抗生素分离纯化新技术的应用现状

抗生素分离纯化新技术的应用现状【摘要】从发酵液中分离纯化抗生素,是抗生素新药研发的难点.根据抗生素性质的差异建立的分离纯化方法各不相同,因此采用合理有效的分离纯化技术路线是新型抗生素研究成功与否的关键.本文综述了并且报道了一些国内外最近研制出的新型抗生素的分离纯化方法的应用及其广阔的前景.【关键词】抗生素；分离纯化；膜分离；大网格吸附抗生素简介抗生素（antibiotics）是由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。现临床常用的抗生素有微生物培养液液中提取物以及用化学方法合成或半合成的化合物。目前已知天然抗生素不下万种。抗生素以前被称为抗菌素，事实上它不仅能杀灭细菌而且对霉菌、支原体、衣原体等其它致病微生物也有良好的抑制和杀灭作用，近年来通常将抗菌素改称为抗生素。抗生素可以是某些微生物生长繁殖过程中产生的一种物质，用于治病的抗生素除由此直接提取外；还有完全用人工合成或部分人工合成的。通俗地讲，抗生素就是用于治疗各种细菌感染或抑制致病微生物感染的药物。重复使用一种抗生素可能会使致病菌产生抗药性。之所以现在提出杜绝滥用抗生素此乃是原因之一。科学地使用抗生素是有的放矢。通常建议做细菌培养并作药敏试验，根据药敏试验的结果选用极度敏感药物，这样就避免了盲目性，而且也能收到良好的治疗效果。抗生素分离纯化抗生素的提炼一般是指将在发酵液中积累的抗生素经过分离、浓集、纯化，获得符合使用要求制品的全过程。是一门利用各种化工单元操作有机组合进行生物技术产品后处理的技术。由于抗生素的生源、性质各异，在发酵液中存在形式、杂质的干扰情况不一，以及制品的使用要求不同，所以抗生素的提炼过程不可能有一规范化的模式。即使是同种抗生素，常因生产菌株、培养基成分、培养条件或发酵水平的差异而采用不同化工单元组合的提炼工艺。如以土霉素的生产为例，其提炼方法曾有钙盐沉淀、溶媒萃取、离子交换及游离碱沉淀等的演变。极大多数的抗生素是微生物代谢过程的次级产物，过量合成的抗生素一般都是直接分泌到胞外，有的溶于培养液、有的与培养液中其他组分结合后沉积或粘附于菌体。发酵液中菌体等固形杂质的量因抗生素品种而异，一般在10一40肠(v/v)的范围。培养液中溶有残留的培养基成分1~5%(w/v)、其他的代谢产物及菌体自溶后渗出的胞浆等杂质，抗生素的含量一般仅为。.1一3肠(w/v)左右。抗生素的提炼在概念上是由预处理、分离、浓集、纯化诸环节所构成。一个化工单元，操作有时可能达到若干个目的。3.抗生素的分离纯化技术的应用现状3.1大网格吸附树脂在抗生素分离纯化方面的应用大网格吸附剂近年来发展比较迅速，大网格树脂在抗生素分离、纯化方面的应用有很广泛的应用。如在多肤类:、酮类、糖类、杂环类、丝裂霉素类多烯类、、核普类、葱环类、菇烷类、吩嗓类等抗生素在分离纯化中应用了大网格吸附剂。目前它巳逐渐取代活性炭和Al:03等经典的吸附剂，在抗生素’制备工艺中’显示出愈来愈重要的作用。和活性炭相比，它具有选择性好、解析容易、机械强度好可反复使用和流体阻力小等优点〔3，.〕，特别是其孔隙大小、骨架结构和极性可按不同原料和合成条件进行选择。因此可适合于吸附各种有机化合物。过去必须用有机溶剂提取或只能用活性炭吸附的抗生素，目前用大网格吸附剂提取也取得了满意的结果。这为进一步革下除离心机，简化工，序和设备，节约有机溶媒，提供了很大的可能性。另外，对于一些属弱电解质的非离子型抗生素，过去不能用离子交换法分离，现在也可考虑用大网格吸附荆。因此，它可补充离子交换树脂的不足，为抗生素的提纯提供了新途径。3.2大孔网状吸附剂在抗生素分离纯化中的应用大孔网状吸附剂的应用新发展起来的一项新技术，采用大孔网状吸附剂分离、纯化抗生素是抗生素工业中值得注意的动向。最近几年来，国外发表的新抗生素中有不少是用大孔网状吸附剂作为提取精制手段。大孔吸附剂不仅可以吸附脂溶性抗生素，而且可以吸附水溶性抗生素，过去认为必须用有机溶剂提取，或者只能用活性炭吸附的抗生素，用它提取也取得满意的结果。这为进一步割除离心机、节约有机溶剂以及革除大量废液回收工序和设备，提供了很大的可能性。这种非离子型的多孔骨架，其性质和天然吸附剂活性炭相似，在某种程度上要比活性炭优越得多。3.3逆流色谱技术在抗生素分离纯化中的应用现代逆流色谱技术为化合物的分离纯化提供了一个新的手段,与HPLC等液-固色谱技术比较,由于分离原理不同,二者间存在很强的互补性。它无需固体作固定相,不存在固体对样品组分的吸附、玷污、变性、失活、拖尾等现象,能实现很高的回收率,节省昂贵的材料消耗和溶剂消耗(HPLC的1/10以下),运行使用的后续投入较低。逆流色谱在无需更换不同极性的色谱柱情况下,通过提高极性溶剂或非极性溶剂比例的方法,可以实现流动相从弱极性到强极性或相反的转化。