1、土霉素生产工艺 第 I 页 摘 要 土霉素在发酵过程中，所产生的土霉素积聚在菌丝中的浓度并不高。因此，对于土霉素发酵液进行处理的主要目的就是让土霉素从菌丝中释放出来，有利于从发酵液中提取土霉素，更能提高土霉素的收率和质量。土霉素发酵液中预处理首先要进行的操作是酸化，一般用草酸进行酸化。加入草酸的目的是释放菌丝中的土霉素，同时要保证土霉素的稳定性、成品的质量和提炼成本。另外，草酸属于弱酸，其对设备的腐蚀性要比盐酸、硫酸小。采用草酸不仅能使土霉素释放出来并生成溶于水的盐，并且能析出草酸钙沉淀，从而去除发酵液中的钙离子，同时草酸钙能促 进蛋白质的凝结，从而提高滤液的质量。目前，工业提炼的 PH 值控
2、制在 1.62.0 范围内， PH 值过高对单位的释放不利，PH 值过低会影响产品的质量，同时会增加产品的成本。去杂过程采用的净化剂是黄血盐和硫酸锌，前者有利于提取出铁离子，后者有利于凝固蛋白质。此外，两者的协同可以产生复盐，对蛋白质有效应除去蛋白质，同时除去铁离子。 总之， 土霉素提取工艺是通过黄血盐 -硫酸锌作净化剂协同去除蛋白质等高分子杂质，然后用 122-2树脂脱色进一步净化土霉素滤液，最后调 pH至 4.8左右结晶得到土霉素碱产品。 关键词： 生产工艺；土霉 素； 黄血盐 -硫酸锌 土霉素生产工艺 第 II 页 目 录 1 文献综述 .1 1.1 土 霉素简介 .1 1.1.1 名称
3、与化学结构式 .1 1.1.2 性状与理化质 .1 1.2 土霉素生产菌种 .2 2 土霉素生产工艺 .2 2.1 土霉素的生产工艺流程概述 .2 2.2 发酵工艺流程 .2 2.2.1 斜面孢子制备 .2 2.2.2 一级种子罐发酵 .2 2.2.3 二级种子罐发酵 .2 2.2.4 三级发酵罐发酵 .2 2.3 酸化过滤工艺流程 .3 2.3.1 酸化 .3 2.3.1.2 发酵液的纯化 .4 2.3.2 过滤 .4 2.4 脱色结晶工艺流程 .4 2.4.1 脱色 .4 2.4.2 结晶 .4 2.5.1 离心 .5 2.5.2 干燥 .6 2.5.2.1湿成品干燥记录 . .6 3 土
4、霉素生产的废水处理 .6 3.2 该生产废水处理方案 .6 3.2.1 高压脉冲电凝水处理技术进行预处理 .7 3.2.2 复合絮凝 (气浮 )技术降低抗生素残余效价 .7 3.2.3 组合兼氧技术进行水解酸化 .7 3.2.4 生物活性炭滤池进行深度处理 .8 3.3 生产废水处理设备及参数 .8 4土霉素的微生物限度检验方 法 .9 4.1 材料 .9 土霉素生产工艺 第 III 页 4.2 方法与结果 .9 4.3 霉菌、酵母菌检查方法验证 .10 4.4 大肠埃希菌检测方法验证 .12 5讨论 .12 参考文献 .13 致 谢 .14 土霉素生产工艺 第 1 页 1 文献综述 土霉素
5、(terramycin)属于四环类抗生素，是以四并苯为母核的一类有机化合物 ,生产工艺简单、生产成本较低，可作为生产其它新型抗生素的原料 。土霉素可与微生物核糖核蛋白体 30S 亚基结合，通过抑制氨基酰 -tRNA 与起始复合物中核蛋白的结合，阻断蛋白质合成时肽链的延长。因而土霉素有宽广的抗菌谱，不但对很多革兰阳性及阴性细菌有较强的抑杀作用，对某些立克次体、大型病毒和某些原虫也有抑制作用，土霉素对呼吸道感染及肠 道感染均有相当疗效 ； 土霉素控制啊米巴肠炎及肠道感染的效果胜过四环素、多西环素、美他环素、米诺环素等， 此外还能抑制立克次体和沙眼病毒及淋巴肉芽肿病毒 。 蓄用土霉素需要量很大，治“
