D152树脂对多粘菌素E的提取性能研究.pdf

第 卷第期 年月铀矿冶 收稿日期：第一作者简介：赵振中（），男，河北保定人，学士，工程师，主要研究方向为微生物制药提取。通信作者简介：李海超（），男，河北唐山人，学士，工程师，主要研究方向为微生物制药提取。犇 树脂对多粘菌素犈的提取性能研究赵振中，李海超（河北圣雪大成唐山制药有限责任公司，河北 唐山 ）摘要：多粘菌素由多粘类芽孢杆菌发酵产生，主要采用离子交换法进行提纯。研究了 阳离子交换树脂提取多粘菌素的各项指标，并将 树脂与现有工艺设备进行匹配，得到了提取过程中吸附量、洗脱速率、收率等指标。多粘菌素过滤液 为 ，色谱效价 万，采用柱串联吸附工艺，在吸附流速 、硫酸洗 脱 流 速 条 件 下，树 脂 吸 附 量 可 达 万（湿 树 脂），总 收率 。连续运行个月，树脂性能稳定。关键词：多粘菌素；树脂；离子交换中图分类号：文献标志码：文章编号：（）犇 犗 犐：多粘菌素为白色或类白色粉末，味苦、无臭，易溶于水、苯甲醇，微溶于甲醇，不溶于丙酮和乙醚等，其游离碱微溶于水，目前市售产品为其硫酸盐。多粘菌素由多粘芽孢杆菌发酵产生，是种多肽类抗生素，包含多种氨基酸和脂肪酸；其硫酸盐为硫酸多粘菌素，有较好的热稳定性，在 内较稳定。作为抗生素，多粘菌素与细胞膜结构中的游离氨基酸和细胞膜中游离的磷酸根发生作用，增加细胞膜通透性，从而杀死细菌 。多粘菌 素的提 取 方法 主 要 有 溶 剂 萃 取法、泡沫分离法、活性炭吸附法、沉淀法 、离子交换法 等，其中离子交换法因易获得纯度较高的产品、成本低而得到广泛应用。目前制药企业对多粘菌素的提取工艺主要是：发酵液过滤树脂吸附硫酸洗脱洗脱液后处理。目前用离子交换法提取多粘菌素的研究主要是利用溶解多粘菌素成品得到的溶液进行条件优化选择。但在实际生产中，发酵过滤液的组分复杂，不仅存在大量的残糖、蛋白质、色素等有机分子，也存在大量的、等无机离子，这些物质均会对吸附过程造成影响，导致收率损失和产 能降 低。树 脂 为 强碱 弱 酸 型阳离子交换树脂，对抗生素具有良好的吸附作用。研究 树 脂 吸 附 多 粘 菌 素的 特性，旨在优化多粘菌素的生产工艺，提高产品质量，为发挥现有生产装备最大产能提供生产控制参数。试验部分 仪器与试剂仪器：高效液相色谱仪，型精密酸度计，电子天平（美加宁 ），机械搅拌器，陶瓷膜（上海奥赛分离技术工程有限公司），水环真空泵，自制离子交换柱。主要试剂：、氨水、等，均为分析纯；试验用水为自制无盐水；树脂（核工业北京化工冶金研究院）：湿视密度 ，粒度（），水分 。试验样品：多粘菌素发酵液（河北圣雪大成唐山制药有限责任公司）。树脂预处理将 树脂交替用 盐酸和 氢氧化钠溶液浸泡再生次，每次浸泡后用无盐水洗树脂至 （盐酸浸泡时）或 （氢氧化钠溶液浸泡时），备用。试验方法 发酵液预处理取发酵液，按照草酸质量与发酵液体积比 ，加入，搅拌 后经陶瓷膜过滤处理，收集过滤液。按照试验要求稀释和调整。过滤液狆 犎对吸附系统的影响在 下，取 过滤液，用 的 调节溶液 为 ，控制机械搅拌器转速为 ，每采用 法检测效价，研究 对多粘菌素过滤液效价的影响。根据现有生产参数，将处理好的 树脂采用单柱湿法装柱，控制径高比为 ；料液温度为。用 溶液将过滤液 调整至 、，然后在吸附流速 条件下进行吸附，待出口浓度与进口浓度相等时，吸附结束，计算每 湿树脂的吸附量。过滤液效价对犇 树脂吸附量的影响根据现有生产工艺设备进行动态吸附试验。单柱湿法装柱，树脂装量径高比为 ，试验温度为，吸附流速 ，过滤液 。分别将过滤液效价稀释至、万 进行动态吸附，待出口浓度与进口浓度相等时，终止试验，绘制吸附量曲线。吸附流速优化吸附流速和吸附量的平衡点影响产能的高低。因此，对吸附流速进行研究，选择更适合 树脂的吸附流速。