由于色谱柱容积大,无填料,柱内空间全部是有效空间,因此,样品负载能力强,制备量大,重现性好。实验室规模的盘管总体积为100ml的逆流色谱仪一次可分离0.5~2g的粗品,而3000ml容量的制备型逆流色谱仪一次可分离15~60g的粗品。但是,与气相色谱和高效液相色谱等相比,逆流色谱的分离效率即理论塔板数还不高(一般在1000以下),一次分离所需时间还较长(以小时计),因此,还不宜用于组成复杂的混合物的全谱分离分析。逆流色谱技术在基本原理以及溶剂系统选择等方面还有待于进一步的普及研究开发与应用逆流色谱技术已经成功用于许多抗生素的分离纯化,这些抗生素的结构类型有肽类、大环内酯类、四环素类、蒽环类、放线菌素类、多烯类、核苷类、糖类和头孢类等(表2)。本文作者等用国产分析型TBE-300高速逆流色谱仪(深圳同田生化技术有限公司)对含环孢菌素A、B、C、D的混合物进行分离,以石油醚/丙酮/水(3∶3∶2,V/V)为溶剂系统,下相为流动相,运行8h后得到纯度大于98.5%的A、B、C、D各组分,收率高于85%。事实证明高速逆流色谱技术在抗生素分离纯化方面大有可为。3.4超滤膜在抗生素提取中的应用超滤膜的特征是截留大分子,透过小分子,进行大分子与小分子的分离。超滤膜的组件类型主要有中空纤维膜、卷式膜及管式膜。用超滤可以对生物活性物质和热敏感性药物如酶、多肽和蛋白质进行浓缩、提取和分离。发酵料液的相对分子质量从数百到数万,因此在抗生素分离提取中,超滤通常被用于预处理过程,以实现高效率的分离纯化。超滤膜在苄青霉素提取中以及其他抗生素提取中都有应用。3.5反渗透膜在抗生素提取中的应用反渗透(RO)最初用于水处理方面,因其成本较高,难度也较大,在生物医药方面的应用研究尚处于起步阶段。近年来,反渗透过程在果汁浓缩、提取抗生素和添加剂提纯方面的应用已有报道,中国在这方面的研究还有待进一步深入。反渗透膜在6-氨基青霉烷酸(6-APA)中、在链霉素生产工艺中、在浓缩红霉素发酵液滤液中、在处理土霉素结晶母液中都有广泛的应用。3.6纳滤膜在抗生素提取中的应用发酵法生产的抗生素原液中含4%生物残渣、不定的盐分、约0·1%~0·2%的抗生素。纳滤(NF)膜可通过两种途径回收和纯化抗生素:一种是先用溶剂萃取,再用NF膜浓缩,这一过程由于溶剂可循环利用,可节约80%的成本;另一种是先用膜浓缩再用溶剂萃取,这一方法可大大提高萃取设备的生产能力,降低溶剂的用量。纳滤膜在提取6-氨基青霉烷酸(6-APA)中、在提取螺旋霉素中、在提取其他抗生素中有广泛的应用。3.7乳状液膜在抗生素提取中的应用液膜具有进行高度提取所需的较大接触面积和时间,所以其渗透速度很快,非常适合于分离和富集较不稳定的抗生素;同时液膜提取使回收操作一步完成,推进了在抗生素分离和纯化中的应用。液膜萃取技术在抗生素提炼中的应用研究主要是青霉素的提取,虽未商品化,但个别技术已进入中试阶段。液膜分离在其他几类抗生素提取中的应用报道较少。乳状液膜在提取青霉素中、在提取其他抗生素中有广阔的应用前景。结语抗生素分离纯化过程是一项非常繁琐艰巨的任务，尤其对未知成分的新型抗生素的分析，需要投入大量的人力物力，不仅要求研究人员熟练掌握各种分离技术，还要求研究人员有足够的耐心。在总结前人分离纯化的基础上，敢于尝试各种分离纯化技术并勇于创新，从而合理的摸索出一条新的分离纯化的路线来。将这些新的分离纯化技术应用到现实生活中的各个行业。在日渐繁荣的今天，随着科技的进步，人才的涌出，抗生素的分离纯化技术会适用时代的进步，在应用中会有广阔的前景，会研究出更多更好节能节料环保的新技术。抗生素的分离纯化的前景不可估量。参考文献[1]张天佑.逆流色谱技术[M].北京:北京科学技术出版社,1993[2]NisbetLJ.[J].Chem.Tech.Biotechbol.,1982,32(1):251[3]方孝华.[J].医药工程设计,1998,2(3):11~13[4]BritesAlvesAM,MoraoA,CardosoJP.[J].Desalination,2002,148:181~186[5]刘路,刘玉荣.[J].水处理技术,2000,26(3):169[6]何旭敏,何国梅,曾碧榕等.[J].厦门大学学报,2001,40[7]上海化工学院。医药工业1977:8[8]邬行彦,孙进.[J].国外医药抗生素杂志分册,1992,13(6):455~462[9]楼福乐,毛伟钢,陆晓峰.[J].膜科学与技术,1999,19(3):8~12[10]JoachimDanzig,WilhelmTischer,ChristianWandrey.[J].Chem.Eng.Technol.,1995,18:256[11]曹学君,邬行彦,吴彤等.[J].生物工程学报,1998,