李文飛，黨彩麗，袁巧玲，劉軍海

（陜西理工學院化學與環(huán)境科學學院，陜西漢中 723001）

大孔樹脂在抗生素提取與精制中的應用

李文飛，黨彩麗，袁巧玲，劉軍海

（陜西理工學院化學與環(huán)境科學學院，陜西漢中 723001）

介紹了大孔樹脂的分離原理，綜述了大孔樹脂在抗生素提取與精制中的應用，著重探討了當今研究熱點、存在問題及其改進方向，并展望了其發(fā)展前景。

大孔樹脂；抗生素；提取與精制；應用

Abstract：The separation principle of the macroporous resin is introduced，the application of macroporous resin for extraction and refinement of antibiotics are summarized，the research focus，existing issue and improving trend are discussed emphatically.And the prospects of macroporous resin are discussed.

Key words：macroporous resin；antibiotics；extraction and refinement；application

本文綜述了大孔樹脂分離原理及其在抗生素提取與精制中的應用，探討了當今研究熱點及改進方向，以期為大孔樹脂在抗生素應用提供參考。

1 大孔樹脂的分離機理及吸附劑選擇原則

大孔樹脂是具有三維空間立體孔結構，孔徑與比表面積都比較大的高分子聚合物，能夠借助分子間的引力，從溶液中吸附各種有效成分。

大孔樹脂的吸附能力，不但與樹脂的化學結構及物理性能有關，而且與溶質（吸附物）及溶液的性質有關。吸附劑根據(jù)類似物質容易吸附的原則來選擇。一般非極性吸附劑適宜于從極性溶液中吸附非極性有機物質；高極性吸附劑反之。一般來說，大孔樹脂的吸附能力隨表面積的增大而增大；但表面積增大時平均孔徑就相應減小，這樣，被吸附物質的分子大小受到限制。對于像抗生素這樣的分子來說，一般使用表面積相對較小的吸附劑，以使抗生素分子能很快地通過大孔道擴散到內表面，一般認為孔徑等于溶質分子直徑的6倍時，吸附效果最好［1］。解吸是吸附的逆過程，通過改變洗脫液組成濃度或溫度改變樹脂對有效成分的吸附力，從而分離有效成分及回收溶劑使之循環(huán)使用。

2 大孔樹脂在抗生素提取與精制中的應用

常見抗生素分為β－內酰胺類、氨基糖甙類、大環(huán)內酯類、井岡霉素、氯霉素類等。近年來大孔樹脂在抗生素工業(yè)中的應用得到快速發(fā)展。采用大孔樹脂提取抗生素，一般經發(fā)酵液過濾、樹脂柱吸附、解吸、洗滌、反萃取、脫色、結晶、干燥等步驟。

2.1 用于β-內酰胺類抗生素的提取與精制

β－內酰胺環(huán)是一種種類很廣的抗生素，其中包括青霉素及其衍生物、頭孢菌素、單酰胺環(huán)類、碳青霉烯等，是目前研究與應用最多的一類抗生素。

青霉素鈉生產工藝多采用丁醇共沸脫水、結晶而得。濾出晶體后的母液中仍含有不同量的青霉素鈉，回收丁醇時，青霉素易被破壞，產生固體殘渣，易堵塞回收器。采用大孔樹脂則不存上述問題。據(jù)報道［2］，使用大孔吸附樹脂從青霉素結晶母液中回收青霉素，青霉素鉀鹽的平均總收率62%，純度在95%以上。青霉素的脫附能力隨所使用的樹脂種類的不同而變化，提高樹脂中二乙烯基苯（DVB）含量，青霉素的吸附能力下降。因此，通過改變DVB含量，控制青霉素的吸、脫附能力，從結晶母液中回收青霉素，如能在生產上得到應用，青霉素分離提取的總收率將得到進一步提高，其經濟效益十分可觀。但由于操作周期較長，造成青霉素部分損失，所以要加大研究力度，進一步簡化工藝或者開發(fā)新工藝，以減少生產過程的操作時間。

樹脂類型的不同對β－內酰胺類抗生素提取有著不同的影響。據(jù)康輝［1］報道，用苯乙烯系XAD－1600型號樹脂提取，解吸液頭孢菌素C收率較高，平均達到91%以上；苯乙烯系XAD－1600樹脂與苯乙烯系XAD－16樹脂相比，在相同條件下，得到的解吸液質量色譜純度可提高2%，收率可以提高近4%?？梢姡琗AD－1600樹脂提純分離效果更為明顯；尤其適于頭孢菌素C分離，對提高產品收率與質量都有非常明顯的優(yōu)勢。

