5）相转变萃取Ø 原理：选择一种能与

37、发酵液完全互溶的有机萃取剂，将其与发酵液以一定比例混合，然后在混合液中添加一种溶于水而不溶于萃取剂的惰性物质，该物质溶于发酵液和有机萃取剂的混合溶液后，能显著降低萃取剂在发酵液中的溶解度，使萃取剂从发酵液中游离出来，系统由均相转变成非均相，伴随着相转变红霉素从发酵液中转移到萃取剂中，从而实现红霉素的分离。根据此原理，华东理工大学乐清华等采用乙腈做萃取剂，氯化钠做惰性物质实现了萃取率>97%，收率>%。但整个过程中使用的氯化钠的量占发酵液重量的15%-25%，这样的结果是导致废液的处理困难，同时乙腈的用量也占发酵液体积的2/52/3，乙腈是一种毒性很强的物质，因此纯化后的红霉素产品中

38、乙腈的量必须控制在合理的范围内，在生产过程中，乙腈也会对操作人员的身体造成一定的毒害作用。3、盐析法 向发酵滤液中加入足够量的氯化钠或硫酸钠或其他盐类，从而降低红霉素的溶解度，使之从水相液中析出;或在用疏水性有机溶剂萃取红霉素时，同时加入足够量的氯化钠或硫酸钠或其他盐类，从而提高红霉素在有机相中的分配系数。根据潘贞德的研究，在向发酵滤液中加入足量的氯化钠或硫酸钠或其他盐类，然后调发酵滤液PH到7.5 - 11.5(也可以先调PH，后加入盐)，红霉素便从发酵滤液中析出，其析出率可达到95%以上;然后采用过滤或离心的方法来收集析出的红霉素。也可以在发酵液中加入适量(相当于发酵滤液体积的550%)疏

39、水性溶剂(如:乙酸乙酯、乙酸丁酯），由于盐的存在降低了红霉素在水中的溶解度，提高了红霉素在有机相的分配率，可以使萃取率达97%以上。这种方法可以减少溶剂的用量1/22/3，最后红霉素的得率在96.397.3%。4、膜分离技术的应用近几年，膜分离技术悄然兴起，在各行各业不断的推广应用，取得良好的应用效果。根据青霉素、谷氨酸等发酵产品生产过程中采用膜过滤设备所积累的成功经验，可知膜过滤过程简单、经济、节能、高效，无二次污染。大多数膜分离过程中物质不发生相变，分离系数较大，操作温度可为常温，可直接放大，可专一配膜等。相对与传统工艺，膜分离具有以下优点:工艺简化，一次性投资少，方便维护、操作简便，运行

40、费用低，节省资源;运行无相变，不破坏产品结构，分离效率高，提高产品的收率和质量;不需用溶剂或溶剂用量大大减少，从而废水处理也变得更加容易。 膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，利用膜对混合物各组分渗透性能的差异实现分离、提纯或者浓缩的新型分离技术，近似于筛分过程。现代的膜分离技术主要是指用天然或人工合成的高分子薄膜、无机膜和复合膜等膜传质的驱动力是多种多样的，有电能、化学能、位能、热能和光能等，其广泛应用化学工程、生物学、医学、食品、石油以及环境保护等行业。应用于红霉素提取的主要是微滤（MF，0.02-10m）、超滤（UF，0.0010.02m）和纳滤（NF,110nm ）。新工艺采用陶瓷膜

41、、树脂以及纳滤膜技术来浓缩和纯化红霉素料液，替代了原有的板框+萃取来浓缩料液的工艺，可以有效的减少环境污染，污水排放，提高红霉素产品的质量，提高产品的竞争力。（1）50nm陶瓷膜过滤熊福军等采用50nm陶瓷膜对刚出罐起始温度30左右的红霉素发酵液进行除杂过滤，实验的平均通量能达到120-130 L/（m2 h），红霉素的回收率可达到97.5%-99.5%。并且采用常规的酸碱清洗法，在温度6070下循环清洗60 min，可完全实现设备和膜的清洗再生。但是在实验中发现，初始通量一开始都衰减的较快，在不到40 min通量衰减到7095 L/（m2·h)，需要在加透析水后，通量开始慢慢回升，

