林可霉素綠色提取工藝研究

趙 鑫，鮑永健

(1.長治醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)系，山西 長治 046000；2.江蘇海闊生物醫(yī)藥有限公司，江蘇 鹽城 224000)

引 言

林可霉素又稱潔霉素，是林肯鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物。林可霉素沒有交叉耐藥性且本身毒性較低，廣泛應(yīng)用于由革蘭氏陽性菌引起的疾病[1]。林可霉素及其下游產(chǎn)品已成為臨床應(yīng)用上主要的抗生素之一，在抗生素產(chǎn)業(yè)中占有重要地位[2]。目前我國主要通過發(fā)酵法生產(chǎn)林可霉素，工業(yè)提取林可霉素的主流工藝為溶媒萃取法[3]。

本文以江蘇海闊生物醫(yī)藥有限公司為研究對象，該公司林可霉素提取工藝為溶媒萃取法。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，公司在采用該工藝提取林可霉素過程中存在提取收率低、溶媒異味大、作業(yè)環(huán)境差和環(huán)?！叭龔U”處理困難等問題，公司生產(chǎn)長期處于不正常狀態(tài)。通過分析提取工藝中的不足并進(jìn)行小試試驗(yàn)研究，提出一條全新的綠色提取工藝，以達(dá)到提升林可霉素提取收率，降低“三廢”處理難度，推動企業(yè)綠色化學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

1 原有提取工藝分析

1.1 原有提取工藝流程

原有提取工藝流程如圖1所示。

圖1 原有提取工藝流程圖

工藝流程：林可霉素發(fā)酵液酸化后通過板框過濾得到酸化濾液，然后堿化得到堿化液，之后加入仲辛醇進(jìn)行十級逆流萃取，萃取液加入鹽酸溶液酸洗，收集有機(jī)相加入純化水后進(jìn)行三次水洗，收集下層水相，移入脫媒柱中進(jìn)行脫媒，向脫媒液中加入活性炭脫色過濾得到脫色液。脫色液進(jìn)入樹脂柱吸附解析后得到解析液，解析液濃縮結(jié)晶干燥后得到成品。

1.2 原提取工藝存在的不足

經(jīng)研究分析造成林可霉素提取收率低、環(huán)?！叭龔U”處理難度大的主要原因包括：

1) 采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行過濾，存在工作強(qiáng)度大、現(xiàn)場廢氣處理難度大、過濾速度慢、不連續(xù)、收率低等缺點(diǎn)，此外板框過濾需添加硫酸鋅進(jìn)行絮凝助濾，過濾產(chǎn)生的菌渣含有大量硫酸鋅，硫酸鋅有毒是環(huán)保處理的難題。

2) 萃取溶劑用仲辛醇，而且需要十級逆流萃取和高溫(65 ℃)，仲辛醇回收能耗高，不但有機(jī)溶劑和能源動力消耗大，而且作業(yè)現(xiàn)場溶媒味道大對員工職業(yè)健康不利。

3) 酸洗、水洗和脫媒工藝過程產(chǎn)生大量含溶媒廢水，這些廢水中溶媒濃度低無法回收，進(jìn)入污水處理系統(tǒng)后水處理難度大，且水中仲辛醇異味大消除困難，不利于廢氣控制處理。

4) 活性炭脫色過程中產(chǎn)生大量的廢棄活性炭，再生困難，增加環(huán)保固廢處理量。

2 綠色提取工藝研究

2.1 改進(jìn)工藝流程

經(jīng)過對原有工藝分析后針對原有工藝的不足，通過進(jìn)行小試試驗(yàn)研究提出了新的綠色提取工藝方案，如圖2所示。

2.2 改進(jìn)流程說明

1) 縮短工藝流程：將原來發(fā)酵液到解析液的八步工藝流程簡化為六步，簡化工藝流程。

圖2 綠色提取工藝流程圖

2) 改進(jìn)過濾方式：針對過濾除菌方式存在的問題，提出通過陶瓷膜替代板框，陶瓷膜分離技術(shù)具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐酸堿性強(qiáng)、分離精度高、易清洗再生、在常溫下易操作等優(yōu)點(diǎn)，在抗生素發(fā)酵行業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用[4]。

