硫氰酸红霉素提取及其转碱母液回捞工艺的优化

1、西北大学硕士学位论文 硫氰酸红霉素提取及其转碱母液回捞工艺的优化 姓名：姬红明 申请学位级别：硕士 专业：生物工程 指导教师：黄建新20081108硫氰酸红霉素提取及其转碱母液 回捞工艺的优化 摘 要本文对硫氰酸红霉素提取生产过程中收率较低的问题进行了研究。通过对 PX-90型高速离心机和破乳剂X在硫氰酸红霉提取中的实际应用，对硫氰酸红 霉素的提取工艺进行优化并确定了新的工艺条件：在30C左右的条件下，控制 pH10. 0，醋酸丁酯和滤洗液以0.120.17的搭配比例进行萃取。成盐过程中以 1. 31. 5L/10亿萃取液单位的比例流加15% NaSCN溶液后，再以0. 4L/10亿萃 取液单

2、位的比例滴加15%(v/v)冰醋酸溶液，然后检测pH值，控制终点pH值范 围在6.3-6.5之间。该工艺条件所得硫氰酸红霉素以及用其转化所得红霉素， 产品质量均符合中国兽药典和中国药典（2005版）要求，且转碱重量收率较传 统工艺提高23%(传统工艺约60%)。同时，在硫氰酸红霉素结晶罐中采用底部是涡轮圆盘弯叶式，中部折叶桨式 和罐壁加三片挡板的搅拌模式，对硫氰酸红霉素结晶时的搅拌模式进行优化。在生产中确立了硫氰酸红霉素转碱母液再利用的工艺,使罐垢和不合格料处 理的问题得以解决。关键词：硫氰酸红霉素，提取，母液，工艺Optimization of the extraction of Eryth

3、romycin Thiocyanate and Technique of reusing the Mother LiquidAbstractIn this paper, study on the low yield problem in which erythromycin thiocyanate product process. Which applied the PX90 separator and demulsifier X in the actual extraction production of erythromycin thiocyanate.Optimization of th

4、e technique to extract the erythromycin thiocyanate and setting the new production process.The process being as following:about 30flC, controlling pH10.0，n-butyl acetate : filter liquid = 0.120.17. When crystallization is being，firstly，adding 15% NaSCN by the ratio of 1.3 1.517811(0116 billion unit

5、of the extraction liquid ).Secondly, adding 15%(v/v) HAc by the ratio of 0.4L/ BU. Thirdly, monitoring pH and controlling the end pH ranges from 6.3 to 6.5.Erythromycin thiocyanate and erythromycin of alkalization-crystallization of erythromycin thiocyanate are all qualified with the CPV2005 and CP2

6、005 by this way.Weigh yield of alkalization-crystallization of erythromycin thiocyanate improve 2%3% than the old technique. It is 62 63%.In the same time, using the stirring model: curved leaves of the disc turbine type agitator in the bottom of the pot ;bended leaves of paddle type agitator in the

7、 middle of it and three flaps on the wall of it. Study on the stirring model of erythromycin thiocyanate crystallization.Setting a technique which using the mother liquid of alkalization of erythromycin thiocyanate products erythromycin thiocyanate. Solving the scale of the pot and unaccepted produc

8、tKeywords:Erythromycin thiocyanate. Extraction. Mother liquid. Technique西北大学学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻 读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被 查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文 章一律注明作者单位为西北大学。保密论文待解密后适用本声明。

9、7 f学位论文作者签名：指导教师签名Jit年月曰年月7曰西北大学学位论文独创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，本论文不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北大学或其它教育机构的学位或证书而 使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。学位论文作者签名:OOi年月X曰工程硕士学位论文第一章前言1选题背景硫氰酸红霉素曾先后由法国诗华大药厂（Ceva Laboratories INS)、德国 利美高药厂（RAMIKAL)等公司出口到我国

10、。1990年以前我国主要以进口为主， 几乎没有厂家生产。近十年来，随着我国医药工业的发展，尤其是大环内酯类 抗生素产量剧增和技术水平的提高，使我国一跃成为红霉素主要生产国和出口 国，其中硫氰酸红霉素是红霉素类产品中第一大出口品种，2003年国内生产量 900吨，出口约560吨，出口占国内总产量的62%。2004年19月硫氰酸红霉 杀出口占据了大环内酯类抗生素原料药54%的份额。使硫氰酸红霉素成为重要的 出口型商品。其原因主要是：一、硫氰酸红霉素可作为生产红霉素、琥乙红霉素、 罗红霉素、克拉霉素等药品的原料。二、硫氰酸红霉素在国外主要用作兽药，用 于防治家禽的慢性呼吸道感染2。近些年来，随着我国

