張紀(jì)蘋 王飛 郭訓(xùn)志
摘要:本文主要從理化性質(zhì)、提取工藝、展望等方面對紅霉素進(jìn)行論述。并主要對其分離純化工藝進(jìn)行概述,主要從國內(nèi)外報道的提取分離純化工藝進(jìn)行對比,有液液萃取的傳統(tǒng)方法,又有膜分離等新技術(shù)。對紅霉素的提取分離純化工藝,進(jìn)行總結(jié),對于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)提供一定的理論。
關(guān)鍵詞:紅霉素分離;純化液;液萃取技術(shù);膜分離技術(shù)
1、紅霉素概論
紅霉素(Erythromycin,Er)是由紅色糖多孢菌(Saccharopolyspora Erythraea)經(jīng)過次級代謝合成的十四元大環(huán)內(nèi)酯類抗生素,主要應(yīng)用于治療革蘭氏陽性細(xì)菌感染,對革蘭氏陰性菌也有抗菌作用。作用機理為它通過與細(xì)菌核蛋白體的50S亞基核糖體結(jié)合,從而抑制轉(zhuǎn)肽作用和信使核糖核酸(mRNA)移位,使本應(yīng)該在核蛋白體上延伸的肽鏈解離,無法形成具有正常生物活性的蛋白質(zhì),從而到達(dá)抑制蛋白質(zhì)的生物合成[1]。
1.1 紅霉素的理化性質(zhì)
紅霉素為白色或類白色的結(jié)晶或粉末;無臭,味苦;微有引濕性。在甲醇、乙醇或丙酮中易溶,在水中極微溶解。
1.2 紅霉素的藥理作用
該品為大環(huán)內(nèi)酯類抗生素,抗菌譜和青霉素相似,主要是對革蘭陽性菌如金葡菌、溶血性鏈球菌、肺炎球菌、白喉桿菌、炭疽桿菌及梭形芽胞桿菌等,均有強大抗菌作用。對革蘭陰性菌如腦膜炎雙球菌、淋球菌、百日咳桿菌、流感桿菌、布氏桿菌、部分痢疾桿菌及大腸桿菌等有一定作用。
1.3 我國紅霉素生產(chǎn)現(xiàn)狀
硫氰酸紅霉索既可作為中間體進(jìn)行深加工而合成阿奇毒系,又可以直接作為一種飼料的添加劑使用。而隨著當(dāng)前紅霉素半合成品的大量使用,硫氰酸紅霉素的需求不斷擴大[2],而國內(nèi)進(jìn)行硫氰酸紅霉素生產(chǎn)的企業(yè)也快速增多,到2007年止,我國硫氰酸紅霉素的產(chǎn)能已超過9000噸[3]。
2、紅霉素的提取技術(shù)
在紅霉素的提取過程中,提取過程至關(guān)重要,會直接影響終產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。傳統(tǒng)的提取紅霉素的工藝有溶媒萃取法,大孔樹脂吸附法,離子交換法,相變萃取法等。其中,在紅霉素提取中普遍使用的是溶媒萃取法。溶劑萃取法是將其制成紅霉素硫氰酸鹽或其乳酸鹽等中間體復(fù)鹽,然后再進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成紅霉素堿、紅霉素肟或其他紅霉素類產(chǎn)品。
2.1 紅霉素的液液萃取技術(shù)
紅霉素萃取主要是用有機溶劑把紅霉素從水相發(fā)酵液中提取出來,利用的是pH對紅霉素溶解度的影響。工業(yè)上最先使用的萃取劑是乙酸丁酯,也有利用乙酸戊酯進(jìn)行萃取。其優(yōu)點在于酯類溶劑對紅霉素的溶解度很大,而對發(fā)酵液的色素等其他雜質(zhì)溶解度很小,缺點在于酯類溶劑在發(fā)酵液中的溶解度較大,溶劑損耗較大。因此,研究者嘗試采用其他有機溶劑萃取紅霉素,包括取代芳香烴[4]、甲基異丁基酮、異辛醇等,而工業(yè)上多用混合溶劑,如按一定比例混合的辛醇、航空煤油和乙酸丁酯,這可提高萃取性能,減輕乳化。
2.1.1 反膠束萃取法
1997年,Nitin W等以AOT-異辛烷反膠束系統(tǒng)從水溶液中提取紅霉素,在溫和的實驗條件下可取得較高的收率。2003年,李夏蘭等也采用AOT一異辛烷反膠束系統(tǒng)提取了乳糖酸紅霉素。在室溫、pH值、鹽濃度都相同的條件下,僅以異辛烷作萃取劑,萃取效率只有5.12%;而加入AOT 0.05 mol/L后,萃取效率顯著增加到94.4%。將反膠束萃取劑循環(huán)使用3次,萃取效率都在87%以上,能循環(huán)使用。