3) 改進(jìn)溶媒萃取除雜方式：超濾的主要目的是去除蛋白質(zhì)等大分子雜質(zhì)[5]，脫色樹脂可以去除色素，蛋白脫色樹脂可以去除色素和蛋白[6]，納濾可以對提取液進(jìn)行濃縮同時(shí)去除水溶性小分子色素[7]；采用超濾除雜、樹脂脫色和納濾濃縮的組合工藝替代溶媒萃取法和活性炭脫色。

3 改進(jìn)工藝效果分析

3.1 提取收率提高

1) 過濾收率。通過小試試驗(yàn)，利用50 nm孔徑的陶瓷膜進(jìn)行試驗(yàn)，過濾收率可以達(dá)到95%以上，對比公司以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知，板框過濾收率基本在90%左右，該步收率可以提高5%以上。

2) 除雜過程收率提高。根據(jù)截留率和蛋白去除效果，通過試驗(yàn)驗(yàn)證選擇截留分子量為5 000的超濾膜；根據(jù)脫色效率和處理量的比較，通過試驗(yàn)驗(yàn)證選擇LX-98脫色樹脂；納濾膜對脫色液進(jìn)行濃縮，使料液濃度達(dá)到吸附樹脂要求，通過試驗(yàn)驗(yàn)證選擇截留分子量200的納濾膜；三步工藝組合的收率可達(dá)到94%以上，對比公司以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析可知，除雜過程收率在90%左右，本過程收率可以提高4%以上。

3) 經(jīng)濟(jì)效益提高。新提取工藝收率可達(dá)到80%以上；原有工藝只有73%，收率提高7%。按照單批產(chǎn)量可提高100 kg，市場售價(jià)500元/kg計(jì)算單批可增加收入5萬元，按照一年320批計(jì)算每年可增加收入1 600萬元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3.2 環(huán)?！叭龔U”處理難度降低

1) 陶瓷膜替代板框過濾，過濾過程不添加絮凝劑硫酸鋅助濾，菌渣中沒有硫酸鋅，經(jīng)無害化處理去除抗生素殘留后，可以加工成蛋白飼料或者制取有機(jī)肥料。

2) 除雜過程應(yīng)用膜技術(shù)結(jié)合脫色樹脂組合工藝替代溶媒萃取和活性炭脫色，去除仲辛醇的使用，廢氣和廢水中無溶媒，處理更加容易；生產(chǎn)過程中不再產(chǎn)生廢棄活性炭，減少固廢處理量。

3) 工藝過程廢水回用。脫色樹脂再生廢鹽水進(jìn)行膜回收回用；納濾膜透析水用于發(fā)酵生產(chǎn)配料和陶瓷膜頂水，降低環(huán)保廢水處理量。

3.3 職業(yè)健康安全改善

隨著員工職業(yè)健康安全要求的不斷提高，開發(fā)環(huán)境友好的生產(chǎn)工藝很有必要性。改進(jìn)后的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)環(huán)境清潔，生產(chǎn)過程簡單安全，是環(huán)境友好的綠色生產(chǎn)過程。

1) 整個提取工藝過程物料采取全密閉管道輸送，徹底消除了生產(chǎn)過程中的氣體，對現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境起到較好的改善作用。

2) 工藝設(shè)備自動化程度提高，降低員工的工作強(qiáng)度，提高工作效率。

3) 改進(jìn)后的工藝發(fā)酵液均在水相中進(jìn)行提取，去除溶媒的使用，提取工段的工藝防爆等級降低，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

林可霉素作為重要的抗生素，市場潛力巨大，因此林可霉素綠色提取工藝意義重大。新的提取工藝，技術(shù)含量高，流程簡單容易操作，產(chǎn)品收率高，大大降低“三廢”排放，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，是理想的綠色生產(chǎn)工藝。