11、医疗体制改革的深入，人们用药开支日益增长，市场上 对疗效好且价格便宜的药品需求旺盛，而红霉素类药物作为大众化的消炎药，需 求量更是剧增。同时，世界各国对红霉素衍生物的开发迅速。在国内，如目前市 场上畅销的利君沙（玻乙红霉素)、阿齐霉素、罗红霉素、地红霉素、氟红霉素、 红霉素碳酸乙酯、去氧红霉素等均为红霉素类药物，而硫氰酸红霉素又是生产这 些药物的原料，其生产水平的高低和质量的好坏就显得尤为关键。目前，国内红霉素生产企业因生产工艺和使用设备上的不同，尤其在红霉素 的提取工艺和硫氰酸红霉素的成盐收率上差异较大，导致在转化红霉素的收率上 各不相同，进而导致企业的生产成本出现较大差异，以致影响到红霉素

12、系列药物 的市场价格。2硫氰酸红霉素简介由于硫氰酸红霉素是红霉素的中间盐，其理化性质、药理作用及应用与红霉 素有所区别，现分别介绍如下。2.1红霉素理化性质及临床应用 2.1.1红霉素理化性质 1952年，J. M. McGurire等人在菲律宾群岛上的土样中从红色链丝菌1工程硕士学位论文(Streptomyces er/MrM)的培养液中分离出红霉素，它属于大环内酯类抗生 素，是一种碱性抗生素。美国Eli Lilly公司和Abott公司最先生产并将产品推 向市场ww。现已分离到五种同系物，分别是A、B、C、D和E。目前医疗上用 的大部分是红霉素A。红霉素A以多种形式存在，包括红霉素二水物、红

13、霉素一 水物、无水物和无定形物红霉素为白色或类白色结晶性粉末，微有吸湿性、味苦，易溶于醇类、丙酮、 氯仿和酯类（如乙酯、丁酯、戊酯等)，微溶于乙醚。25C时，红霉素在水中的 溶解度为2mg/ml，且其溶解度随温度升高而减小，在55C时达到最小，为1.5 mg/ral,熔点为135140bC6。其结构式如下：,-0MeOff由其结构式可知，红霉素分子是由红霉内酯、红霉素糖和脱氧氨基己糖三部 分组成。红霉素A、红霉素B、红霉素C、红霉素D和红霉素E的结构具体区别 见表1.1:表1.1红霉素的种类和结构m Table 1.1 Species and configurations of erythro

14、mycin抗生素式中的化学基团分子式分子量R8f红霉素AOHch3Cs：Hb90isN733,91红霉素BHCH,Cs?H*?0i?N717.91红霉素COHHCwH.sOisN719.91红霉素DHHCsaHmOuN703.91红霉素E-0-CH,CsiHerOtiN717,912.1.2 红霉素的临床应用资料表明，大环内酯类抗生素均可不同程度地抑制细菌蛋白质的合成口该类 抗生素能与细菌核糖体50S亚单位的U及L22蛋白质结合，在肽链延长阶段能促使 肽酰基rRNA从核糖体上解离，从而抑制蛋白质的合成。M9红霉素作为一种广谱抗生素，它对酿脓链球菌、肺炎链球菌、绿色链球菌等 革兰氏阳性球菌，脑膜

15、炎球菌、淋病球菌、肺炎支原体、军团菌属、炭疽杆菌、 百曰咳杆菌等均有疗效主要用于治疗耐青霉素的金黄色葡萄球菌感染和青霉 素过敏患者 它还是白喉带菌者、支原体肺炎、沙眼衣原体所致的婴儿肺炎及结 肠炎及军团病的首选药。临床应用中发现红霉素可能引起肝碍障，以及消化道障 碍，长期或大剂量服用可引起恶心、呕吐、腹痛等不良反应。2.2 硫氰酸红霉素的理化性质和药理作用2.2.1 理化性质硫氰酸红霉素（Erythromycin Thiocyanate)商品名为高力霉素 (Galliinycin)。该品为白色或类内白色的结晶性粉末，无臭、味苦，易溶于甲 醇或乙醇中，微溶于水或氯仿中，其结构式如下所示DU:通常

16、，工业上生产硫氰酸红霉素是将红霉素的发酵液经过滤、萃取后与KSCN (或NaSCN)溶液反应、结晶，再离心得到结晶性粉末，干燥后即为硫氰酸红霉 素成品a 2-2.2药理作用及应用本品对革兰氏阳性菌的作用与青霉素相似，但其抗菌谱较青霉素广，敏感的 革兰氏阳性菌有肺炎球菌、炭疽杆菌、猪丹毒杆菌、李斯特菌、气肿疽梭菌等； 敏感的革兰氏阴性菌有流感嗜血杆菌、布鲁氏菌、脑膜炎双球菌等。本品对立克次体、钩端螺旋体等也有一定的疗效。主要用于治疗革兰氏阳性菌和支原体引起 的感染性疾病，如鸡的葡萄球菌病、链球菌病和慢性呼吸道病等。适用于慢性呼 吸道传染性鼻炎、滑液囊炎、非特异性肠炎、葡萄球菌病等。另外，它在饲料

