红霉素链霉菌发酵液中提取红霉素

7、其他
(1）萃取时pH一般在>10，反萃取时pH一般在<5，容易引起红霉素 的降解，尤其易发生酸性降解； (2）发酵液碱化过程中，局部的过酸过碱降解红霉素； (3）板框过滤各板框间差异性大，过滤工艺稳定性差，导致产品质 量和收率波动较大。
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。 • 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。
• （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 水加入方式以滴加最好。
（6）发酵液浓度的控制
• 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。
（4）中间补料
• 发酵过程中还原糖控制在1．2％一1．6％范围内，每隔6h加入 葡萄糖，直至故罐前12—18h停止加糖。有机氮源一般每B4r 3— 4次。根据发酵液浓度的大小决定补入量的多少，若浓度低可增 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6．5时开始补 入，每隔24hAR一次，全程共加4至5次，总量为o．7％一o．8％。
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）氮源 • （2）碳源 • （3）前体
（1）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。 分析：1、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。 2、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。 3、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，加上酶解液进 行中间补料就使摇瓶发酥单位大幅度提高。
1.3、红霉素的生产一般原理及步骤简介
产生菌培养
生物合成 发酵
精制
红霉素的提取
发酵液预处理和过滤
目录
2
二、红霉素的生产流程
2.1、一般流程 2.2、发酵工艺要点 2 二、红霉素的生产流程 2.3、发酵液的成分和提取难度分析
2.1红霉素生产的一般流程
孢子培养 孢子培养
沙土孢子
母斜面孢子
37℃,7～10天
发酵液
0.05％甲醛,3%~5%ZnSO4,NaOH 调pH7.8~8.2
滤洗液
［提取、离心分离］
用BA做二级顺流萃取，一级 pH10~10.2，二级Ph10.4~10.6
一次萃取液
［乳酸盐沉淀］
缓慢加入用BA稀释至20%~30% 的乳酸pH6.0加完后继续搅拌0.5h
乳酸盐湿晶体
［提取、离心分离］
红霉素分子结构中有一个二甲基氨基官能团，是一个弱碱， pKa=8.6，在酸性条件下与某些酸会形成盐，如红霉素乳酸盐。 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。
红霉素乳酸盐沉淀的工艺流程：
［预处理、过滤］
（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6.6—7.2，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5.7—6.3时发酵终厂的单位仅为对照的 一半。当PH为5.3时已经生成的红霉素全部失效，菌丝自溶。当PH为6.3时 红霉素部分失效，pH在6.7—6.9有利于红霉素的生物合成。
醋酸缓冲液
［提取、离心分离］
用BA做三级顺流萃取，pH分别为 9.8~10、9.9~10.2、10~10.2，38~40％
二级萃取液
［结晶］
加10%的丙酮，-5%以 下，静置24~36h
结晶液
［分离、洗涤］
离心甩滤，蒸馏 水洗涤
［制粒、干燥］
湿晶体
70~80℃， 2666Pa干燥20h
成品
2、中间盐沉淀法：
红霉素结构
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（根据R1、R2基团不 同）
• 红霉素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 6～8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135～140℃（游离碱水合物）， 190～193℃（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。
各种分离方法的优缺点和经济性、高效性，选出最优的分 离方法。 红霉素提取方法的选择、工艺流程的选择、制作PPT
目录
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2
一、设计背景
二、红霉素的生产流程
三、提取红霉素的方法选择 四、工艺流程设计
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目录
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一、设计背景
1.1、红霉素简介
1、抗生素分类
Biblioteka Baidu
（1）、β -内酰胺类如青霉素类、头孢类等 1 一、设计背景 （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