选择单柱湿法装柱，树脂装量径高比 为 ，试 验 温 度 为 ，过 滤 液 效 价 为 万、硬度为 、，控制吸附流速为 、，待出口效价与进口效价相等时，终止试验。绘制穿透曲线和吸 附曲线。洗脱剂浓度优化以稀硫酸作为洗脱剂，按照 流速进行洗脱。在 条件下，研究洗脱剂浓度对 树脂洗脱效果影响。选 择在 过 滤液 效 价 万、吸附流速 条件下动态吸附饱和且清洗完毕的 树脂柱，进行洗脱试验，洗脱液浓度分别为、，绘制洗脱曲线。洗脱剂流速优化取吸附饱和且清洗完毕的 树脂进行装柱，选取 得到的最佳洗脱剂浓度，以不同的洗脱流速（、）进行洗脱试验，绘制洗脱曲线。生产工况性能评价根据上述优化条件调整生产工艺参数，从产能、物料质量、收率、树脂运行情况等方面进行综合评价。生产采用柱串联吸附工艺，依过滤液流向分别作为主、副、次交换柱，吸附方式采用自下而上的反进吸附方式，切换周期。检测方法使用高效液相色谱法对多粘菌素的效价进行检测，具体测定方法参考 版兽药典。按照 水质钙和镁总量的测定 滴定法（）检测溶液总硬度。计算公式吸附收率（犮犞犮犞）犮犞 ，洗脱收率犮犞（犮犞犮犞），总收率吸附收率洗脱收率，式中：犮过滤液效价，；犮吸附废水效价，；犮洗脱液效价，；犞过滤液体积，；犞吸附废水体积，；犞洗脱液体积，。试验结果与讨论 过滤液狆 犎对吸附系统的影响多粘菌素在不同 条件下，效价随时间变化 情 况 见 图。多 粘 菌 素 过 滤 液 效 价 在 范围内稳定性较好，在碱性条件下降解严重，这与文献 表述一致。图过滤液狆 犎对多粘菌素犈稳定性的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳 犳 犻 犾 狋 狉 犪 狋 犲狆 犎狅 狀狋 犺 犲 狊 狋 犪 犫 犻 犾 犻 狋 狔狅 犳狆 狅 犾 狔 犿 狔 狓 犻 狀犈铀矿冶第 卷 树脂在不同 条件下的吸附量见图。可以看出，树脂的吸 附 量 随 着过 滤 液 的升高而明显增加。这是由于 树脂上的 为弱酸性基团，其电离程度受溶液 影响很大，尤其是在强酸性条件下很难发生离子交换反应，所以 树脂的吸附量随溶液 下降而减小，随 升高而增加。在实际应用中考虑到多粘菌素的稳定性，将过滤液 控制在 内进行吸附。图过滤液狆 犎对犇 树脂吸附量的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳 犳 犻 犾 狋 狉 犪 狋 犲狆 犎狅 狀犪 犱 狊 狅 狉 狆 狋 犻 狅 狀犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔狅 犳犇 狉 犲 狊 犻 狀 过滤液效价对吸附量的影响过滤液效价是影响产能和 树脂吸附量的重要因素之一。模拟了动态吸附条件下，过滤液效价对 树脂吸附量的影响，结果见图图。可 以 看 出，过 滤 液 效 价 在 万，树脂吸附量呈缓慢递增趋势；效价大于 万 以后，树脂吸附速率基本不增加。图过滤液效价对犇 树脂吸附量的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳 犳 犻 犾 狋 狉 犪 狋 犲 狋 犻 狋 犲 狉狅 狀犪 犱 狊 狅 狉 狆 狋 犻 狅 狀犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔狅 犳犇 狉 犲 狊 犻 狀图犇 树脂吸附曲线犉 犻 犵 犇 狉 犲 狊 犻 狀犪 犱 狊 狅 狉 狆 狋 犻 狅 狀犮 狌 狉 狏 犲分析其原因，认为是由于在过滤液效价较低时，离子交换速率主要是由外扩散控制，此时浓度增加，交换速率也会增加；但随着效价增加，交换速率受内扩散和外扩散同时作用，此时交换速率增加缓慢；继续增加过滤液效价，离子交换过程主要受内扩散控制，交换速率到达极限，此时会造成收率损失。