17、添 加剂中也广泛应用a 3硫氰酸红霉素的提取生产工艺概况目前，国内生产硫氰酸红霉素的厂家主要有西安利君、宁夏启元、沈阳同联 和河南天方等。在生产工艺方面，一般是先利用红霉素萃取液生产出硫氰酸红霉 素，再将硫氰酸红霉素经碱化、结晶得到红霉素的工艺路线。因而红霉素滤洗液 的萃取效率就成为硫氰酸红霉素提取及生产的关键环节。但目前，国内各厂家因 发酵水平差异较大、萃取设备的不同，从而导致在红霉素滤洗液的萃取收率以及 硫氰酸红霉素转化红霉素的收率上各不相同。现将文献己报道的几种红霉素提取 工艺叙述如下：提取、离心分离乙醴丁筋二级逆流萃取3.1反复萃取红霉素的提炼流程12用乙酸丁酯作三级镨流萃取 pH 分

18、别为 9. 810, 9. 910. 1,10-10. 2 3840X：C分离、洗涤加10* (V/V 58面a,ajig I离心甩旗，蒸馏水洗洚_ 静置2436小时预处理、过滤一次提取、离心分离反萃液萃取液用醋酸缓冲液作二级逆豸发酵液0-05*甲酸，33% CW/V) ZnS04, NaOH 调 pH7. 88. 2雄洗液提取、离心分离1萃取一级pH5. 05. 二级 1*14. 64. 8结晶萃取液干燥红籌素湿晶体该生产工艺主要通过两次萃取和一次反萃取，然后结晶得到红霉素。整个生 产过程中萃取收率低且工艺控制点难控制，产品质量不稳定，成本较高。3.2溶媒萃取结合中间盐沉淀的工艺流程12】该

19、工艺生产路线较以前生产工艺较简单,同时采用了先生成红霉素乳酸盐再 利用其转碱得到红霉素碱的方法。生产设备简单，但生产中红霉素萃取液损耗较大且转碱过程中转碱收率低，导致生产成本仍较高。工程硕士学位论文11 中间沉沲1 红霉素乳酸BA萃取缓缓加入乳酸完后继盐湿晶体I发酵液预处理、过谑滤洗液分离洗涤、干燥r 用新鲜丁醮洗嫌551C干燥读#拌半小时提取、*心分离用乙酸丁酯作二级逆流萃取分离、洗涤干晶体转 W _结具雄 L静置2436小时离心甩雄，蒸馏水洗泳1干燦红霉素碱成品3.3薄膜浓缩工艺12预处理、过滤 滤洗液簿膜浓缩 ,47*C/760romHg 柱浓缩至6倍左右一一 二级错流萃取二 :二1过滤

20、浓缩液 BA萃取液 pH1010. 6 温度 3840*C 以下工序同溶媒法工序相同结晶液红霉素采用薄膜浓缩工艺来提取红霉素，过程简单但因其所用薄膜成本高，工业化 生产推广有限。3.4离子交换法|2由于红霉素为大分子的碱性化合物，在水溶液中能电离为带正电的阳离子化 合物，故可采用阳离子交换树脂来提取红霉素13.从不同阳离子交换树脂所吸附 红霉素的结果来看，用低交联度磺酸型阳离子交换树脂较好，一般先将树脂转为 钠型或铵型，在接近中性条件下进行吸附，因为红霉素在pH5. 5-7.0的范围内 几乎全部电离。再用碱性的醇溶液自树脂上解吸红霉素，解吸前先用水、30%及 60%的甲醛溶液进行洗涤，洗脱液再

21、经减压浓缩后进行结晶等。|43.5大孔树脂吸附法12大孔树脂吸附剂不仅可以吸附水溶性的抗生素(如头抱菌素、林可霉素、四 环素等)，而且可吸附脂溶性的抗生素(如红霉素、麦迪霉素等），同时被吸附物 易于洗脱达到分离提纯的目的。有关用大孔树脂CAD-408提炼红霉素的工艺流程 如下：发簿液现处理及过爐1洗液发酵液0.1%甲K, 35%21180或57%式氣化48, NaOH惆pH8.00_2梹框过濾饱和树脂树雁吸附ICAD40树瓶二效串联吸附，流速丨/25 (v/v/分，浓度3.5万u/ml洗涤后的饱和树脂树脂洗涤40r：pH10.0C水洗涤：水;1:1 : 1 tvb.丁酵解吸液树脂解吸J丁酗用2

22、%NH40H混合，丁酯用量1 : 0.51 Cv/v)流速VYiQ丁酯萃取酸性萃取液萃取、分离；PH4.75.2醋酸缓冲液械化 pH9.810.0 3840X?结晶、分离J萃取液湿晶体加10% Cv/v)丙酮，冷冻结晶-50,静置 24hr后离心过滤洗涤.干燥红霉素碱成品该工艺在生产过程中，由于工艺流程较长，所用树脂要求较高，生产成本高 且红霉素的收率较低，劳动强度大。3.6膜过滤法|5通过膜微滤法（膜截留粒子)，不加任何凝集剂和絮凝剂，发酵液经膜微滤 处理后滤渣烘干可作饲料，不会带来环境污染，收率可达99-100%,过滤速度较 快.新加坡一家公司近来又生产出一种不锈钢膜，用其处理红霉素发酵液