大孔樹脂用于β－內酰胺類提取與精制的優(yōu)勢明顯，能獲得較好的分離效果，具有誘人的發(fā)展前景。目前有關這方面的研究以精制工藝優(yōu)化為主，對吸附后樹脂再生工藝的研究涉及不多。而大孔樹脂再生對生產有著重要的影響，現(xiàn)有生產過程中再生時間長，操作復雜，步驟較多，樹脂易結塊等問題應引起人們的注意。

2.2 用于氨基糖甙類抗生素的提取與精制

近年來發(fā)展起來的大孔離子交換樹脂，不僅具有吸附容量大、吸附迅速、解吸容易、再生處理方便等特點，而且具有離子交換選擇性好的特點，在卡那霉素、鏈霉素、慶大霉素等氨基糖甙類的提取分離中得到了廣泛的應用。

文獻［3］報道了大孔弱酸性樹脂對卡那霉素的吸附行為，表明大孔弱酸性樹脂對卡那霉素的交換容量比普通的732凝膠樹脂高22%；硫酸小諾霉素系氨基糖甙類抗生素，是通過生物發(fā)酵提取分離而制得。小諾霉素生物發(fā)酵提取混合液中含有C1a與C2b兩種組分，其中，C1a為小諾霉素。C2b的純度直接影響硫酸小諾霉素的成品質量。郭慧玲［4］研究確定了硫酸小諾霉素最佳工藝參數(shù)：C1a洗脫溶劑乙醇的濃度為6%，小諾霉素提取混合液的上樣量為0.03（10億/L），C1a洗脫速度為1 L/min。大孔樹脂的預處理及pH值對其吸附性能有重要影響。如用YPR－2型號大孔吸附樹脂吸附小諾霉素，pH值為7時吸附能力很差，pH值為10～12時較弱，在pH值為14時吸附力最強。

2.3 用于大環(huán)內酯類抗生素的提取與精制

大孔樹脂分離大環(huán)內酯類抗生素的作用原理主要是離子交換作用，改善大環(huán)內酯類抗生素在樹脂大孔結構中的擴散障礙，可以大大提高大環(huán)內酯類抗生素的收率和選擇性，與傳統(tǒng)的溶媒萃取法相比，大孔樹脂法摒棄了大量溶媒，避開了高速離心機，因而生產成本大大降低，安全性也得到提高。

白霉素是一種具有16元環(huán)多組分的弱堿性大環(huán)內酯類抗生素。顧覺奮［5］報道了國產CAD245型非極性樹脂作吸附劑分離純化白霉素的優(yōu)化工藝：吸附劑pH值8.5，流速1/6 min－1，解吸先用1%氨水洗柱1∶1（體積比），流速1/15 min－1，采用丙酮解吸收率可達96%，成品效價1 346 kU/g。此工藝方法簡便，解吸收率高，而且洗脫液耗量少，僅為樹脂柱床體積的3倍量，很具工業(yè)推廣價值。

紅霉素為弱極性、弱堿性物質，可用非極性或弱極性的大孔樹脂提取。在紅霉素生產中，一般先利用大孔樹脂吸附法制成紅霉素硫氰酸鹽或其乳酸鹽等中間體復鹽，再進一步轉化成紅霉素堿、紅霉素肟或其他紅霉素類產品。如宋應華［6］用大孔吸附樹脂從紅霉素發(fā)酵濾液中提取、分離紅霉素，篩選到的HZ816型吸附樹脂對紅霉素的靜態(tài)吸附容量可達722 00 kU/g。與紅霉素C相比，紅霉素A在吸附過程中存在著競爭優(yōu)勢?？梢姡哂休^大比表面積的弱極性大孔樹脂對紅霉素具有優(yōu)異的吸附性能，但大孔樹脂吸附紅霉素的效果受發(fā)酵液流速與濃度影響顯著。另外，紅霉素的穩(wěn)定性易受pH值的影響，在實際生產中，要兼顧分離材料本身結構特征，選擇適宜pH值，并嚴格控制紅霉素C的含量，提高紅霉素產品的安全性。

采用新型分子模版技術改性大孔樹脂，用于抗生素提取具有良好的效果。如魯力等［7］報道的新型改性LX－18型大孔樹脂對紅霉素的吸附量達到1.3×108U/L，對發(fā)酵液中色素的選擇分離率在95%以上。同傳統(tǒng)的醋酸丁酯萃取工藝比較，具有工藝簡便、分離成本較低和廢水污染較輕的特點。

目前大環(huán)內酯類抗生素提取國內多采用溶劑萃取法，缺點是收率低，成本高，易污染環(huán)境，有逐漸被淘汰趨勢。大孔樹脂提取相對分子質量較大的大環(huán)內酯類，具有吸附速度快、機械強度高和抗有機污染強等優(yōu)勢，缺點是樹脂的再生需堿水浸泡和水洗等工序，能耗較大，仍需進行深入的研究。