42、有时候甚至超过起始通量，基本稳定在130 L/(m2·h)左右.实验平均通量120-130 L/<m2·h).实验过程中的通量衰减较快，可能与原始料液中的高的固含量质量分数有关(4000)，固含量质量分数高一方面使得料液变得粘稠，影响了料液的过膜速度，另一方面更加剧了过程中的浓差极化程度，从而增加了膜污染。这也决定了料在浓缩中不可能浓缩到较高的浓缩倍数.实验过程中浓缩倍数最高可到达2倍。再经过工程化考察实验在同等的操作条件下，工程设备上的陶瓷膜通量达到了60 L/（m2·h)以上，回收率96 %。由于陶瓷膜具有耐酸耐碱抗腐蚀性强、清洗方便、易放大等优点还可有

43、效后续提取工艺的乳化现象，所以在生物发酵领域具有很强的优势。但是在上述实验中，我们会发现，使用该方法需要大量的用水，因此给废水处理带来考验，同时陶瓷膜一天处理的效率不高，无法满足实际生产需求。（2）超滤纳滤 张兆利等引入超滤（UF)纳滤（NF）组合膜分离技术代替板框过滤，对碱化红霉素发酵液进行提纯和浓缩。采用CA-30超滤膜和NF-25纳滤膜，研究了膜系统的通量、加水点、加水倍数和浓缩倍数等条件对膜的分离性能的影响。超滤加水倍数为2. 02. 3倍时红霉素收率大于99%膜通量为100 L /（m2h ）。通过萃取实验证明超滤能有效去除菌丝、蛋自等物质滤液质量较好。纳滤浓缩倍数为4倍时红霉素效价

44、浓缩到6 500 U /mL左右较板框滤液的效价高出40%，通量为20 L/（m2h）,纳滤收率为98. 5%左右。UF-NF膜总收率为98%左右，比板框过滤提高4%-5%。在红霉素的提取中，李兴兵等先采用超滤膜过滤，滤液通过纳滤浓缩，浓缩液中的红霉素在碱性条件下转至预溶剂中，分去水相，溶液加入活性炭脱色过滤后加入主溶剂丙酮，再加入硫氰酸盐进行结晶，结晶过程中变速流加醋酸溶液，分离结晶液、淋洗、干燥。所得产品硫氰酸红霉素中，红霉素A含量高，杂质红霉素B和C含量低，分离提取过程中红霉素破坏少，结晶所得红霉素A收率高。（3）100nm陶瓷膜微滤纳滤 根据崔亚放的研究，先用陶瓷膜在5-15温度下对红

45、霉索发酵液进行除杂过滤，控制进口压力在0.25MPa,出口压力在0.1 MPa左右，膜面流速为4m/s ,考察渗透通量的哀减和渗透液的处理效果。加水透析是在除渗透液30%-50%时加水,加水量为发酵液的1.5-1.7倍(每次加水量约为发酵液的1/25-1/50)， 然后对陶瓷膜渗透液用纳滤膜进行浓缩去水和除盐。在实验结果中看，采用陶瓷膜处理红霉索发酵液，初始通量哀减很快，在不到1小时内通量哀减到40-60L/（m2h），在加透析水后，通量基本稳定在50L/（m2h）左右。实验平均通量46.4-64.7 L/m2·h，浓缩倍数最高达到2倍，处理后渗透液澄清透明，浓缩液成膏状流体，收率在

46、94.8%-85%。采用纳滤膜处理红霉索发酵液滤液电导可满足指标<5us/cm，渗透液中无单位测出，对发酵液预除高价离子，纳滤浓缩液效价可满足指标:效价里20 000单位。膜污染后清洗恢复较理想，陶瓷膜采用碱酸洗后，通量恢复率100%；纳滤膜采用碱为主的清洗剂洗后通量恢复率在100%。但是该方法在使用过程中要对高价离子采取相应措施预处理，否者会大大影响纳滤时膜通量。5、大孔树脂吸附法的应用通常，一种物质从一相移动到另外一相的现象称为吸附。如果吸附仅仅处在表面上，就称为表面吸附，如果被吸附的物质遍及整个相中，则称为吸收。固体吸附与生物工程有着紧密的关系，如在酶、蛋白质、核苷酸、抗生素、氨基