23、的生物 稳定性较好。但现在使用此膜资金投入大，膜在使用过程中较易污染，重新处理 膜的过程较复杂，工业化应用程度有限。我公司曾试验膜过滤法来提取红霉素，但其使用和维护成本较高，滤液质量 不稳定且难于控制，未得以进一步推广。3.7固定床溶剂萃取法提取红霉素16华东理工大学的曹正芳等人探讨了固定床溶剂萃取技术在红霉素提取中的 理论和实验研究。发现固定床溶剂萃取法得到的萃取液纯度较高，且用其成乳酸 盐和转碱所得收率较高，纯度达到中国药典（1995)的质量标准，而且省去了用工程硕士学位论文丙酮重结晶等处理。但该方法在操作时易出现固定床萃取柱堵塞现象，工业化应 用成本较高。目前尚未见相关的实际生产应用报道

24、。另外，华侨大学的李夏兰等人探讨了以AOT-异辛烷反胶束系统萃取乳糖酸 红霉素的可能性n7,但未见其应用报道。从上述已报道的工艺来看，大多采用反复萃取、再浓缩结晶的方法来提取和 生产红霉素。此类方法均存在使用设备复杂、收率低，所得红霉素质量不稳定且 生产成本较高等问题，难以适应市场竞争。4 目前硫氰酸红霉素生产中存在的问题目前，国内大多厂家采用先利用红霉素发酵液的萃取液生产出硫氰酸红霉 素，再将硫氰酸红霉素经碱化、结晶得到红霉素的工艺路线。此工艺生产的硫氰 酸红霉素及红霉素质量均能达到药典中的相关要求,且硫氰酸红霉素也可作为商 品和其它红霉素系列药物的中间体予以出售。但具体在实际生产中仍存在一

25、些问 题，主要表现在以下几个方面：第一，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56 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

26、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亟待解 决的问题。第二，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， 国内企业因起步较晚和保密等原因，重视不足。英国专利报道，在发酵液中加入 一些非胰脏来源的蛋白酶和酯酶（番木瓜酶等)，在36-45BC, pH=6.07.5消

27、 化发酵液约1小时，经萃取可提高收率U8。对于蛋白酶和酯酶的应用尚未见生产 应用的相关报道。有些企业在生产过程中曾经使用过十二烷基苯磺酸钠、十五烷 基溴化吡啶和1231 (十二烷基三甲基溴化铵），后来李伯良等人又探讨了 Arraogard系列破乳剂中的D5411、D5356、D5456和D5397在生产实际中的使用19。 但实际应用一段时间后破乳效果都不是很理想，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。第三，目前，

28、国内各公司对硫氰酸红霉素和红霉素乳酸盐转化红霉素离心后 的母液回收上，因成本及工艺等方面原因，重视不足，尚未见相关工艺的报道。 由于转碱后的母液中红霉素单位高达50000-90000 u/ml。若不加以回收利用， 浪费很大从而导致硫氰酸红霉素的收率和红霉素的总收率徘徊在较低水平。所 以，对硫氰酸红霉素转碱后母液回收工艺的探讨具有很好的现实意义。5选题意义通过采用先进的PX-90型高速离心机，来提高离心机的实际运行效率和工 作效率，达到对生产过程能及时、准确的予以监控。同时采用新型材料和新方法, 来优化硫氰酸红霉素的生产工艺，以减少浪费，降低生产过程对环境的污染，提 高生产水平，降低生产成本，增

29、强产品的市场竞争力。这些对提高企业的经济效 益、保护环境，具有一定的现实意义。6研究内容针对目前硫氰酸红霉素生产中存在的问题，本文拟通过从以下四个方面进行 研究，以达到优化其生产工艺，提高生产收率和降低生产成本之目的。(1) 、PX-90型高速离心机在红霉素滤洗液萃取中的应用(2) 、新型高效破乳剂X在红霉素滤洗液萃取中的应用(3) 、硫氰酸红霉素成盐工艺的优化(4) 、回捞母液所得乳酸红霉素转化硫氰酸红霉素工艺的确立7工程硕士学位论文第二章实验仪器和分析方法1试剂表2.1主要实验试剂一览表 Table 2.1 Table of key testing reagents药品名称规格产地硫酸分析

30、纯西安化学试剂厂盐酸分析纯西安化学试剂厂牛肉膏B.R北京奥博星生物技术有限公司k2co3分析纯西安化学试剂厂琼脂B.R北京奥博星生物技术有限公司硫氰酸钠工业级博爱新联友化工有限公司丙酮工业级北京燕山石化公司醋酸丁酯工业级无锡百川化工股份有限公司乳酸工业级湖北广水民族化工有限公司液碱（NaOH)工业级西安西化热电化工有限责任公司冰醋酸工业级西安市化工轻工总公司2实验仪器及设备表2.2主要实验仪器及设备一览表 Table 2.2 Table of key apparatus for measuring仪器（设备）名称型号产地高速碟式离心机PX-90瑞典Alfa Laval公司碟式分离机DRY500