6、猪瘟”及“猪喘气症”的疗效比四环素为好。 土霉素价格低廉，可以作为饲料添加剂用于养殖业。实践表明：土霉素用于饲料添加剂，可以改善饲料转化效率，促进畜禽生长，提高畜禽抗疾病能力。所以 土霉素在防治某些蓄禽疾病、促进动物生长方面获得良好效果。 现今 土霉素 主要用于畜禽药及饲料添加剂。 土霉素是一个典型的利用生物工程技术生产的产品，生产工 艺涉及种子培养、发酵、提取、过滤、脱色、结晶、离心和干燥等重要的单元操作和工程概念。 1.1 土 霉素简介 1.1.1名称与化学结构式 中文名：土霉素 英文名： OXYtetracycline 化学名： (4s,4R， 5S， 5R， 6S， 12S） -N-4
7、-二甲胺基 -1， 4， 4， 5， 5， 6， 11，12-八氢， 5, 6， 10， 12， 12 - 六羟基 -6-甲基 -1， 11-二氧代并四苯 -2-甲酰胺。 图 1-1 土霉素化学分子结构式 分子式： C22H24N2O9 相对分子质量： 460.58 1.1.2 性状与理化性质 土霉素生产工艺 第 2 页 土霉素又名氧四环素，为灰白色至黄色的结晶粉末，无臭，味苦，熔点是 180，在日光下颜色变暗在碱性溶液中 易破坏失效。土霉素盐酸盐为黄色结晶，味苦，熔点190 194，有吸湿性，但水分和光线不影响其效价，在室温下长期保存不变质，不失效。盐酸盐易溶于水，溶于甲醇，微溶于无水乙醇，
8、不溶于三氯甲烷和乙醚，在酸性条件下不稳定。添加到饲料中，在室温下保存四个月，效价下降 4% 9%，制粒时效价下降5% 7%。 1.2 土霉素生产菌种 土霉素是由放线菌（龟裂链霉菌）所产生的抗生素。土霉素钙 盐是发酵培养液中入碳酸钙，经过滤，干燥而制得。 土霉素生产工艺 第 3 页 2 土霉素生产工艺 2.1 土霉素的生产工艺流程概述 土霉素生产工艺主要分为：发酵、酸化过滤、脱色结晶、离心干燥四个阶段。其生产工艺流程，如图： 图 2.1 土霉素的生产工艺流程简图 发酵工艺流程 .2.1 斜面孢子制备 图 1-1 土霉素化学分子结构式 图 2-1 土霉素生产工艺流程简图 2.2 发酵工艺流程 2.
9、2.1 斜面孢子制备 首先培养三支斜面孢子 , 斜面孢子的培养基是由麸皮和琼脂组成，用水配制。培养孢子 条件：斜面孢子在 36.5 36.8培养，不得高于 37。若 36超过 2小时则生产能力明显下降，不可用于生产。而且在袍子培养过程中还需保持一定相对湿度，湿度55% 60%。培养时间 96 个小时。将三支斜面孢子加入无菌水之后制成悬浮液。将悬浮液放置于 4 6的冰箱中备用。 2.2.2 一级种子罐发酵 一级种子罐采用实罐蒸汽灭菌法灭菌。培养温度为 31，采用夹套式换热（自动温度调节），罐内生长弱，无动力设备，设备密封。 发酵约 28h， 培养液可趋于浓厚，并转黄色，种子培养液 pH值为 6.
