硫氰酸红霉素精制母液回收工艺研究

陈东，王维兴，白海龙，王文亮

(宁夏泰益欣生物科技股份有限公司，宁夏 银川 750205)

0 引言

硫氰酸红霉素(erythromycin thiocyanate)，别名高力霉素；外观为白色或类白色晶体粉末，晶型为棒状，难溶于水，易溶于乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂[1]。红霉素抗菌谱与青霉素相似但略广，对G+菌有强大抗菌作用，尤其对青霉素的金葡萄菌有效，G+菌如脑膜炎双球菌、淋球菌、流感杆菌、百日咳杆菌、布氏杆菌和部分痢疾杆菌等对其较敏感，对立克次体、支原体、螺旋体有较强的抑制作用。对阿米巴虫、滴虫也有抑制作用。红霉素抗菌机制：通过与敏感细菌核蛋白体的50s 亚基结合，主要抑制酰基-tRNA 有A 位移向P 位，抑制移位酰，阻碍肽链延长，抑制敏感细菌蛋白质合成，发挥抑菌和杀菌作用[2]。

硫氰酸红霉素属大环内酯类抗生素，本品在碱性或中性溶液中抗菌作用较强，但当pH 值低于4 时，大量红霉素转为红霉素A 烯醇醚，抗菌作用几乎完全消失。硫氰酸红霉素分子中含有一个14 元内脂环、两分子糖苷及一份子硫氰酸，分子量：793.02，结构式如图1 所示。

图1 硫氰酸红霉素结构

目前，国内硫氰酸红霉素生产厂家主要生产工序为，红霉素发酵液经过陶瓷膜过滤、树脂脱色、纳滤浓缩、水相结晶粗品、然后再丙酮溶解精制而来[1]，目前总收率在70%～80%之间，因此各工序收率优化迫在眉睫。虽然在整个红霉素提取过程中都会存在自然降解[3]，但是主要的损失点在精制工序中产生的母液中(下文统称为丙酮母液)残留了大量红霉素，选择经济又实用的途径来完成对损失在丙酮母液中的红霉素进行回收是十分有必要的。

在硫氰酸红霉素精制步骤中，丙酮母液中含有大量的红霉素相关物质，丙酮母液红霉素A 含量高达5 000～15 000 μg/mL 左右，且相对水相结晶母液，杂质含量低，更加有利于回收。限于设备条件和现有工艺，大幅度提高精制工序收率有一定难度，并且现有丙酮母液萃取回收工艺收率也比较低[4]，如能提升丙酮母液回收收率，就会产生良好的经济收益。本研究立足实际生产，研究丙酮母液回收工艺优化，以提高丙酮母液回收收率，降低生产成本。

1 试剂与仪器

实验中用到的试剂和仪器如表1 和表2 所示。

表1 所用主要试剂列表

表2 所用主要设备仪器列表

2 材料与方法

2.1 试验原材料

丙酮母液来自泰益欣生物科技股份有限公司。

2.2 试验步骤

2.2.1 不同丁酯萃取硫红丙酮母液

萃取：取丙酮母液1.5 L，加入定量纯化水搅拌稀释，然后加入0.2～1.0 倍乙酸丁酯，利用NaOH 溶液将萃取pH 值调至9.0～10.0，搅拌萃取30 min。静置分相，完成分相后对萃取液、萃余液分别取样检测，并记录体积；

结晶：向萃取液中加入0.1～0.5 倍的纯化水，加入萃取液中红霉素等摩尔量的硫氰酸钠，滴加冰醋酸将pH 值调至6.5～7.5，结晶1 h，过滤得到回收粗品，称重，烘干后取样检测；将结晶液分相，分别取样检测，并记录体积。