47、酸等产物的分离、精制中，可应选择性吸附的方法，发酵行业中空气的净化和除菌也离不开吸附过程，除此之外，在生物产品的生产中，还常用各类吸附剂进行脱色、去热源、去组胺等杂质。由于吸附法具有溶媒损耗小，不用高速离心机，操作完全、效益好等优点，国内外很早就在研究吸附法在红霉素提取工艺中的应用。严希康等用大网格聚合物吸附剂从红霉素滤液中提取红霭素，研究其吸附、解吸与结晶过程，其中包括吸附、洗脱剂的筛选及其操作过程条件的选择等。试验结果表明：使用某种吸附剂对红霉素的静态吸附容量高达7.46x104u/g 抽干吸附剂(液浓度为3855u /ml)，其吸附等温线属于Langmuir型。动态附容量可达1.52 x

48、 105u/g抽干树脂（滤液浓度2450u/ml),所选用的酮类洗脱剂。其解吸率可达91.9%.结晶收率为91.3%。产品略带黄色，毫克效价为97%。可见吸附法可与溶媒萃取法媲美。根据胡秀峰等人的研究大孔树脂在提取红霉素发酵方面拥有的特点分别是（1）大孔树脂分离红霉素作用原理主要是离子交换作用，大孔结构有利于红霉素在树脂内的扩散，因而显示出较高的收率和一定的选择性;（2）大孔网状树脂改善了吸附物质在树脂微孔结构中扩散的障碍，具有吸附速度快、机械强度高和抗有机污染强的特点;( 3)大孔树脂再生较困难，需碱水浸泡和水洗等工序，能耗较大;( 4)大孔树脂吸附红霉素效果易受发酵液流速与浓度影响。然而随

49、着当前对红霉素原料的需求激增和国际市场竞争的加剧，人们对从发酵液中分离提取红霉素的分离材料又提出了新的要求:(1)吸附量要大，吸附速度要快;(2)选择吸附能力强，可将溶液里的红霉素有选择地分离出来，大大缩减生产流程;( 3)在被吸附及洗脱液中稳定性高，机械强度好，经久耐用;( 4)脱附容易，能反复使用，缩短生产周期，大幅度降低生产成本;( 5)可简单方便地再生，所需时间短，能耗少，物美价廉又能大量供应，在吸附过程中又有氧化还原功能，达到高效分离纯化，提高产品质量与收率，增强产品的市场竞争能力;( 6)应用形式灵活，可以多种形式使用(如纱线、织物、纤维束、膜等)，以及品种多，可根据不同要求使用不

50、同品种。(7)接触红霉素发酵液界面大。要使大孔树脂满足上述新要求，就要解决大孔树脂在某些性能方面的局限性，比如(1)增大比表面积，使吸附量增大，并加快吸附速度;( 2)增加活性功能基，以加强选择吸附性;( 3)简化再生工艺，减少能耗;( 4)改变应用形状，能以多种形式使用(如纱线、织物、纤维束、膜等)。3.4、各种分离纯化方法的比较：主要的分离纯化技术比较分离纯化技术优缺点分析萃取法溶媒萃取萃取剂消耗大，成本高、溶媒回收耗能大，废液处理量大，乳化现象十分严重，产品质量不高溶媒萃取结合中间盐沉淀法固定床溶剂萃取法可有效克服乳化、减少红霉素和溶剂的损失，产品收率和产品质量明显提高，操作条件温和、方

51、便，成本较低。但是生产效率低，很难实现大规模化。乙酸仲丁酯萃取产率提高不是很大，但是成本很高薄膜浓缩法收率低，成本高，生产效率不是很高双水相萃取分相迅速、节省溶媒、过程集成，但是环氧乙烷一环氧丙烷原料成本高，还未实现大规模生产相转变萃取废液的处理困难，萃取剂乙腈有毒性盐析法萃取速度快,效率高,产率高。消耗大量NaCl，废水处理困难膜分离有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制，减少环境污染、污水排放，提高红霉素产品的质量，提高产品的竞争力大孔树脂吸附法选择性能好, 能耗低, 溶剂损耗小, 操作完全。但是成本高、树脂再生困难，能耗较大，使用寿命短，劳动强度大，吸附率低综合分析，我们