31、辽阳制药机械股份公司离心机SD-1200靖江赛德力制药机械有限公司酸度计PhS-3C上海雷磁仪器厂微生物自动测量分析仪ZR-300RV北京先驱威峰技术公司pH自动测量仪/北京东方诚益通技术有限公司分光光度计721型上海精密科学仪器有限公司电子恒温水浴锅DZKW-4 型北京化玻联医疗器械公司分析天平AE200上海梅特勒有限公司3分析方法3.1 红霉素的鉴别方法M具体方法详见中国药典2005版（二部)。3.2 硫氰酸红霉素鉴别方法11具体方法详见中国兽药典2005版（一部)。3.3 红霉素萃取液的化学效价的测定红霉素的测定方法有很多种，主要分下列几种方法：硫酸水解法、砷钼酸 法、硫酸甲酯法和碱水解

32、法。本实验用硫酸水解法测定红霉素，红霉素经硫 酸水解后生成黄色物质，于483nm处有最大吸收值，可进行定量分析。硫酸 水解法分析红霉素萃取液的化学效价的具体步骤如下：3.3.1 标准曲线制作(1) 、根据红霉素标准品的效价精确称取适量的红霉素标准品，加入10ml 无水乙醇使其溶解，将溶液转入100ml容量瓶中，加入pH为7. 8的磷 酸盐缓冲液，定容至100ml,配制成1000 u/ml的溶液。(2) 、吸取10ml溶液加入水，置于100ml容量瓶刻度线处，制成100u/ml 溶液。(3) 、从中分别吸取1ml、2 ml、3 ml、4 ml和5ml溶液，加入16N的 H2S04 5ml,再加入

33、水定容至10ml。(4) 、将上述五个试管放入恒温水浴锅中，调节水温为50C左右。(5) 、半小时后，拿出试管，将每个管中的溶液倒入比色皿中，以水为参比液，在分光光度计中483 nm处进行比色分析。测定结果如下:表2. 3红霉素标准曲线测定结果 Table 2.3 Testing result of erythromycin standard curve单位数100200300400500吸光度0.0330.1180.2020.2850.373由表2.3中的数据作图0.373100200300400500吸04光0 35度03 0.250.20.150.10.050单位数(u)图2.1红霉素标

34、准曲线 Fig 2.1 Erythromycin standard curve注：图2.1中的直线方程为：Y=1181X+61 r=0.9999 (r：回归系数)Y为吸光度，X为单位数。用此方程可计算红霉素产品的效价，也可直接由图读取。3.3.2 萃取液效价测定(1) 、向萃取液中加入醋酸丁酯稀释至取样量的50倍处。(2) 、吸取适量稀释液到分液漏斗中，补加醋酸丁酯至10ml，振摇后吸 取上层醋酸丁酯10ml于10ml的0. lraol/L盐酸溶液中振摇。(3) 、再取下层盐酸溶液5ml于5ml的8mol/L硫酸溶液中摇勻，置于 502C水浴中保温30分钟，放冷至室温，置于483nm波长处比色

35、 读取吸光度(4) 、查标准曲线计算效价：效价（u/ml)=查出数（u/ml)*稀释倍数。 3.4转减母液的萃取液效价的测定向萃取液中加醋酸丁酯稀释至取样量的25倍处，其余各步操作同3. 3. 2。 3.5废水效价的测定(1) 、取废水样品1ml加入0.35%碳酸钾溶液稀释至20ml。(2) 、于125ml分液漏斗中加醋酸丁酯20ml振摇，吸取上层醋酸丁酯10ml于10ml 0,lmol/L盐酸溶液中振摇。工程硕士学位论文(3) 、吸取下层盐酸溶液5ml至5ml8mol/L硫酸溶液中摇勻，于502C水 浴中保温30分钟，放冷至室温于483nm波长处比色读取吸光度。(4) 、查标准曲线计算效价：

36、效价（u/ml)=查出数（u/ml)X稀释倍数。 3.6醋酸丁酯废液效价的测定取醋酸丁酯废液样品10ml加入0. 35%碳酸钾溶液稀释。具体操作同3. 5。 3.7硫氰酸红霉素成品化学效价的测定(1) 、精确称取硫氰酸红霉素样品0.0600克，分别加入10ml无水乙醇，溶解 后加水定容于100ml容量瓶中。(2) 、吸取lml溶液加入水，再分别定容于50ml容量瓶刻度线处。(3) 、从容量瓶中吸取lml溶液，加入5ml8M的H2S04,再加水定容至10ml。 反应开始时计时，因该反应为放热反应，故冷却后要补齐定容。(4) 、将上述容量瓶放入恒温水浴锅中，调节水温到50C左右。(5) 、半小时后