所以实际生产过程中，为了同时保证吸附收率和产能，过滤液效价应尽可能控制在 万 左右。过滤液流速对吸附量的影响过滤液流速对 树脂吸附量的影响见图图。图不同流速下犇 树脂的穿透曲线犉 犻 犵 犘 犲 狀 犲 狋 狉 犪 狋 犻 狅 狀犮 狌 狉 狏 犲 狊狅 犳犇 狉 犲 狊 犻 狀犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 犳 犾 狅 狑狉 犪 狋 犲 狊从图可看出，在 流速下吸附，出口溶液的效价为 ，而 流速吸附出口效价为 左右，说明过滤液效价增加至 万，树脂性能完第期赵振中，等：树脂对多粘菌素的提取性能研究全满足生产要求（）。在常温稀溶液中，离子的化合价越高，越易被交换。多粘菌素在溶液状态下呈价，所以随着吸附过程的进行，多 粘 菌 素会 置 换 已 经 被 吸 附 的、，因此出口溶液的硬度会增加（图）。但随着多粘菌素吸附量的增加，出口溶液的效价不可控，造成收率损失。虽然较低流速能够增加吸附量，但会降低生产效率，所以选择 流速作为吸附上柱流速。图过滤液流速对犇 树脂吸附量的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳 犳 犻 犾 狋 狉 犪 狋 犲 犳 犾 狅 狑狉 犪 狋 犲狅 狀犪 犱 狊 狅 狉 狆 狋 犻 狅 狀犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔狅 犳犇 狉 犲 狊 犻 狀 洗脱剂浓度选择洗脱剂浓度对洗脱液出口效价的影响见图图。图不同浓度硫酸的洗脱曲线犉 犻 犵 犈 犾 狌 狋 犻 狅 狀犮 狌 狉 狏 犲 狊狅 犳 狊 狌 犾 犳 狌 狉 犻 犮犪 犮 犻 犱犪 狋犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 犮 狅 狀 犮 犲 狀 狋 狉 犪 狋 犻 狅 狀 狊从图图可看出，硫酸的洗脱曲线出现明显的拖尾现象，洗脱时间较长，影响进度与产能；而 硫酸的洗脱曲线，高效价集中，但 下降较快，过低的 会增加后续的中和难度，增加处理成本。所以洗脱剂以 硫酸为宜。图洗脱剂浓度对洗脱液狆 犎的影响犉 犻 犵 犈 犳 犳 犲 犮 狋 狅 犳 犲 犾 狌 犲 狀 狋 犮 狅 狀 犮 犲 狀 狋 狉 犪 狋 犻 狅 狀狅 狀犲 犾 狌 犪 狋 犲狆 犎 洗脱剂流速优化选择动态吸附试验考察洗脱剂流速对 树脂吸附多粘菌素的影响。不同流速下的洗脱曲线见图。图单柱洗脱曲线犉 犻 犵 犛 犻 狀 犵 犾 犲犮 狅 犾 狌 犿 狀犲 犾 狌 狋 犻 狅 狀犮 狌 狉 狏 犲从 图可 看 出，当 洗 脱 液 流 速 在 时，洗脱曲线峰型较好，没有出现明显的拖尾；当洗脱流速为 时，虽能较快回收高效价段，但拖尾比较明显，且 降低较快。所以确定适宜的洗脱液流速为 ，此时洗脱液效价较高且 较为适中，有利于后续工艺进行。铀矿冶第 卷 生产工况性能评价 运行评价在柱串联吸附工艺下，相比第吸附周期，树脂的第周期和第周期的平均吸附量分别增加 和 。从洗脱曲线来看，在切柱周期内，洗脱液总 在 左右，高效价段较为集中。连续运行周期内各柱吸附量变化和洗脱曲线见图 图。图 不同周期吸附量犉 犻 犵 犃 犱 狊 狅 狉 狆 狋 犻 狅 狀犮 犪 狆 犪 犮 犻 狋 狔狅 犳犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋 犮 狔 犮 犾 犲 狊 收率评价根 据 生 产 数 据 统 计：吸 附 平 均 收 率 为 ，洗脱平均收率为 ，提取总收率为 。可以看出，树脂对多粘菌素提取效果良好，平均收率达 以上。