10、0 6.4 时，移入二级种子罐。 2.2.3 二级种子罐发酵 二级种子罐采用实罐蒸汽灭菌法灭菌。培养温度为 31，采用夹套式换热（自动温度调节），有搅拌动力设备。二级罐发酵约 28h，培养液外观深粽、稠、有气泡， pH 大于6.0 移入三级发酵罐。 2.2.4 三级发酵罐发酵 土霉素生产工艺 第 4 页 三级发酵罐采用实罐蒸汽灭菌法灭菌，接种量为 15 20%，发酵全程温度控制在 3031 ，分段培养。采用列管式换热（自动温度调节），有搅拌动力设备。发酵过程，菌体大量生长，培养基快速消耗，需要对其进行补料控制。发酵导致 pH降低，需补氨水调节pH。产生的大量泡沫，需加消沫剂进行 消沫。发酵过程
11、消耗氧气，需通氧补充，通气量为： 0.8 1.0v/m。发酵过程通氨、补糖的工艺具体控制的方法不甚相同。接种后发酵pH低于 6.4 时，开始通氨，通氨量的多少参考 pH。要求 100h 前 pH在 6.3 6.5， 100h后 pH6.2 6.3，放罐前 8小时停止通氨。根据发酵液的残糖值补入总糖 (即淀粉酵解液 )，一般在 100h 前残糖控制 4.0 5.0%， 100h 至 150h 控制 3.5 4.0%， 150h 至放罐前 6h控制 3.0%。在菌丝接近自溶期前放罐。 2.3 酸化过滤工艺流程 2.3.1 酸化 土霉素能和钙、镁等 金属离子，某些季胺益、碱等形成复合物沉淀 (即不溶
12、性络合物 )。在发酵过程中，这些复合物积聚在菌丝中，在液体中的浓度不高。发酵结束后，土霉素大部分沉积在菌丝中，发酵液中很少。因此，应对土霉素发酵液进行酸化等处理，使菌丝中的单位释放出来，以保证产品收率和质量。 2.3.1.2 发酵液的纯化 发酵液中同时存在着许多有机和无机的杂质，为了进一步提高滤液质量，为直接沉淀法创造有利条件，必须在发酵液的预处理过程中添加纯化剂。目前生产上是利用黄血盐和硫酸锌的协同作用来去除蛋白质，同时去除铁离子，并加入硼砂，以提高滤液质量。在 不影响滤液质量的前提下 ,纯化剂的加入量应尽量减少，以降低成本。 2.3.2 过滤 过滤工艺采用板框过滤机过滤。滤布可以去除一些杂
13、质。正批液经过板框过滤机后直接进入正批液储罐。为了提高过滤机中土霉素的利用率，采用三级过滤和顶洗的方法。顶洗的要求是高于 4000单位的滤液才能够进入过滤机后进入正批液的储罐。低于的进入其它储罐以备下一次顶洗之用。 2.4 脱色结晶工艺流程 2.4.1 脱色 为了进一步去除滤液中的色素和有机杂质，以提高滤液质量，将滤液通入脱色罐，由其中的 122-2树脂进行脱色。该树脂在酸性滤液中氢离 子不活泼，不能发生电离及离子交换作用，但能生成氢键。其生成的氢键可吸附溶液中带正电的铁离子、色素及其它有机杂质，从而提高土霉素滤液的色泽和质量。树脂在氢氧化钠溶液中，由氢型变成钠型，失去氢键的活性，使其吸附的色
14、素和杂质解离出来，再经酸作用可恢复其氢键的活性，重复使用。 其有关反应式如下： 2.4.2 结晶 土霉素生产工艺 第 5 页 土霉素发酵液经过上述预处理后，即可在酸性脱色液中用碱化剂调节 pH至等电点，使土霉素直接从滤液中沉淀结晶出来。 2.4.2.1 碱化剂的选择 碱化剂一般可采用氢氧化钠、氢氧化铵、及碳酸钠、亚硫酸钠等 ，各有其特点。例如，氢氧化钠价格便宜、用量少，但由于碱性较强，根据土霉素的稳定性，单独使用会造成局部过碱而破坏土霉素，影响产量和产品质量；又如亚硫酸钠具有抗氧化和脱色作用，可使产品色泽鲜艳，但其碱性极弱，调 PH 时反应缓慢，用量大，且价格较贵，影响成本；而氨水其碱性较氢氧