52、选择陶瓷膜超滤法和纳滤膜浓缩法分离纯化红霉素四、工艺流程设计4.1、总工艺流程图：发酵液NaOH壳聚糖超滤滤渣脱水干燥肥料透析液纳滤膜浓缩用于单细胞蛋白的发酵醋酸丁酯萃取加丙酮结晶晶体加水再结晶回收丙酮EA工序结晶过滤烘干丙酮溶解1、工艺过程综合各种红霉素提取工艺的优缺点，参考三达公司提取红霉素的方法，设想出出了一套全新的红霉素提取新技术，新工艺采用超滤膜、纳滤膜技术来浓缩和纯化红霉素，替代了原有的板框萃取来浓缩料液的工艺，可以明显的降低红霉素生产成本，再结合新工艺的后续纯化措施，可有效的提高红霉素产品的质量，提高产品的竞争力。（1）絮凝剂由于发酵液中存在大量的菌体、蛋白质、脂质等大分子物质，

53、在发酵液的预处理过程中如果这些物质处理效果不佳，会在后续提取阶段产生乳化现象。根据相关研究，使用膜分离技术，可以有效的减少乳化现象的产生，但是那些杂质的存在会对膜的分离速度产生影响，会使膜的孔道产生堵塞现象，这样势必会影响工厂的生产效率。如果往发酵液中加入絮凝剂，菌体等大分子蛋白就会聚沉，因为聚沉的物质很大，不容易对膜的孔道产生较为严重的影响，并且不会影响红霉素等小分子的过滤。在传统工业中使用的絮凝剂多为硫酸锌，用硫酸锌加氢氧化钠调节pH 值来絮凝蛋白质, 此工艺虽然絮凝蛋白的效果很好, 但含锌离子的红霉素发酵菌渣做饲料有毒性，容易造成红霉素分子结构的破坏，并且锌离子对滤渣有毒害作用，用于土壤

54、施肥则使土地板结, 不能综合利用, 由此带来了锌离子污染问题，使肥料处理成本增加。根据林广德等的研究使用改性壳聚糖不仅能絮凝溶液中悬浮的固体杂质，而且能絮凝部分溶解的杂质，提高了红霉素的收率，处理后的废渣无污染且可综合利用。在该试验中生产改性壳聚糖主要是通过水溶性壳聚糖和乙醇搅拌反应生成。对于滤渣，根据王丹等的研究可以用于单细胞蛋白的发酵。（2）超滤超滤膜的选择陶瓷膜在红霉素发酵液中，含有大量的菌丝体、未利用完的蛋白质、糖。这些杂质的存在和其他发酵液相比，红霉素发酵液比较粘稠，较难过滤。对于聚矾膜、乙烯类等高聚物膜而言，不适合于粘稠液体的分离，同时，耐热、耐化学性比较差，容易污染，而且易堵塞，

55、再生比较困难，膜的使用寿命短。无机膜是固体膜的一种，它是由无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的，在压力差下，利用膜孔的筛分特性，使混合物组分得到分级或分离半透膜。相比于其他类型的膜，无机膜有以下的优点：化学稳定性好，能耐酸、耐碱、耐有机溶剂;机械强度大，担载无机膜可承受几十个大气压的外压，并可反向冲洗;抗微生物能力强，不与微生物发生作用，可以在生物工程及医学科学领域中应用;耐高温，一般均可以在400下操作，最高可达800以上;孔径分布窄，分离效率高。由于陶瓷膜具有耐酸耐碱耐热耐化学性抗腐蚀性强、清洗方便、易放大等优点，所以在生物发酵领域具有很强的优势根据熊福军等的研究采用50nm的陶瓷膜过滤红霉素发酵液可以去除菌丝体、油脂、蛋