收率损失主要包括：）吸附废水中约有 的损失；）在实际生产过程中，树脂碱性再生 控制 在 以 下（否 则 耗 水 量 将 急 剧 增加），碱性较强的环境会造成多粘菌素变性，导致收率损失。图 周期内各柱洗脱曲线犉 犻 犵 犈 犾 狌 狋 犻 狅 狀犮 狌 狉 狏 犲狅 犳 犲 犪 犮 犺犮 狅 犾 狌 犿 狀 犻 狀狋 犺 犲狆 犲 狉 犻 狅 犱 犇 树脂性能评价为了考察 树脂在实际生产中的性能变化，在树脂运行个月时进行了理化性能分析检测，并将检测结果与新树脂指标对比（表）。表犇 树脂运行个月前后理化性能对比犜 犪 犫 犾 犲犆 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀狅 犳狆 犺 狔 狊 犻 犮 狅 犮 犺 犲 犿 犻 犮 犪 犾 狆 狉 狅 狆 犲 狉 狋 犻 犲 狊狅 犳犇 狉 犲 狊 犻 狀犫 犲 犳 狅 狉 犲犪 狀 犱犪 犳 狋 犲 狉犿 狅 狀 狋 犺 狊狅 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀指标新树脂运行个月的树脂外观乳白色球状颗粒黄色球状颗粒粒度（）水分 湿视密度（）干氢型树脂交换当量（）对硫酸粘菌素吸附量（万）机械强度 提取多粘菌素总收率 从表可看出，树脂在运行个月后，理化性能指标基本保持稳定。由于受反洗操作影响，树脂在使用过程中会出现磨损；但树脂交换当量变化不大，与新树脂相当。第期赵振中，等：树脂对多粘菌素的提取性能研究结论用 树脂提取多粘菌素时，控制过滤液效价 万、吸附 流 速 、树脂装量径高比 、洗脱剂硫酸浓度 、洗脱流速 ，采用柱串联吸附工艺，更适合现有生产设备。此时，树脂吸附量可达 万 湿树脂，洗脱液 ，总收率 ，得到的洗脱液效价稳定。参考文献：乔涵，游雪甫，李聪然多黏菌素抗菌机理及耐药机制研 究 进 展 中 国 抗 生 素 杂 质，（）：刘小康，李帅华，张梦珂，等 对黏菌素体外抗菌活性的影响江西农业学报，（）：王崔岩，郭 月 玲，彭 亮，等多 粘 菌 素研 究 进 展煤炭与化工，（）：佟斌，刘桂敏，吴兆亮，等泡沫分离提取多粘菌素的工艺 研 究 食 品 工 业 科 技，（）：马文艳，潘忠成，王卫富，等发酵液中分离多粘菌素的生产工艺研究绿色科技，（）：丁绪芹，张劲松，王福岭沉淀法分离硫酸粘杆菌素工艺研究中国兽药杂质，（）：杨立国沉淀法提取硫酸粘菌素工艺优化研究天津：河北科技大学，杨小虎硫酸多粘菌素分离纯化工艺研究杭州：浙江大学，邢伟玲，周希贵，王贺祥，等离子交换层析法提取粘杆菌素的研究中国兽医杂质，（）：何淑旺，李树英，刘长涛，等离子交换树脂提取硫酸粘菌素 的 性 能 对 比 研 究 潍 坊 学 院 学 报，（）：杨欣，翁连进，甘林火，等 弱酸性离子交换树脂吸附 组氨酸华工科技，（）：中国兽药典委员会中华人民共和国兽药典北京：中国农业出版社，国家环境保护局水质钙和镁 总 量 的 测 定 滴定法：北京：中国标准出版社，杨立国，赵金芳，刘俊果硫酸黏菌素稳定性的研究中国抗生素杂志，（）：陈勇，张小华，卓文海硫酸粘杆菌素稳定性研究齐鲁药事，（）：蔡元宁多粘类芽孢杆菌稳定性以及多粘菌素发酵工艺的研究杭州：浙江工业大学，顾觉奋离子交换与吸附树脂在制药工业上的应用北京：中国医药科技出版社，犛 狋 狌 犱 狔狅 狀犈 狓 狋 狉 犪 犮 狋 犻 狅 狀犘 犲 狉 犳 狅 狉 犿 犪 狀 犮 犲狅 犳犘 狅 犾 狔 犿 狔 狓 犻 狀犈狑 犻 狋 犺犇 犚 犲 狊 犻 狀 ，（），）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：（），（），犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；铀矿冶第 卷