15、化钠弱但比亚硫酸钠又强，价格便宜，用量适中等。故目前生产上多采用氨水 (内含 2 3%NaHSO3， Na2CO3及尿素等 )作为碱化剂，这样既能节约成本，又能起到抗氧脱色作用，效果较好。因为亚硫酸钠是弱酸强碱盐，能起部分碱化作用但它主要是还原剂， 在酸性溶液中能防止土霉素遇氧化物被破坏，起稳定剂的作用，同时还起脱色作用。 2.4.2.2 PH 的控制与产量和质量关系 在连续结晶过程中， pH 的高低对产品质量有一定影响。土霉素的等电点为 PH4.64.8，在 PH4.5 7.5 之间，游离碱在水中的溶解度几乎不变。若 PH控制在接近等电点时，虽然沉淀结晶较完全，收率也高，但会有大量杂质 (主
16、要是接近等电点 PH的蛋白质 )同时沉淀析出，影响产品的色泽和质量；若 pH控制得较低一些，对提高产品质量虽有好处 (即上述蛋白质等杂质不同时析出，而残留在母液中 )，但沉淀结晶不完全， 收率要低些，影响产量。因此，在选择沉淀结晶 PH 值时，就必须同时考虑到产、质量的效果。在正常情况下，工艺上控制 PH值在 4.7 左右。若沉淀结品质量发现较差时， PH 值可控制得稍低些，有利于改善结晶质量，但不能低于 4.5，否则收率低，影响产量。 2.4.2.3 影响晶体大小的其它条件 要使土霉素高产优质以及所得晶体均匀，好分离，便于过滤和洗涤等操作，除了严格控制 pH条件外，对滤液质量、加碱化剂的速度
17、，结晶的温度，搅拌转速和结晶时间等条件都须加以考察，选择最佳条件。 2.4.2.4 连续结晶法 连续结晶的原理是 根据土霉素的结晶速度，结晶基本完成一般需要 2h， 2.5h 后母液中土霉素含量下降幅度基本稳定。故可以结晶最大流量为基准，安排一套连续进行 2.5h的结晶设备，使调好 pH的结晶液在流动情况下有一段晶体成长的足够时间，即可达到结晶完全的目的。 2.5 离心干燥工艺流程 2.5.1 离心 利用多个三足式离心机联合的方式离心。 2.5.2 干燥 离心工艺出来的湿成品仍含有较多水分，未达到成品要求，因此要经过摇摆机过 40目的筛网，制成颗粒后进入三级旋风干燥器中，干燥后得到成品。 2.
18、5.2.1湿成品干燥记录：干燥时 间 8h；风压 0.04MP；投料温度 185；卸料温度 80 。 土霉素生产工艺 第 6 页 3 土霉素生产 的 废水处理 3.1 废水处理原因 阿拉宾度制药 厂地位于国家重点保护流域 黄河流域的敏感地区。其生产废水浓度高、色度高，且水质不稳定，为使出水能够达标排放。该工程的废水处理系统是用来处理土霉素生产废水。土霉素生产过程中产生大量的高浓度有机废水 (结晶母液 )，水中有机物来自发酵的残存培养基和发酵代谢产物有碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素、有机酸、色素、酶、放线酮、残余土霉素碱及其他代谢产物。其中残余土霉素碱、草酸等物质抑菌性较强 ，干扰蛋白质的合成
19、从而抑制细菌生长，废水需作适当的预处理在降低杀菌性后再进入生化处理系统 . 3.2 该生产废水处理方案 4 废水的治理难点在于：制药废水对废水处理过程中的生物菌种有很强的杀伤力，含有部分不可生化和对微生物有抑制作用的有机物，进水有机浓度、色度高，水质不稳定；同时受现场占地面积小的限制，导致改造难度增大。通过分析，确定了工程处理方案，决定采用“高压脉冲电凝系统物化处理一合絮凝技术 (气浮 )一组合兼氧一 A 一加药沉淀一生物活性炭滤池”为主要处理单元的组合工艺路线。 3.2.1 高压脉冲电凝水 处理技术进行预处理 高压脉冲电凝法 (HVES)采用设计独特的高电压、小电流的电解技术，利用电化学原理