2.4 用于井岡霉素的提取與精制

井岡霉素分子是由吸水鏈霉菌井岡變種產生的水溶性抗生素——葡萄糖甙類化合物，具有很強吸濕性，在pH值為4～5的水溶液中比較穩(wěn)定，能被多種微生物分解失活，一般加工為水劑、水溶性粉劑或粉劑，低毒殺菌劑。

采用大孔樹脂提取井岡霉素，具有交換容量大、回收率高、成本低、設備簡單和操作方便等優(yōu)點。楊志鈞［3］研究表明，強酸性陽離子交換樹脂比弱酸性樹脂交換容量大，而大孔強酸性樹脂比凝膠強酸性樹脂交換容量大；其中大孔強酸性樹脂HD－8通過工藝優(yōu)化，每升樹脂對井岡霉素吸附能力為15.34 g/h。用氨水與乙醇混合溶液洗脫，井岡霉素洗脫率可達98.8%，遠比單獨采用氨水或乙醇洗脫率高。這是由于井岡霉素分子結構中只有一個亞氨基，帶一價正電荷，且電荷強度極弱，所以與弱酸性樹脂結合力很弱，其交換容量較強酸性樹脂低得多。

大孔強酸性樹脂比凝膠強酸性樹脂吸附量大，主要是因為大孔離子交換樹脂不僅具有離子交換的功能，而且可以通過范德華力吸附部分井岡霉素。井岡霉素為極性的弱堿性抗生素，而大孔強酸性樹脂是堿性水溶性抗生素理想的提煉工藝，該工藝具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.5 用于其他

大孔樹脂用于處理氯霉素生產中堿解廢水，不僅使回收物得到循環(huán)利用，而且減少了污染，具有良好的經濟效益。如翟志才［8］研究表明，NG－100超高交聯(lián)吸附樹脂對氯霉素生產中產生的堿解廢水中的DL－氨基物具有較好的吸附性能，處理后可使水中的CODCr由720 mg/L降至89.3 mg/L，CODCr去除率高于98%；水中的DL－氨基物幾乎除盡。

大孔樹脂處理高濃度有機廢水具有吸附效果好、脫附再生容易、性能穩(wěn)定、適用范圍寬、實用性好等特點，該法可用于處理抗生素生產中的含酚、苯胺、有機酸、硝基物、染料中間體等廢水，可有效去除水中的污染物，并通過脫附回收實現(xiàn)廢物的資源化。

3 展望

大孔樹脂種類型號繁多，根據(jù)不同的抗生素性質選擇合適的大孔樹脂及其分離與精制工藝的優(yōu)化是目前的研究熱點；但對于樹脂再生方面的研究目前尚不是很多，有待進行深入研究。另外，一些技術問題也應引起研究人員的注意，如樹脂型號的選擇，樹脂自身的規(guī)格標準與質量要求有時對抗生素液的純化效果和安全性起著決定性作用等。面對這些問題，一方面可通過改變幾何形狀以增大吸附劑比表面積，使吸附量增大，加快吸附速度；另一方面，可利用化學改性引進活性功能基，強化吸附選擇性。比如一些吸附樹脂可以在苯環(huán)上分別接上磺酸基和季胺基交換基團，主要是為了增強樹脂的親水性能，大大提高對抗生素的吸附性與選擇性［9］。此外，改變大孔樹脂的應用形狀，能以多種形式使用（如紗線、織物、纖維束、膜等），滿足不同的使用要求。相信隨著改性樹脂的發(fā)展及其提取抗生素工藝的日益成熟，大孔樹脂必將越來越多用于抗生素的生產。

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［2］譚顯東，張成剛，常志東.青霉素萃取分離技術研究進展［J］.中國抗生素雜志，2005，30（6）：380－384.

［3］楊志鈞，殷 瑜，洪文榮.大孔陽離子交換樹脂對井岡霉素的吸附研究［J］.離子交換與吸附，2005，21（6）：551－556.

［4］郭慧玲，胡志方.大孔樹脂精制硫酸小諾霉素的工藝研究［J］.江西醫(yī)藥，2003，38（6）：455－456.

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［6］宋應華，朱家文，陳 葵.大孔樹脂提純紅霉素的研究［J］.中國抗生素雜志，2007，32（5）：24－286.

［7］魯 力，王亞寧，熊春華.用新型分子模版吸附樹脂從發(fā)酵液中分離紅霉素的研究［J］.四川農業(yè)大學學報，2007，25（3）：328－331.

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Application of Macroporous Resin for Extraction and Refinement of Antibiotics

LI Wen－fei，DANG Cai－li，YUAN Qiao－ling，LIU Jun－h(huán)ai
（SchoolofChemical&EnvironmentalSciences，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong 723001，China）

TQ424.3

A

1003－3467（2010）21－0025－03

2010－09－15

李文飛（1986－），男，主要從事化學工程與工藝研究工作，電話：15029889487。