水相結(jié)晶硫氰酸紅霉素及其轉(zhuǎn)紅霉素堿工藝研究

姬紅明 王勇平 張永樂(lè) 高繼東

（寧夏太平洋生物科技有限公司，銀川 750200）

傳統(tǒng)的紅霉素生產(chǎn)工藝是對(duì)經(jīng)板框過(guò)濾后的濾洗液進(jìn)行有機(jī)溶媒相轉(zhuǎn)移后，在有機(jī)相中結(jié)晶形成硫氰酸紅霉素或乳酸鹽紅霉素，再對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)堿得到紅霉素。由于該工藝過(guò)程較長(zhǎng)加之需要兩次結(jié)晶過(guò)程，有機(jī)溶媒消耗大；同時(shí)，大量的紅霉素分子在中間生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，隨著板框渣液和結(jié)晶母液被浪費(fèi)，導(dǎo)致紅霉素的總收率始終徘徊在較低的生產(chǎn)水平，生產(chǎn)成本也居高不下。

近年來(lái)，隨著微濾、超濾和納濾等先進(jìn)的過(guò)濾技術(shù)在紅霉素生產(chǎn)過(guò)程中的廣泛應(yīng)用，與傳統(tǒng)的板框過(guò)濾相比，大幅降低了渣液中的紅霉素的含量，減少了過(guò)濾過(guò)程中紅霉素有效成分的損失，從而為進(jìn)一步提升紅霉素的總收率奠定了良好的基礎(chǔ)。

本研究立足生產(chǎn)實(shí)際，通過(guò)對(duì)經(jīng)微濾和納濾處理過(guò)的紅霉素濃縮液進(jìn)行直接結(jié)晶硫氰酸紅霉素；同時(shí)，利用紅霉素的濃縮液所得到的硫氰酸紅霉素生產(chǎn)紅霉素，以求減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)和有機(jī)溶媒的使用，降低紅霉素生產(chǎn)過(guò)程中有效成分的損耗和原輔料的消耗；同時(shí)，提高紅霉素的總收率，降低生產(chǎn)成本。

1 材料和儀器

膜分離設(shè)備N(xiāo)FA-84S-234/78（三達(dá)膜科技有限公司），721型分光光度計(jì)，pH-3C酸度計(jì)，丙酮（工業(yè)級(jí)），NaSCN（工業(yè)級(jí)），冰醋酸（工業(yè)級(jí)），30% NaOH溶液（工業(yè)級(jí)），微生物自動(dòng)測(cè)量分析儀（ZR-300RV，北京先驅(qū)威峰技術(shù)公司），安捷倫1260高效液相色譜儀（安捷倫科技公司）。

2 檢測(cè)方法

2.1 紅霉素濃縮液效價(jià)的測(cè)定

取適量經(jīng)納濾膜處理過(guò)的濃縮液，用純化水稀釋后，經(jīng)醋酸丁酯萃取后，采用硫酸水解法來(lái)測(cè)定濃縮液中的紅霉素效價(jià)[1]。

2.2 終點(diǎn)pH值測(cè)定

取少量反應(yīng)后的硫氰酸紅霉素的水相結(jié)晶液，靜置后取上層水溶液，測(cè)pH值。

2.3 硫氰酸紅霉素粗品效價(jià)和組分含量的測(cè)定

測(cè)定方法依據(jù)《中國(guó)獸藥典》（2010版）進(jìn)行測(cè)定[2]。

2.4 紅霉素效價(jià)和組分含量的測(cè)定

測(cè)定方法依據(jù)《中國(guó)藥典》（2010版）進(jìn)行測(cè)定[3]。

3 工藝技術(shù)

3.1 水相結(jié)晶硫氰酸紅霉素

由于紅霉素發(fā)酵液雖經(jīng)過(guò)微濾和納濾處理后，但其水相濃縮液中仍存在大量的小分子糖類(lèi)物質(zhì)、蛋白質(zhì)和色素類(lèi)物質(zhì)，導(dǎo)致濃縮液中的成分比較復(fù)雜，若進(jìn)行雜質(zhì)的再分離難度較大且成本較高。鑒于紅霉素在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，呈負(fù)溶解度現(xiàn)象[4]。據(jù)此，可利用濃縮液中的雜質(zhì)作為載體進(jìn)行水相結(jié)晶，使得硫氰酸紅霉素的晶體與雜質(zhì)之間借助表面張力而互相吸附，形成沉淀物，再采用固液分離來(lái)獲得含有大量雜質(zhì)的硫氰酸紅霉素粗品，然后再精制得到高純度的硫氰酸紅霉素。