20、，借助外加高电压作用产生电化学反应，把电能转化为化学能，经单电凝设备即可对制药废水中的有机或无机物进行氧化还原反应，进而凝聚浮除，将污染物从水体中分离，可有效去除废水中的 SS、油、磷酸盐等各种有害污染物。采用高压脉冲电凝技术具有的特点是：酸性条件下的有机废水可直接电解，出水 pH接近中性，可大幅度降低加碱量，进而减少污泥量，降低运行费用；集电解与气浮作用于一体，不需另外加药；与传统的低电压、大电流的电解模 式不同，极板消耗较少，更换方便，池内设搅动设施预防堵塞；运行稳定，治理效果好，占地少，沉渣量少；电凝设备的运行费用略高于生物法但比化学法低得多，且污泥量远低于化学法。但电凝设备的一次性投资
21、稍大。 3.2.2 复合絮凝 (气浮 )技术降低抗生素残余效价 该废水中含有土霉素，具有一定毒性，抗生素残余效价会影响生物生化，在本工程中，采用复合混凝技术去除抗生素残余效价，即采用硫酸铝、聚硫酸亚铁、 PAM 及石灰对土霉素废水进行絮凝气浮预处理。其作用机理是絮凝剂中的 Ca2+、 AL3+、 Fe2+及其氢氧化物和有机聚合物 PAM等，与抗生素分子的活性基团如 -NH、 -OH 等形成难溶复合体理后，会使废水中的微生物种类和数量增多，生长正常，废水性质趋于普通有机废水。同时，通过混凝气浮除渣后，为后续好氧生物降解减轻有机负荷。在本工程中，采用一体式自吸高效气浮系统实现固一液分离。该系统主要
22、由一体式自吸高效溶气机、箱体、刮渣机、电控无堵塞释放器和排渣系统组成，它利用高效紊流容器装置，产生强烈负压，同时将空气和水吸人主机的溶混室内，在压力的作用下，形成优质溶气水，并由无堵塞释放器将溶气水直接释放到接触室内，再将絮凝后的污水引人分离室，在分离室 内使溶气水与土霉素生产工艺 第 7 页 污水混合吸附，并把悬浮物浮至水面，固液分离后，由刮渣机把悬浮物刮人排渣槽，处理净化后的水经集水管排出。 3.2.3 组合兼氧技术进行水解酸化 采用推流式兼氧接触池，把反应控制在水解酸化阶段。内部悬挂组合填料，可根据水质水量情况，调整 DO 及回流值。兼氧阶段有中温菌和低温菌进行协调作用，故受外界气温和水
23、温的影响小，且兼氧菌不同于专性厌氧菌种甲烷菌它是一种兼性菌种，在自然界中存在的量较多，容易培养，一旦废水中有机物发生变化，处理装置也能很快适应。这完全不同于厌氧处理中的甲烷菌，对于甲烷菌而言，由于它是 单一性菌种，只要底物发生变化，甲烷菌就要衰亡。对于企业而言，其产品有可能不断更新转换，废水中的有机物成分亦会相应发生变化。兼氧菌种的易殖性及其强适应性，使兼氧工艺较厌氧工艺更能适应企业产品结。 3.2.4 生物活性炭滤池进行深度处理 本工程出水要求达到 GB8978-l996 一级标给水排水准，若完全使用生化处理至达标，则投资成本很高，且占地面积很大。考虑到经济性和土地限制，采用生物活性炭滤池进
24、行废水深度处理，利用活性炭的巨大比表面积，使微生物生长在活性炭表面去除生化工艺中未去除的微量污染物，确保 CODcr 100 mg L。 3.3 生产废水处理设备及参数 5 表 1 主要构筑物及设备参数 构筑物及设备名称 构筑物及设备参数 综合调节池 钢筋混凝土结构 ,8 m 16 m 2 9 m利用原有调节池改造 ,HRT 14 h 高压脉冲电凝机 型号： HVES一 2300,浮池钢结构 2 mX4 2 mX4 m，新建 组合兼氧池 钢筋混凝土结构 ,8 6 mX30 mX6 5 m， 新建， HRT 60 h， DO 0 2 O 5 mg L 中沉池 钢筋混凝土结构， 3 8 m 7 9 m 6 5m，新建，表面负荷 0 85m3 (rn2 d) 钢筋混凝土结构， l1 8 m 7 9 m A 0池 6.5 m，新建， HRT 48 h， DO 2 4 mg L，混合液回流比 150 二沉池 钢筋混凝土结构， 3 8 mX7 6 mX5 m， 新建，表面负荷 0 85 m3 (m d) 终沉池 钢筋混凝土结构， 8 mX4 m，新建，表