37、，拿出容量瓶，冷却至室温，将瓶中的溶液倒入比色皿中，以 水为参比液，在分光光度计中的483nm处比色。(6) 、将读取的吸光值对照标准曲线图1,按下式计算其化学效价：U=(查表值*100) /M U=U7 (1w%)注：U：湿品效价（u/mg) M:样品重量（mg) U：干品效价 w：水分含量 3.8红霉素乳酸盐化学效价测定精密称取红霉素乳酸盐50mg于100ml干燥的容量瓶中，按每10mg加lml 乙醇溶解。再用纯化水稀释至刻度摇匀，吸取稀释液lml于干燥试管中，并补 纯化水至5ml。然后加5ml硫酸（8mol/L)摇勻，于502C水浴锅中保温30 分钟后，取出放至室温，用分光光度计于483

38、nm波长处比色，并读取消光值。 查标准曲线图1,按下式计算效价：效价（u/mg)=(查表值*100) / Mo M：样品重量（mg)3.9 硫氰酸红霉素的生物效价测定方法u具体方法详见中国兽药典2005版（一部)。3.10 红霉素样品中的水分测定（卡尔费休法）3.10.1 卡尔费休法测水分的原理22红霉素中的水分是通过卡尔费休法来测定的。卡尔费休法可以测定大 部分有机和无机固、液体化工产品中的游离水或结晶水的含量。其原理是存在 于试样中的任何水分与已知的水当量的卡尔费休试剂进行定量的反应，根据 反应消耗的卡尔费休试剂的量得到样品中的水分含量。卡尔费休试剂一般由碘、二氧化硫、吡啶和甲醇（或乙二醇

39、甲醚）组成。 其反应式如下：H20+I2+S02+3C5H5N5 2C5H5N HI+C5H5N SO3C5H5N SO3+ROH C5H5NH oso2or此反应是不可逆的，故配制试剂时除碘与二氧化硫外还加有吡啶。吡啶不 但可以将生成的硫酸中和，而且可以减少二氧化硫的蒸汽压，还可以降低试剂 放置时的挥发现象。试剂中的甲醇存在，能生成吡啶硫酸甲酯，又能防止继续 与水分子或含有其它氢化合物的反应，不致降低试剂的灵敏度。新配试剂的颜 色为深红棕色，反应后为浅草黄色，由于二者颜色有显著的变化，故可用肉眼 判断滴定终点，试剂本身即属于显色剂。.配制试剂的材料都需精制脱水。但由于试剂本身不稳定，不断产生

40、分解作 用，颜色逐渐变深，故其一般只能用于无色溶液的测定。3.10.2 水分测定精密称取供试品适量，置于干燥安瓿瓶中。加入无水甲醇1ml，一边振摇， 边用卡尔费休滴定液快速滴定至溶液由浅黄色变为红棕色即为终点。读取 滴定数毫升数A，同时用无水甲醇做空白试验读取滴定毫升数B。按下式计算： 水分（) = (A，-B) * W/(M*A)*100注:W 一称取纯化水的质量(g) ； B空白消耗卡尔费休试液的毫升数(ml) A标定消耗卡尔费休试液的毫升数(ml) ； M供试品的质量(g)A一供试品消耗卡尔费休试液的毫升数(ml)3.11硫氰酸钠溶液含量测定方法(1)、精确吸取lml样品于150ml三角

41、瓶中，加5mol/L硝酸5ml,边振摇边 滴加0. lmol/L的硝酸银溶液25ml。(2) 、加8%的硫酸铁铵指示液0.5ml,用0.1 mol/L硫氰酸钠标准溶液滴定 至溶液呈浅棕色，保持30秒钟。(3) 、作一空白样，分别记录空白样和样品的滴定毫升数V。和V，按下式计 算：含量（) = (V0V) *C*M *100。 C:硫氰酸钠标准溶液的摩 尔浓度；硫氰酸钠的摩尔质量3.12终点pH值的测定方法 3.12.1硫氰酸红霉素成盐pH值的测定3.12.1.1 pH计的校正（缓冲液4.00为邻苯二甲酸氢钾、缓冲液6.86为混合 磷酸盐，缓冲液9.18为硼砂）(1) 、接通电源，使用前预热30

42、min,将选择旋钮调至pH档。(2) 、调节温度旋钮调至缓冲液温度值。(3) 、将斜率调至最大100%。 (4)、用蒸馏水清洗电极并用滤纸吸干电极表面水珠，将电极插入pH=6.86 缓冲液中，调节定值旋钮，使显示值为6.86。(5) 、再次用蒸馏水清洗电极并用滤纸吸干电极表面水珠，将电极插入 pH=4.00 (乳酸盐用pH=9.18)缓冲液中，调节斜率旋钮。(6) 、重复（4)和（5)步骤，直至不调节定位旋钮和斜率旋钮，使其显示 分别达6.86和4. 00 (或9.18)。3.12.1. 2 pH值的测定(1) 、保持定位旋钮和斜率旋钮不动。(2) 、按1:2 (水相：醋酸丁酯相）的比例取萃取