重复以上实验步骤控制其他条件不变，只改变萃取剂，其中萃取剂分别为：未使用过的乙酸丁酯、套用乙酸丁酯和NaOH 水溶液洗涤后的套用乙酸丁酯。

2.2.2 增加旋蒸浓缩析晶工序验证

蒸馏析晶：量取丙酮母液1.0 L，加入预先洗净烘干且称重的旋蒸瓶中，一起称重后开始浓缩，温度30～45 ℃。观察旋蒸瓶内情况，当蒸馏出丙酮母液体积的20% 左右时暂停，将丙酮母液浓缩液用布氏漏斗抽滤，收集滤液继续浓缩，蒸馏出体积10%左右时，停止浓缩。抽滤后两次晶体分别收集烘干后称重。

萃取：将第二次浓缩过滤后母液，加入0.2～1.0倍乙酸丁酯(AR)，再用 NaOH 溶液将萃取pH 值调至9.0～10.0，搅拌萃取30 min，分相。

结晶：向萃取液中加入萃取液体积0.1～0.5 倍的纯化水，加入萃取液中红霉素等摩尔量的硫氰酸钠，滴加冰醋酸将pH 值调至6.5～7.5，结晶1 h，过滤得到回收粗品，称重，烘干后取样检测；将结晶液分相，分别取样检测，并记录体积。

3 结果与分析

3.1 不同乙酸丁酯对萃取收率影响实验结果分析

取用宁夏泰益欣生物科技股份有限公司硫氰酸红霉素丙酮母液，在工厂现有工艺条件等比例缩小后进行试验验证，不同萃取剂萃取后的收率情况如表3所示。

表3 不同丁酯对回收收率的影响数据

由表3 可知不同丁酯萃取硫红丙酮母液试验可以得出，目前使用萃取剂中结晶还是不够彻底，残留较多，套用丁酯收率明显比新的丁酯高8.06%，对套用丁酯进行碱洗处理后无明显优势，在考虑时间及经济成本，增加碱洗不利于提高丙酮母液回收收率提升。

3.2 增加旋蒸浓缩工序对收率影响实验结果分析

考虑直接用丁酯萃取回收，萃取液结晶不彻底，红霉素在丁酯中也会降解，另外丁酯还要进行精馏回收后再用于萃取，整个流程计算成本较高，因此考虑减小丁酯量，且在前期降低萃取体积，因此增加旋蒸浓缩析晶既可以实现收率提升，又可以降低回收成本，具体数据如表4 所示。

表4 增加旋蒸浓缩对回收收率的影响实验数据

由表4 增加旋蒸浓缩对回收收率的影响实验数据可知，先旋蒸后萃取的工艺比直接用乙酸丁酯萃取收率提高4.5%；增加蒸馏的这一步经过两次分步浓缩将丙酮母液中大部分硫红由结晶的方式析出来，剩余的浓度较低，且使用丁酯量少，萃取过程遵循二相平衡，萃余液相对正常工艺硫红残留较少，因此收率提高。另外旋蒸浓缩一次析出晶含量比直接萃取结晶含量高2.19%，在后续兽用级硫氰酸红霉素制备中就能提高产品竞争力。实验中使用新乙酸丁酯进行实验。

从表5 两种回收工艺萃取液和萃余液体积记录表及体积比图可知，加旋蒸浓缩工艺萃取液平均体积为447 mL，萃余液908 mL，直接萃取工艺萃取液体积为628 mL，萃余液1 920 mL。增加旋蒸浓缩后萃取剂使用量减少，萃余液体积也大幅降低，增加旋蒸浓缩的优势在不仅仅能提升收率，另外可以降低丙酮在回收过程中自然挥发损耗、丁酯使用量以及污水处理量。

表5 萃取前后各溶解体积记录

4 结论

(1)用不同乙酸丁酯萃取回收丙酮母液中的红霉素，通过实验结果对比可知，套用乙酸丁酯比单次使用乙酸丁酯收率高，萃取后结晶残留在丁酯中的红霉素较多，需要套用以提高收率降低损失。

(2)在原有丙酮母液回收工艺的基础上，增加两次旋蒸析晶工序后平均收率比原工艺提高4.5%。从萃取溶剂使用量方面来看，减少了乙酸丁酯使用量，降低了回收过程成本投入。从污水处理方面来看，萃余液体积不到原工艺的一半，减少了污水处理量，降低生产成本。