硫氰酸紅霉素精制母液回收工藝研究

陳東，王維興，白海龍，王文亮

(寧夏泰益欣生物科技股份有限公司，寧夏 銀川 750205)

0 引言

硫氰酸紅霉素(erythromycin thiocyanate)，別名高力霉素；外觀為白色或類白色晶體粉末，晶型為棒狀，難溶于水，易溶于乙醇、甲醇、丙酮等有機溶劑[1]。紅霉素抗菌譜與青霉素相似但略廣，對G+菌有強大抗菌作用，尤其對青霉素的金葡萄菌有效，G+菌如腦膜炎雙球菌、淋球菌、流感桿菌、百日咳桿菌、布氏桿菌和部分痢疾桿菌等對其較敏感，對立克次體、支原體、螺旋體有較強的抑制作用。對阿米巴蟲、滴蟲也有抑制作用。紅霉素抗菌機制：通過與敏感細菌核蛋白體的50s 亞基結合，主要抑制酰基-tRNA 有A 位移向P 位，抑制移位酰，阻礙肽鏈延長，抑制敏感細菌蛋白質合成，發揮抑菌和殺菌作用[2]。

硫氰酸紅霉素屬大環內酯類抗生素，本品在堿性或中性溶液中抗菌作用較強，但當pH 值低于4 時，大量紅霉素轉為紅霉素A 烯醇醚，抗菌作用幾乎完全消失。硫氰酸紅霉素分子中含有一個14 元內脂環、兩分子糖苷及一份子硫氰酸，分子量：793.02，結構式如圖1 所示。

圖1 硫氰酸紅霉素結構

目前，國內硫氰酸紅霉素生產廠家主要生產工序為，紅霉素發酵液經過陶瓷膜過濾、樹脂脫色、納濾濃縮、水相結晶粗品、然后再丙酮溶解精制而來[1]，目前總收率在70%～80%之間，因此各工序收率優化迫在眉睫。雖然在整個紅霉素提取過程中都會存在自然降解[3]，但是主要的損失點在精制工序中產生的母液中(下文統稱為丙酮母液)殘留了大量紅霉素，選擇經濟又實用的途徑來完成對損失在丙酮母液中的紅霉素進行回收是十分有必要的。

在硫氰酸紅霉素精制步驟中，丙酮母液中含有大量的紅霉素相關物質，丙酮母液紅霉素A 含量高達5 000～15 000 μg/mL 左右，且相對水相結晶母液，雜質含量低，更加有利于回收。限于設備條件和現有工藝，大幅度提高精制工序收率有一定難度，并且現有丙酮母液萃取回收工藝收率也比較低[4]，如能提升丙酮母液回收收率，就會產生良好的經濟收益。本研究立足實際生產，研究丙酮母液回收工藝優化，以提高丙酮母液回收收率，降低生產成本。

1 試劑與儀器

實驗中用到的試劑和儀器如表1 和表2 所示。

表1 所用主要試劑列表

表2 所用主要設備儀器列表

2 材料與方法

2.1 試驗原材料

丙酮母液來自泰益欣生物科技股份有限公司。

2.2 試驗步驟

2.2.1 不同丁酯萃取硫紅丙酮母液

萃取：取丙酮母液1.5 L，加入定量純化水攪拌稀釋，然后加入0.2～1.0 倍乙酸丁酯，利用NaOH 溶液將萃取pH 值調至9.0～10.0，攪拌萃取30 min。靜置分相，完成分相后對萃取液、萃余液分別取樣檢測，并記錄體積；

結晶：向萃取液中加入0.1～0.5 倍的純化水，加入萃取液中紅霉素等摩爾量的硫氰酸鈉，滴加冰醋酸將pH 值調至6.5～7.5，結晶1 h，過濾得到回收粗品，稱重，烘干后取樣檢測；將結晶液分相，分別取樣檢測，并記錄體積。