43、液与纯化水，均匀混 合于锥形分液漏斗中，静置分层后取水相，待测。(3) 、用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干。(4) 、将电极插入待测溶液中，搅拌均匀，显示值稳定后，读出pH值。3.12.2红霉素乳酸盐成盐终点pH值的测定(1) 、pH计校正同 3.12.1.1。(2) 、按1:1 (水相：醋酸丁酯相）的比例取萃取液与纯化水，均匀混合于 锥形分液漏斗中，静置分层后取下层水相，测pH值。工程硕士学位论文第三章结果与讨论加破乳剂目前在工业上，红霉素的生产是将红霉素发酵液经过滤、溶媒萃取后与 NaSCN (或KSCN)溶液反应、结晶，得到红霉素的中间盐硫氰酸红霉素；然后再 对硫氰酸红霉转碱、结晶来获得红霉素

44、。现将硫氰酸红霉素的提取及其转碱工艺 简述如下：上述工艺路线在实际操作过程中，尤其在溶媒萃取和离心分离方面，存在分 离效果不稳定，萃取收率较低，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等问题，故提高萃取效率成为硫氰酸红霉素生产中亟待 解决的关键环节。同时，在离心萃取时，由于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，在溶媒萃取时易发生乳化现象。个别企业在实际生产中曾使用过多 种破乳剂，但大多存在用量大且有毒，易造成环境污染，破乳效果不理想等问题。 所以，在生产中探索采用无毒且高效的破乳剂具有很好的现实意义。另外，国内企业对于硫氰酸红霉素和红霉素乳酸盐转化红

45、霉素离心后的母液 回收利用方面，因成本及工艺等方面原因，重视不足，目前尚未见相关工艺报道。 由于转碱后的母液中含有大量红霉素分子，若不回收利用，浪费较大，进而导致 硫氰酸红霉素以及红霉素的总收率徘徊在较低水平。所以，建立硫氰酸红霉素转 碱母液回收工艺，对提高硫氰酸红霉素及红霉素生产总收率具有重要意义。 本章将主要从上述三个方面来展开研究，同时对硫氰酸红霉素的生产工艺进行优化，以达到全面提高其生产收率之目的。1 PX%型高速离心机在红霉素提取中的应用红霉素是由红色链霉菌经发酵后产生的，它以分子形式夹杂在由固形物和液 体组成的悬浮液中。生产中通常是添加絮凝剂（如ZnS07H20、MgCO,等）使微

46、 小的固体粒子凝聚成团再过滤。但加水稀释后的发酵液（即滤洗液）中因过滤条 件的限制，难以将一些溶于水的小分子物质及发酵液残渣微粒过滤干净所以在 工业化生产中还采用离心分离的方法来进一步纯化滤洗液；同时通过溶媒萃取来 实现红霉素的浓缩，以利于下一单元操作时晶体的形成。离心分离是利用离心机的离心力和物质的沉降系数的不同而进行的分离和 浓缩过程。离心机性能的优劣决定了萃取液的质量，而萃取液的质量决定了硫氰 酸红霉素结晶时晶体的纯度，进而影响到其质量和收率。因此在生产中采用处理 量大且萃取效率高、便于精确控制的离心机就显得尤其重要。本研究立足生产实 际，通过对PX90型高速离心机（该机主要用于酶、氨基

47、酸等物质的浓缩，在 国内我公司结合实际情况首先用于硫氰酸红霉素的生产)和DRY500碟式分离机 的比较，确定了 PX90型高速离心机在红霉素萃取时的最佳运行参数，提高了 生产效率。因离心机工作时兼有溶媒萃取和离心分离两顼功能，所以应首先选择 红霉素的萃取剂。1.1萃取剂的选择 1.1.1萃取剂的选择 萃取剂的选择必须考虑多方面因素,如萃取能力的高低、安全因素、再生利 用和经济因素等。清华大学的李洲等人曾探讨了在中性络合萃取体系和协同萃取 体系中红霉素的萃取研究，但其实际工业化生产的应用尚未见报道to。通常采用 的萃取剂有醋酸丁酯、醋酸乙酯、四氯化碳和乙醚等。红霉素在上述几种萃取剂 中的性能比较

48、如表3.1所示考虑到安全、低毒以及经济等因素，在生产实际中选择醋酸丁酯，它相对其 他萃取剂较安全且萃取能力强。由于萃取时红霉素滤洗液中含有大量水，萃取过 程还受到温度和pH等因素的影响，故必须考虑萃取剂在不同温度下的水溶性， 以确定适宜的萃取温度。醋酸丁酯在不同温度下与水的互溶度如表3. 2所示表3. 1 红霉素在几种萃取剂中的性能比较 Table 3.1 Comparation the ability of erythromycin in several extractants萃取剂分配比水溶性（wt%)醋酸丁酯25.00. 68醋酸乙酯13.18. 08四氯化碳6. 300.011乙醚5.