2.1.2 預(yù)分散萃取法
1997年,胡熙恩在文章中報道:1994~1996年Lye和Stuckey將預(yù)分散萃取技術(shù)應(yīng)用于紅霉索萃取。以癸醇為內(nèi)相,制備膠狀液膜(CLA),考察了紅霉素的預(yù)分散溶劑萃取工藝,討論了不同的操作條件如:相比、離子強度、pH值、攪拌等對萃取與反萃取的影響。與傳統(tǒng)的萃取技術(shù)相比,預(yù)分散溶劑萃取技術(shù)優(yōu)勢明顯,如:傳質(zhì)界面大;傳質(zhì)速度快,萃取時10-2s就可達(dá)到平衡;由于預(yù)先已將溶劑分散和乳化,可以防止或降低溶劑在萃取設(shè)備中乳化,操作相比更簡單,溶劑相對水相料液體積比可高達(dá)1:100~1:500;萃取效率高,紅霉素單級萃取率超過90%,使普通的萃取設(shè)備相當(dāng)于無窮級萃取。
2.1.3 固定床溶劑萃取法
2001年,曹正芳等采用固定床溶劑萃取法從發(fā)酵液中提取紅霉素,研究了溶液的pH值、操作溫度、發(fā)酵液流速以及洗脫液流速對分離過程的影響。用此種方法可以有效的克服乳化,減少紅霉素和溶劑的損失。在相比(o/w)為1/25時,萃取率可達(dá)95 %左右,用純乙酸丁酯洗脫,洗脫率達(dá)到95%;而傳統(tǒng)的溶劑萃取法,只有相比為1/1時才能達(dá)到同效。
2.2 紅霉素的膜分離技術(shù)
膜分離技術(shù)是以選擇透過性膜為分離介質(zhì)的一種新興分離技術(shù),具有分離、濃縮、純化和精制的功能,又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級過濾及過濾過程簡單、易于控制等特征,在生物活性物質(zhì)的分離、提純和濃縮中具有獨特的優(yōu)勢。用于紅霉素提煉中的膜分離技術(shù)主要涉及超濾和反滲透等。
2.2.1 超濾
超濾是近幾十年發(fā)展起來的新型分離技術(shù),能較好地去除蛋白和多糖等大分子物質(zhì)。
馮建立等采用自制的超濾膜對紅霉素發(fā)酵液去乳化進(jìn)行研究,解決了絮凝法去除蛋白和多糖效果較差的問題,同時提高了萃取的質(zhì)量和收率。
2.2.2 反滲透
1994年,劉昌盛等[13]將反滲透技術(shù)應(yīng)用于紅霉素提取。選用丹麥DDS公司的Module 20 UF/RO系統(tǒng),板框型裝置,總過濾面積0.72m2,在壓力為4.0MPa時,發(fā)酵液可濃縮5倍,料液濃度2000u/mL左右,達(dá)到后續(xù)操作要求,且紅霉素基本上無損失。
3、展望
隨著商業(yè)競爭的加劇和生產(chǎn)規(guī)模擴大,紅霉素產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢最終歸結(jié)于低成本和高純度,因此成本和質(zhì)量的控制成為紅霉素分離提取過程發(fā)展的動力和方向。我認(rèn)為,在進(jìn)行紅霉素提取新工藝開發(fā)研究時,可以從以下兩個方面進(jìn)行考慮:
(1)開發(fā)清潔、高效的新型分離技術(shù);
(2)多項分離技術(shù)的集成化。
參考文獻(xiàn):
[1]孫艷,周仁清,吳瓊.紅霉素生物合成的生物化學(xué)和基因?qū)W[J].微生物學(xué)雜質(zhì),2005, 25 (2):45.
[2]張倫.紅霉素市場現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國藥房,200414 (12):713-715.
作者簡介:張紀(jì)蘋,1997.5,女,漢族,山東省聊城市,本科在讀學(xué)生。