重復以上實驗步驟控制其他條件不變，只改變萃取劑，其中萃取劑分別為：未使用過的乙酸丁酯、套用乙酸丁酯和NaOH 水溶液洗滌后的套用乙酸丁酯。

2.2.2 增加旋蒸濃縮析晶工序驗證

蒸餾析晶：量取丙酮母液1.0 L，加入預先洗凈烘干且稱重的旋蒸瓶中，一起稱重后開始濃縮，溫度30～45 ℃。觀察旋蒸瓶內情況，當蒸餾出丙酮母液體積的20% 左右時暫停，將丙酮母液濃縮液用布氏漏斗抽濾，收集濾液繼續濃縮，蒸餾出體積10%左右時，停止濃縮。抽濾后兩次晶體分別收集烘干后稱重。

萃取：將第二次濃縮過濾后母液，加入0.2～1.0倍乙酸丁酯(AR)，再用 NaOH 溶液將萃取pH 值調至9.0～10.0，攪拌萃取30 min，分相。

結晶：向萃取液中加入萃取液體積0.1～0.5 倍的純化水，加入萃取液中紅霉素等摩爾量的硫氰酸鈉，滴加冰醋酸將pH 值調至6.5～7.5，結晶1 h，過濾得到回收粗品，稱重，烘干后取樣檢測；將結晶液分相，分別取樣檢測，并記錄體積。

3 結果與分析

3.1 不同乙酸丁酯對萃取收率影響實驗結果分析

取用寧夏泰益欣生物科技股份有限公司硫氰酸紅霉素丙酮母液，在工廠現有工藝條件等比例縮小后進行試驗驗證，不同萃取劑萃取后的收率情況如表3所示。

表3 不同丁酯對回收收率的影響數據

由表3 可知不同丁酯萃取硫紅丙酮母液試驗可以得出，目前使用萃取劑中結晶還是不夠徹底，殘留較多，套用丁酯收率明顯比新的丁酯高8.06%，對套用丁酯進行堿洗處理后無明顯優勢，在考慮時間及經濟成本，增加堿洗不利于提高丙酮母液回收收率提升。

3.2 增加旋蒸濃縮工序對收率影響實驗結果分析

考慮直接用丁酯萃取回收，萃取液結晶不徹底，紅霉素在丁酯中也會降解，另外丁酯還要進行精餾回收后再用于萃取，整個流程計算成本較高，因此考慮減小丁酯量，且在前期降低萃取體積，因此增加旋蒸濃縮析晶既可以實現收率提升，又可以降低回收成本，具體數據如表4 所示。

表4 增加旋蒸濃縮對回收收率的影響實驗數據

由表4 增加旋蒸濃縮對回收收率的影響實驗數據可知，先旋蒸后萃取的工藝比直接用乙酸丁酯萃取收率提高4.5%；增加蒸餾的這一步經過兩次分步濃縮將丙酮母液中大部分硫紅由結晶的方式析出來，剩余的濃度較低，且使用丁酯量少，萃取過程遵循二相平衡，萃余液相對正常工藝硫紅殘留較少，因此收率提高。另外旋蒸濃縮一次析出晶含量比直接萃取結晶含量高2.19%，在后續獸用級硫氰酸紅霉素制備中就能提高產品競爭力。實驗中使用新乙酸丁酯進行實驗。

從表5 兩種回收工藝萃取液和萃余液體積記錄表及體積比圖可知，加旋蒸濃縮工藝萃取液平均體積為447 mL，萃余液908 mL，直接萃取工藝萃取液體積為628 mL，萃余液1 920 mL。增加旋蒸濃縮后萃取劑使用量減少，萃余液體積也大幅降低，增加旋蒸濃縮的優勢在不僅僅能提升收率，另外可以降低丙酮在回收過程中自然揮發損耗、丁酯使用量以及污水處理量。

表5 萃取前后各溶解體積記錄

4 結論

(1)用不同乙酸丁酯萃取回收丙酮母液中的紅霉素，通過實驗結果對比可知，套用乙酸丁酯比單次使用乙酸丁酯收率高，萃取后結晶殘留在丁酯中的紅霉素較多，需要套用以提高收率降低損失。

(2)在原有丙酮母液回收工藝的基礎上，增加兩次旋蒸析晶工序后平均收率比原工藝提高4.5%。從萃取溶劑使用量方面來看，減少了乙酸丁酯使用量，降低了回收過程成本投入。從污水處理方面來看，萃余液體積不到原工藝的一半，減少了污水處理量，降低生產成本。