800吨土霉素工艺设计

800吨土霉素工艺设计内容摘要：

中，蒸馏水中可适当添加 %MgSO %KH2PO4 及 %(NH4)2HPO4，避免水质波动对孢子质量的影响，还可以缩短 孢子的成熟期。 种子制备 种子制备是指孢子接入种子罐后 ，在罐中繁殖成大量菌丝的过程，其目的是使孢子发芽、繁殖和获得足够数量的菌丝，以便接种到发酵罐当中去。 种子制备所使用的培养基及其它工艺条件，都要有利于孢子发芽和菌丝繁殖。 种子培养基的成分基本与发酵培养基近似，培养 30℃ 、 30 小时左右培养液趋于浓厚并转为黄色。 pH 一般在 时可以移入下一级罐。 移入发酵罐时 pH，效价在800u/ml 左右。 种子罐级数是在指制备种子需逐级扩大培养的次数，一般根据种子的生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度，以及发酵罐的容积而定。 土霉素种子制备一般为二级种子罐扩大培养。 发酵培养基介绍 培养基是供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制北京化工大学制药工艺设计（论文） 11 的多种营养物质的混合物。 培养基的组成和比例是否恰当，直接影响微生物的生长、生产和工艺选择、产品质量和产量等。 土霉素的发酵培养基由碳源、氮源、无机盐及金属离子、添加前体、消泡剂五部分组成。 碳源的主要作用是：为微生物菌种的生长繁殖提供能源和合成菌体所必需的碳成分；为合成目的产物提供所需的碳成分。 生产上曾以单糖 — 葡萄糖、双糖 —饴糖、及多糖 — 籼米粉、玉米粉及淀粉的解酶液作为碳源。 本设计采用淀粉作为碳源，发酵相对容易控制。 氮 源的作用是供应菌体合成氨基酸的原料。 主要有机氮源为 黄豆粉饼、花生粉饼、蛋白胨、酵母粉、玉米浆等，通常使用黄豆粉饼。 无机氮如 氨水 、硫酸铵等可适量使用。 由于在发酵过程中二氧化碳的不断产生，加上培养基中有很多有机氮源含有蛋白质，因此在发酵罐内会产生大量泡沫，如不严加控制，就会产生发酵液逃液，导致染菌的后果。 采用植物油消沫仍旧是个好方法，一方面作为消沫剂，另一方面还可以起到碳源作用，但现在已普遍采用 泡敌 代替豆油。 无机盐：磷酸盐浓度对放线菌的生长和抗生素的合成影响很大，故应该严格控制磷酸盐的浓度。 灭 菌 灭菌指的是用化学或物理的方法杀灭或除去物料及设备中所有的有生命物质的技术或工艺流程。 灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种，前者指菌体虽死，但形体尚存，后者则指菌体杀死后，其细胞发生溶化、消失的现象。 工业上常用的方法有：干热灭菌、湿热灭菌、化学药剂灭菌、射线灭菌和介质过滤除菌等几种。 在 土霉素 的生产中，对培养基和发酵罐主要采用的是湿热蒸汽灭菌和空气过滤除菌的方法。 发酵 这一过程的目的主要是为了使微生物分泌大量的抗生素。 发酵开始前，有关设备和培养基必须先经过灭菌，后接入种子。 接种量一般为 20%。 发酵周 期一般为 194 小时。 发酵全程 3031℃ 分段培养，通气量为。 当接种后 发酵 pH北京化工大学制药工艺设计（论文） 12 低于 时开始通氨， 培养 2040 小时，每 4 小时补一次 ， 每次 1015L，控氨水平在 45mg/100ml 以上。 根据发酵液残糖值补入总糖，一般在 100 小时前残糖控制 %%， 100 小时 150 小时控制 %%， 150 小时至放罐前 6 小时控制在 %。 在整个过程中，需要不断通气和搅拌，维持一定的罐温和罐压，并隔一段时间取样进行生化分析和无菌试验，观察代谢变化、抗生素产生情况和有无杂菌污染。 土 霉素的提取生产工艺流程及各单元操作简介 发酵液的预处理 土霉素因能和钙、镁等金属离子，某些季铵盐、碱等形成复合物而沉淀，在发酵过程中，这些复合物聚集在菌丝中，而在液体中浓度不高，因此，应对发酵液进行酸化的预处理使之释放出来，以保证沉淀的收率和质量。 