具體做法如下：在常溫條件下，控制經(jīng)納濾膜處理過(guò)的濃縮液效價(jià)在22 000～24 000 μ/mL之間，pH值呈弱堿性，濃縮液體積4～5 m3，以（0.4～0.5）kg/十億的比例，向濃縮液中緩慢加入固體NaSCN并輔以攪拌，直至其完全溶解后，持續(xù)攪拌10 min，再向濃縮液中緩慢流加15%～20%的冰醋酸溶液，調(diào)節(jié)濃縮液pH值在6.0～6.7范圍內(nèi)，養(yǎng)晶約1 h，復(fù)測(cè)pH在終點(diǎn)范圍內(nèi)后，板框進(jìn)料進(jìn)行壓濾，分別取濾出液和濾餅樣，送檢。濾餅即為硫氰酸紅霉素粗品（以下簡(jiǎn)稱(chēng)粗品），試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1中的數(shù)據(jù)可知，板框?yàn)V液平均效價(jià)2 058 μ/ml，約占濃縮液效價(jià)的9.35%。表明用該方法結(jié)晶，物料反應(yīng)較為徹底，結(jié)晶效果較好。結(jié)晶所得到的粗品經(jīng)烘干粉碎后外觀(guān)（見(jiàn)圖1）和效價(jià)尚無(wú)法達(dá)到《中國(guó)獸藥典》（2010版）的質(zhì)量要求（即外觀(guān)呈白色或類(lèi)白色結(jié)晶性粉末，效價(jià)≥750 μ/mg）。若要生產(chǎn)硫氰酸紅霉素，須對(duì)粗品進(jìn)一步再作處理。由于該方法未使用有機(jī)溶媒，所以，生產(chǎn)成本和物料損失遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工藝。

圖1 水相結(jié)晶硫氰酸紅霉素粗品

3.2 對(duì)水相結(jié)晶的硫氰酸紅霉素粗品進(jìn)行重結(jié)晶

鑒于粗品中含有大量的雜質(zhì)，達(dá)不到《中國(guó)獸藥典（2010版）》的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，須對(duì)粗品進(jìn)行進(jìn)一步精制。

方法如下：以粗品與丙酮按 1:3～4（W（kg）/V（L））比例（試驗(yàn)以200 kg為基準(zhǔn)投料量），在40 ～ 45 ℃的條件下，流加少量30% NaOH溶液進(jìn)行溶解，同時(shí)，輔以攪拌。待粗品全部溶解后，靜置10 min后，分去底部的水及雜質(zhì)。開(kāi)啟攪拌加入適量的飽和鹽水和固體NaCl，充分混合后再次靜置并分相除去水和雜質(zhì)，依照硫氰酸紅霉素的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行操作。即，按照溶解液總億的0.4～0.5 kg/十億的比例，向溶解液中緩慢加入固體NaSCN并輔以攪拌，直至其完全溶解后，再向溶解液中緩慢流加15%～20%的冰醋酸溶液，調(diào)節(jié)溶解液pH值在6.0～6.7范圍內(nèi)，加入適量純化水析晶，養(yǎng)晶約1 h后，放料離心。試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2中的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)再次結(jié)晶后的硫氰酸紅霉素完全符合《中國(guó)獸藥典（2010版）》中，效價(jià)≥750 μ/mg和熾灼殘?jiān)?.0%的規(guī)定，且質(zhì)量穩(wěn)定，外觀(guān)呈白色結(jié)晶性粉末（見(jiàn)圖2）。

圖2 重結(jié)晶后的硫氰酸紅霉素

對(duì)于重結(jié)晶后的母液可采用醋酸丁酯進(jìn)行萃取后，再結(jié)晶得到硫氰酸紅霉素[5]，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)母液的完全回收再利用，減少物料損失，提高產(chǎn)品收率。

3.3 對(duì)水相結(jié)晶的硫氰酸紅霉素粗品轉(zhuǎn)紅霉素堿

為縮短生產(chǎn)周期，豐富產(chǎn)品種類(lèi)，同時(shí)節(jié)約原輔料（即，不用重結(jié)晶的硫氰酸紅霉素轉(zhuǎn)紅霉素堿）和降低能耗，通過(guò)試驗(yàn)，力求由粗品直接轉(zhuǎn)紅霉素堿。

具體方法如下：在40 ～ 45 ℃的條件下，以粗品與丙酮按1:2～1:3（W（kg）/V（L））比例混合（粗品投料量500 kg為基準(zhǔn)），并流加30% NaOH溶液；同時(shí)，輔以攪拌直至完全溶解，分相方法同3.2中的操作。待分相完畢后，在密閉帶壓條件下，將紅霉素的丙酮溶液依次通過(guò)5 μm的袋式過(guò)濾器和液體過(guò)濾器后，輸送至結(jié)晶罐中，開(kāi)啟攪拌并流加常溫純化水。純化水加量約為粗品溶解分相后的丙酮溶液體積的3～4倍。流加完純化水后，料液降溫至25 ℃以下并停止攪拌，養(yǎng)晶24 h后離心。再次以濕料與熱純化水（55 ℃）按1:5（W（kg）/V（L））的比例進(jìn)行混洗1h后，離心即得紅霉素。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