1.2、红霉素的生物合成
原料来源： 红霉素的生源主要来自葡萄糖和氨基酸 合成主要步骤： ①丙酸盐经过多步反应形成中间体6-脱氧红霉内酯B； ②在C-6上进行羟基化反应形成红霉内酯B； ③L-红霉糖转至内酯环的C-3位羟基上形成3-α -L-碳霉糖基红霉内酯B； ④D-红霉氨基糖结构部分转移至C-5羟基后得到红霉素D； ⑤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； ⑥红霉素D的红霉糖部分甲基化可形成红霉素B 。
适量BA洗涤，55℃干燥
干晶体
［溶解］
在搅拌下将红霉素乳酸 盐加入10%丙酮水溶液 中溶解，pH6.0
红霉素溶液
［碱化转化］
加氨水碱化，pH10 水解温度55℃
［分离、洗涤、干燥］
湿晶体
甩滤，水洗至 pH7~8,55℃干燥
成品
传统工艺存在的问题：
(1）滤饼中含有大量Zn2+，滤饼无法实现在利用， 污染土壤 ； (2）滤液萃取后的废水中存在大量SO42+，废水处理时产生有毒气体 H2S，污染大气；
• (7）消泡
• 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。
目录
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三、提取红霉素的方法选择
发酵液成分 仅有约4%~8%的红霉素，其余为
菌体、蛋白质、色素、油脂等
3 分离提纯
三、提取红霉素的方法选择 性质不稳定，pH过高、过低均 产品性质
1、ZnSO4作为絮凝剂
2、板框过滤
(1）过滤质量差，导致了乳化现象，降低了萃取收率，增加了溶媒用 量，影响了产品的品质； (2）过滤过程加入助滤剂影响产品的纯度和收率； (3）需要人为添加滤布、清洗滤布，无法自动化，生产效率低； (4）产生废水量大，增加废水处理成本；
3、DRY500碟片式离心机（国内对红霉素分离时多采用）。自动化程 度低，需要人为拆卸、清洗，费时费力，影响生产进度；人为监测pH 值，不能及时监控生产实况。 4、乳化现象。降低了萃取收率。 5、破乳剂。用量大，价格昂贵，对人体有害，污染环境。 6、萃取剂。消耗大，成本高，回收耗能大，废液处理处理困难。
工艺流程
发酵液
［预处理、过滤］
0.05％甲醛，3%~5%ZnSO4,NaOH 调pH7.8~8.2
滤洗液
［提取、离心分离］
用BA做二级顺流萃取，一级 pH10~10.2，二级Ph10.4~10.6
一级萃取液
［提取、离心分离］
醋酸缓冲液做二级逆流萃取，一级 pH5.0~5.2，二级Ph4.6~4.8
会破坏红霉素的结构
用途
直接作为医药用品
提纯的特点：
1、目标产物低； 2、杂质多，黏度大； 3、红霉素是多组分抗生素； 4、性质不稳定；
5、（药品）符合特殊的质量和安全要求；
传统的提取工艺：
1、溶媒萃取法。碱性条件下，红霉素可以由水相转移到有 机相——萃取；酸性条件下，红霉素由有机相转移到水相——反 萃取；反复的相转移中实现浓缩和除杂。 当pH＞10.0时红霉素基本以游离碱的形式存在，能溶于乙酸 丁酯中，当pH＜6.0时，红霉素以盐的形式存在，其在水中的溶解 度随pH降低而迅速增大。 提取采用在乙酸丁酯及在醋酸缓冲液中反复萃取。
（2）碳源
• 以葡萄糖为主(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。
• （3）前体
根据红霉家生物合成途径，红霉素c转为红霉素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。 注意: 丙酸或者丙醇作为前体时其加入量、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酸 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。 菌种选育时用豆油作碳源可使产生菌利用脂肪酸的能力提高，培 养基用豆油作碳源，可不加前体，不但能提高单位，还可延长周 期
子斜面孢子
种子培养
5℃.60～70h
一级培养液
种子培养
二级培养液
33～35℃,35～40h
发酵
发酵液
31 ℃,150~160h
提取与精制
2.2、发酵工艺要点
1、种子 2、培养基 3、培养条件的控制
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 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。要求成熟的孢子菌落呈深米黄色，色泽新鲜、均匀、 无黑点，并要求每瓶的孢子数不低于1亿个。 将子瓶斜面孢子菌落制成袍子悬浮液，用微孔接种的方式接 人种子罐
红霉素链霉菌发酵液中提取红霉素
小组成员：
丁武斌、关祖元、何秀炎、纪昌卫、刘蕴杰
任务分配
队员
丁武斌 关祖元 何秀炎
任务
撰写报告，画流程图、制作PPT，查找文献
设计背景（红霉素的性质、红霉素的生产原理简介）
链霉菌发酵合成红霉素的过程，料液特性，发酵液的成分， 分离红霉素时面临的困难及如何解决
刘蕴杰 纪昌卫
3、培养条件的控制
（1）通气搅拌 （2）温度 （3）pH （4）中间补料 （5）通氨 （6）发酵液浓度的控制 （7）消泡
（1）通气搅拌
• 发酵最初12小时内通气量保持在0.4vvm，12小时后控制在0.8～1.0vvm，所 用搅拌输入功率为1.5～2kW/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。