49、 300. 986表3，2 醋酸丁酯在不同温度下与水的互溶度 Table 3.2 Mutual solubility of n-butyl acetate and water in different temperatureT/K rc)互溶度醋酸丁酯在水中水在醋酸丁酯中283 (10)0. 751.00293 (20)0. 671.15298 (25)0. 681.24303 (30)0. 731.24由表3.2中数据可知在常温（25C)下，醋酸丁酯与水的互溶度较低，而 且在此温度下便于实际生产。另外，胡麦霞等人曾将998新型混合溶剂用于红霉 素的萃取过程中，该溶剂萃取时无需加破乳剂但在工业

50、化推广时因挥发性强， 导致工作环境差，故本实验仍选用醋酸丁酯。因PX-90型离心机为不锈钢材质， 醋酸丁酯对离心机的腐蚀极小，可不考虑。1.1.2 萃取计算诺模图27由于萃取效果的好坏取决于所用溶剂、水相PH值、萃取温度、相的体积比 和所用设备的效率。为了便于计算合理的萃取条件和配备相应的设备，必须恰当 的分析主要因素对过程效率的影响。有学者建议用由未被萃取的分率屯、浓缩倍 数m、水相pH值和使用设备的级数n定量连结的诺模图来完成上述任务，预测 逆流萃取的合理条件。诺模图的制作主要依据下列四个函数关系式：K=f(pH)(i)E=K。 * (L/H)(2)(3)E=K/m工程硕士学位论文W=(E

51、-1)/En+1-1(4)红霉素发酵液用醋酸丁酯萃取，分配系数与pH关系式如下：K=-1.47+0. 382(pH)(萃取）（5)K =2.65-0.234(pH)(反萃取）（6)上述公式中，K为分配系数，E为萃取因子，L为轻相体积，H为重相体积，K 为未被解离的溶质。结合（3)和（4)式，用算法语言编制程序，经运算得pH、 K、E、W等一系列数值，描绘得图3.1。整个图分三部分，左面（I )和右面（III) 部分绘出了萃取因素E在不同的1/ro下与pH制的关系，在诺模图的中间部分（II) 给出了红霉素未被萃取分率W与萃取因素E的关系。nI： E=f(pH，m)适用于红霉素自丁酯相反萃取到水相

52、；II: V=f(E, n);III： F=f(pH，m)适用于红霉素自水相萃取到丁酯相图3.1红霉素萃取计算诺模图 Fig 3.1 Erythromycin extraction calculation map在给定的相比、pH值和设备级数n时，可以确定屯值。例如，在图3.1中 当pH=10.0,醋酸丁酯与滤液体积比为m=0.15,采用二级萃取从滤液中提取红霉 素时，首先在图（III)部分横坐标上找到pH=10.0点，垂直上升找出与hfO. 15 曲线相交的点，从交点作横坐标轴的平行线到诺模图中间部分（II )与n=2曲线 相交，从交点作垂直线于横坐标轴相交的点即为废水相中残留量的百分数，约

53、为0.25%。废水中未被萃取的红霉素百分数越低，表明萃取越充分，萃取收率越高 结合生产实际情况和图3.1,本研究选择采用浓缩比范围在0.12-0.17之 间，采用二级萃取的提取方法，pH值控制在10.0以上，以尽可能降低废水中的红霉素含量，提高萃取收率。确定物料运行条件后，再对两种离心机进行性能和 实际运行情况的对比。1.2碟片式离心机工作原理碟片式离心机是目前广泛应用的一种离心机。它有一密封的转鼓，内装若干 个锥顶角为60 -100的锥形碟片，料液自离心机底部（或上部）由中心进料 管进入转鼓，沿碟片上升通道进入碟片间隙向碟片内、外缘流动。由于碟片数目 多且间隙极小（一般为0.5-2. 5mm

54、)，增大了沉降面积，形成薄层分离，固体颗 粒的沉降距离也短，所以较其它类型的离心机分离效果好27。运行时，颗粒沉降 到碟片内表面上后向碟片外缘滑动，最后沉积到转鼓壁上；沉清的液体经溢流口 或由向心泵排出。碟片式离心机的离心力强度达到300010000。其结构示意图 如图3. 2所不:图3. 2 碟片式离心机的结构示意图 Fig 3.2 Configuration sketch map of disc seperatorPX-90型离心机是由瑞典的Alfa Laval公司制造的碟片式高速离心机。它 属于间歇式喷嘴排渣碟片式离心机，多用于酶、氨基酸等物质的浓缩分离，浓缩 比可达520。该离心机的转

55、鼓成双锥形，喷嘴位于转鼓周边。它主要应用于进 料体积中含约5%的固形物的物料，可分离颗粒的粒径范围在0. 5-100u m之间。1.2.1机械性能上的对比：表3.3 两种离心机机械性能对比 Table 3.3 Comparation mechanical ability of DRY500 and PX90项目DRY500碟式分离机PX90型高速离心机滤液处理量a/hr)1000027000转速（转/分钟）44504260分离因数57606820排渣方式人工拆洗喷嘴排渣进料方式上进上出下进上出进料含固量（)15由表3. 3中可知，PX90型高速离心机在排渣方式上、分离因数以及滤洗 液处理量上均优于DRY500碟式分离机,且由于其内部独有的专利设计部件并采 用“下进上出”的进料方式，一定程度上还降低了萃取时料液的乳化现象。1.2.2 运行状况的对比 DRY500碟式离心机是间歇式离心机。在实际生产中，该机因自身