通過(guò)表3中的數(shù)據(jù)可知：①部分批次溶解性不合格。表現(xiàn)為用甲醇溶解后呈淡黃色，與藥典中的要求不符，但其外觀(guān)無(wú)明顯差異。經(jīng)分析，其原因?yàn)榇制分袛y帶的原輔料中的色素類(lèi)物質(zhì)未被濾袋有效攔截所致（見(jiàn)圖3和圖4，左側(cè)為合格品，右側(cè)為不合格品）。②其余各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到《中國(guó)藥典（2010版）》中規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（即，熾灼殘?jiān)?.2%，硫氰酸鹽≤0.3%，紅霉素A含量≥88.0%，效價(jià)≥920 μ/mg，pH:8.0～10.5，比旋度：－71o～－78o）且紅霉素A含量較高。③試驗(yàn)結(jié)果表明，用粗品直接轉(zhuǎn)紅霉素堿，工藝路線(xiàn)可行，但仍須進(jìn)一步采取措施對(duì)色素類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行有效去除，以確保質(zhì)量的穩(wěn)定性；同時(shí)，重量收率還有待提高。

表1 水相結(jié)晶硫氰酸紅霉素粗品情況一覽表

表2 粗品重結(jié)晶后的硫氰酸紅霉素質(zhì)量及重量收率情況統(tǒng)計(jì)

表3 硫氰酸紅霉素粗品轉(zhuǎn)紅霉素堿質(zhì)量及重量收率情況統(tǒng)計(jì)

對(duì)于混洗后的水溶液可采用醋酸丁酯在堿性條件下萃取后，再結(jié)晶得到硫氰酸紅霉素[5]，從而降低有效成分的損失率。

圖3 外觀(guān)對(duì)照

圖4 甲醇溶解后對(duì)照

4 存在問(wèn)題

（1）水相結(jié)晶的硫氰酸紅霉素粗品一次結(jié)晶無(wú)法達(dá)到《中國(guó)獸藥典（2010版）》的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但經(jīng)重結(jié)晶處理后的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均完全符合要求。

（2）用水相結(jié)晶的硫氰酸紅霉素直接轉(zhuǎn)紅霉素堿，所得到的紅霉素質(zhì)量有待進(jìn)一步提高，工藝應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)可行。影響質(zhì)量的主要指標(biāo)是溶解性不穩(wěn)定，其原因是粗品中攜帶的色素類(lèi)物質(zhì)在溶解時(shí)，隨紅霉素分子溶解到丙酮相，過(guò)濾時(shí)未被過(guò)濾器有效攔截，伴隨著結(jié)晶過(guò)程又吸附在紅霉素晶體表面所致。

圖5 紅霉素系列產(chǎn)品的工藝路線(xiàn)

5 結(jié)論及展望

5.1 結(jié)論

（1）對(duì)經(jīng)過(guò)納濾膜處理后的紅霉素濃縮液，在水相進(jìn)行結(jié)晶后得到的硫氰酸紅霉素，經(jīng)再次處理后完全達(dá)到獸藥典規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）用水相結(jié)晶的硫氰酸紅霉素粗品直接轉(zhuǎn)紅霉素堿的工藝路線(xiàn)可行，縮短了紅霉素堿的生產(chǎn)工藝（即，減少一次硫氰酸紅霉素有機(jī)溶媒相結(jié)晶生產(chǎn)紅霉素）；同時(shí)，有效降低紅霉素堿的生產(chǎn)成本，且產(chǎn)品中的紅霉素A組分收率較高，平均含量達(dá)93.8%。

為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，須進(jìn)一步采取措施對(duì)溶解后的色素類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行有效去除。

（3）通過(guò)此工藝可形成較完整的紅霉素系列產(chǎn)品的工藝路線(xiàn)（圖5）。

5.2 展望

能否用紅霉素的水相濃縮液直接結(jié)晶生產(chǎn)紅霉素；或者，由水相濃液直接生產(chǎn)紅霉素乳酸鹽。進(jìn)一步縮短各產(chǎn)品的工藝路線(xiàn)，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)所有紅霉素及其中間體從“濃縮液到產(chǎn)品”的跨越，還有待進(jìn)一步探討。

[1] 俞俊棠，唐孝宣.生物工藝學(xué)（上冊(cè)）[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，1994.

[2] 中國(guó)獸藥典（2010版）（一部）[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2011：288-289.

[3] 中國(guó)藥典（2010版）（二部）[M].北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2010：300-301.

[4] 陳葵，朱家文，紀(jì)利俊等.第一屆全國(guó)化學(xué)工程與生物化工年會(huì)論文[C].2004.

[5] 姬紅明，鄭飛，王健.紅霉素結(jié)晶母液回收再利用工藝研究[J].醫(yī)藥工程設(shè)計(jì)，2009,30（4）：12-13.