通常采用草酸作为酸化剂，其去钙较完全，析出的草酸钙还能促进蛋白质的凝结，提高滤液质量，草酸属于弱酸，比盐酸、硫酸等对设备的腐蚀性小。 但其价格较贵，并促使差向土霉素等异构物的产生，因此在草酸做酸化剂时，温度必须在 15℃ 以下，且尽量缩短操作时间。 通常在 考虑土霉素稳定性和成品质量及成本的前提下， pH 控制在。 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，为直接沉淀创造有利条件，可加入黄血盐进而硫酸锌协同作用除去蛋白质， 同时除去铁离子 (黄血盐和铁离子生成普鲁士蓝沉淀 )，并加入硼砂，以提高滤液质量。 滤液脱色 进一步除去滤液中的色素和有机杂质以提高滤液质量，将滤液通过 1222 树脂进行脱色，该树脂在酸性滤液中氢离子不活波，不能发生电离及离子交换作用，但能生成氢键，其生成的氢键能吸附溶液中的带正电 的铁离子、色素及其他有机杂质，故能使土霉素滤液的色泽和质量有所提高。 树脂在氢氧化钠溶液中又氢型变成纳型，失去氢键的活性，能使其吸附的色素和杂质解离出来，再经酸作用仍能回复活性，可重复使用。 现多采用板框式过滤机。 北京化工大学制药工艺设计（论文） 13 沉淀结晶 经预处理过的滤液加入碱化剂调 pH 至等电点，使之沉淀结而从滤液中分离。 通常使用氨水 (含 23%NaHSO3或 Na2CO3 及尿素 )，既节约成本，又能起到抗氧化脱色作用，效果较好。 条件控制为 ， 2830℃ 、结晶通常需要 2小时。 目前通常采用连续结晶法。 经旋风分离， 离心送至干燥。 干燥 物料经粉碎后，通常采用旋风干燥机干燥，并经除尘可得到最终产物。 土霉素生产总工艺流程图 相关工艺的改进 尽管现有的生产工艺已较为成熟，但是相关的工艺改进仍在继续，主要在以下几个方面： 在结晶工艺中， 为缩短结晶时间，提高结晶设备的利用率， 通过研究 结晶过程中影响晶型的各种因素，改进了发酵液预处理、结晶工艺。 结果表明，在控制发酵液酸化 pH 值 、黄血盐钠加量 %、黄血盐钠和硫酸锌配比 3： 结晶温度等条件，找到了一个 较为适宜的发酵液预处理和结晶工艺，在结晶时间砂土孢子 斜面孢子 孢子培养 ℃ 45 天 种子培养 30℃ 38h 一级种子培养液 种子扩大培养 30℃ 48h 发酵 30℃ 194h 1： 补加液氨 湿晶体 旋风干燥 土霉素碱成品 发酵液 酸化 %g/ml 草酸调 ZnSO4 % 黄血盐 % 酸化液 稀释 200%v/v 稀释液 板框过滤 滤液 树脂脱色 1222 树脂 脱色液 结晶 12%氨水 调 2830℃ 结晶液 分离洗涤 用滤后水淋洗再甩干 北京化工大学制药工艺设计（论文） 14 仅为 47min 的情况下，可明显改善土霉素晶型，使晶体粒度分布均匀，产品内在质量得到进一步提高 [1]。 在酸化提取工艺中，最佳酸化条件为： pH 值控制在 左右，黄血盐钠的用量控制在发酵液体积的 0. 35%时得到土霉素效价最高，为 5102U/g[2]。 在脱色吸附的过程中，改变树脂的高径比，可以提高铲平的色泽 [3]。 目前，也有报道称通过复合诱变 (经饥饿培养、 52FU、 UV、咖啡因复合诱变处理 )的方法得到新的菌株，再用含高磷酸盐的培养基定向筛选 , 得到高产突变菌株遗传特性稳定，代谢特性优于出发菌株 ， 经 57m3 发酵罐生产验证 , 生产稳定 , 低效价罐批减少 %，在磷酸盐浓度提高到 %～ % 时，统计一年的正常罐批平均发酵效价比对照菌株提高 %[4]。 北京化工大学制药工艺设计（论文） 15 第三章 物料衡算 霉素提取工段物料衡算 年产 800t/a(成品含量： 96%)，工作日 335 天，则日产量 G2=800*提取基本工艺参数 名称 参数 名称 参数 脱色岗位收率 % 发酵液效价 35000u/mL 结晶干燥岗位收率 86% 滤液 效价 11000u/mL 过滤岗位收率 116% 母液效价 1370u/mL 总收率 99% 湿晶体含水量 30% 发酵液密度 滤液密度 20%氨水密度 氨水加量 12% 成品含水量 % 脱色保留时间 3050 分钟 酸化加水量 200%v/v 滤液通过树脂罐的线速度控制在 土霉 素提取操作工艺参数一览表 名称 反应时间 ( τ + τ、 )/h 装料系数 φ 酸化稀释 4 结晶 8 干燥工段 G1*(1ω1)=G2*(1ω2) G1*(130%)=*(%) G1= 湿晶体 效价 =G2*Ud=*109*1000=*1012U 干燥 湿晶体 含水量 ω130% 干晶体 含水量 ω % 北京化工大学制药工艺设计（论文） 16 酸化稀释过滤工段 板框过滤收率 η1=116%，脱 色收率 η2=%，干燥洁净收率 η3=86%，总收率η=99%。 脱色液效价 =*1012U/86%=*1012U 滤液效价 =*1012U/%=*1012U 稀释液效价 =*1012U/116%=*1012U 忽略该过程损失，菌丝体带走的效价不计 (m 发酵液 + v 发酵液 *(%+%+%)+200% *v 发酵液 *ρ 水 )*116%=m 滤液 +m 菌丝 35000* v 发酵液 *116%=*1012U m 发酵液 = v 发酵液 *ρ 发酵液 m 滤液 =*1012U /11000U/ml*ρ 滤液 将数据带入以上方程得 解得 v 发酵液 = m 发酵液 = m 菌丝 = 则加入草酸 m=*106*%= 加入黄血盐 m=*106*%= 加入 ZnSO4 m=*106*%= 加入水 V 水 =200%* v 发酵液 = m3 V 稀释液 = m3 沉淀结晶工段 发酵 稀释 过滤 发酵液 滤液 菌丝 %草酸 %黄血盐 %ZnSO4 200%v/vH2O 北京化工大学制药工艺设计（论文） 17 假设该过程体积不变，损失效价全部由母液带走 效价平衡 *1012U=1370U/mL*V+*1012U V=273m3 加入 NH3 体积 =273*12%= m3 加入 NH3 质量 =*103*= 由此可得提取过程的物料衡算表 进料量 出料量 输入物质名称 含量 质量 输出物质名称 含量 质量 发酵液 35000U/mL 菌丝体 草酸 %g/mL 母液 1370U/mL 273 m3 黄血盐 % g/mL 干晶体 1000 U/mg ZnSO4 % g/mL 水 m3 NH3 12% 总进入 *1012U 总出料 *1012U 土霉素发酵工段物料衡算 计算基础数据 设计年产量 M = 800t/a(成品含量： 96%)，成品效价 Ud = 1000U/mg，年平均发酵水平 Uf = 35000U/mg，年工作日 m = 335 d/a。 发酵基础工艺参数 土霉素的发酵周期 T 为 184 小时，辅助时间为 10 小时， 发酵中罐周期为 44 小时，辅助时间 4 小时 沉淀结晶 脱色液 12%NH3 母液 湿晶体 北京化工大学制药工艺设计（论文） 18 发酵周期为 35 小时，辅助时间 3 小时 接种比为 20%，液体损失率为 15% 大罐一个发酵周期内所需全料的量为： 32m3 大罐一个发酵周期内所需稀料的量为： 17m3 逃液、蒸发、取样、放罐损失总计为总料液的 15% 大、中、小罐通气量分别为 、 、 (每分钟内单位体积发酵液通入的空气的量 ) 氨氮的利用情况，培养 2040 小时，每 4 小时补一次 ,每次 1015L，控氨水 平在 45mg/100mL 以上 培养基配比： 小罐 中罐 大罐 全料 稀料 组成 配比（ %） 配比（ %） 配比（ %） 配比（ %） 配比（ %） 黄豆饼粉 淀粉 氯化钠 碳酸钙 磷酸二氢钾 磷酸氢二钾 植物油 4 1 大罐的物料衡算。