水相結晶硫氰酸紅霉素及其轉紅霉素堿工藝研究

姬紅明 王勇平 張永樂 高繼東

（寧夏太平洋生物科技有限公司，銀川 750200）

傳統的紅霉素生產工藝是對經板框過濾后的濾洗液進行有機溶媒相轉移后，在有機相中結晶形成硫氰酸紅霉素或乳酸鹽紅霉素，再對其進行轉堿得到紅霉素。由于該工藝過程較長加之需要兩次結晶過程，有機溶媒消耗大；同時，大量的紅霉素分子在中間生產環節中，隨著板框渣液和結晶母液被浪費，導致紅霉素的總收率始終徘徊在較低的生產水平，生產成本也居高不下。

近年來，隨著微濾、超濾和納濾等先進的過濾技術在紅霉素生產過程中的廣泛應用，與傳統的板框過濾相比，大幅降低了渣液中的紅霉素的含量，減少了過濾過程中紅霉素有效成分的損失，從而為進一步提升紅霉素的總收率奠定了良好的基礎。

本研究立足生產實際，通過對經微濾和納濾處理過的紅霉素濃縮液進行直接結晶硫氰酸紅霉素；同時，利用紅霉素的濃縮液所得到的硫氰酸紅霉素生產紅霉素，以求減少生產環節和有機溶媒的使用，降低紅霉素生產過程中有效成分的損耗和原輔料的消耗；同時，提高紅霉素的總收率，降低生產成本。

1 材料和儀器

膜分離設備NFA-84S-234/78（三達膜科技有限公司），721型分光光度計，pH-3C酸度計，丙酮（工業級），NaSCN（工業級），冰醋酸（工業級），30% NaOH溶液（工業級），微生物自動測量分析儀（ZR-300RV，北京先驅威峰技術公司），安捷倫1260高效液相色譜儀（安捷倫科技公司）。

2 檢測方法

2.1 紅霉素濃縮液效價的測定

取適量經納濾膜處理過的濃縮液，用純化水稀釋后，經醋酸丁酯萃取后，采用硫酸水解法來測定濃縮液中的紅霉素效價[1]。

2.2 終點pH值測定

取少量反應后的硫氰酸紅霉素的水相結晶液，靜置后取上層水溶液，測pH值。

2.3 硫氰酸紅霉素粗品效價和組分含量的測定

測定方法依據《中國獸藥典》（2010版）進行測定[2]。

2.4 紅霉素效價和組分含量的測定

測定方法依據《中國藥典》（2010版）進行測定[3]。

3 工藝技術

3.1 水相結晶硫氰酸紅霉素

由于紅霉素發酵液雖經過微濾和納濾處理后，但其水相濃縮液中仍存在大量的小分子糖類物質、蛋白質和色素類物質，導致濃縮液中的成分比較復雜，若進行雜質的再分離難度較大且成本較高。鑒于紅霉素在水中的溶解度隨著溫度的升高而減小，呈負溶解度現象[4]。據此，可利用濃縮液中的雜質作為載體進行水相結晶，使得硫氰酸紅霉素的晶體與雜質之間借助表面張力而互相吸附，形成沉淀物，再采用固液分離來獲得含有大量雜質的硫氰酸紅霉素粗品，然后再精制得到高純度的硫氰酸紅霉素。

具體做法如下：在常溫條件下，控制經納濾膜處理過的濃縮液效價在22 000～24 000 μ/mL之間，pH值呈弱堿性，濃縮液體積4～5 m3，以（0.4～0.5）kg/十億的比例，向濃縮液中緩慢加入固體NaSCN并輔以攪拌，直至其完全溶解后，持續攪拌10 min，再向濃縮液中緩慢流加15%～20%的冰醋酸溶液，調節濃縮液pH值在6.0～6.7范圍內，養晶約1 h，復測pH在終點范圍內后，板框進料進行壓濾，分別取濾出液和濾餅樣，送檢。濾餅即為硫氰酸紅霉素粗品（以下簡稱粗品），試驗結果如表1所示。

由表1中的數據可知，板框濾液平均效價2 058 μ/ml，約占濃縮液效價的9.35%。表明用該方法結晶，物料反應較為徹底，結晶效果較好。結晶所得到的粗品經烘干粉碎后外觀（見圖1）和效價尚無法達到《中國獸藥典》（2010版）的質量要求（即外觀呈白色或類白色結晶性粉末，效價≥750 μ/mg）。若要生產硫氰酸紅霉素，須對粗品進一步再作處理。由于該方法未使用有機溶媒，所以，生產成本和物料損失遠低于傳統工藝。

圖1 水相結晶硫氰酸紅霉素粗品

3.2 對水相結晶的硫氰酸紅霉素粗品進行重結晶

鑒于粗品中含有大量的雜質，達不到《中國獸藥典（2010版）》的質量標準要求。因此，須對粗品進行進一步精制。

方法如下：以粗品與丙酮按 1:3～4（W（kg）/V（L））比例（試驗以200 kg為基準投料量），在40 ～ 45 ℃的條件下，流加少量30% NaOH溶液進行溶解，同時，輔以攪拌。待粗品全部溶解后，靜置10 min后，分去底部的水及雜質。開啟攪拌加入適量的飽和鹽水和固體NaCl，充分混合后再次靜置并分相除去水和雜質，依照硫氰酸紅霉素的傳統生產工藝進行操作。即，按照溶解液總億的0.4～0.5 kg/十億的比例，向溶解液中緩慢加入固體NaSCN并輔以攪拌，直至其完全溶解后，再向溶解液中緩慢流加15%～20%的冰醋酸溶液，調節溶解液pH值在6.0～6.7范圍內，加入適量純化水析晶，養晶約1 h后，放料離心。試驗結果如表2所示。

由表2中的數據可知，經再次結晶后的硫氰酸紅霉素完全符合《中國獸藥典（2010版）》中，效價≥750 μ/mg和熾灼殘渣≤1.0%的規定，且質量穩定，外觀呈白色結晶性粉末（見圖2）。

圖2 重結晶后的硫氰酸紅霉素

對于重結晶后的母液可采用醋酸丁酯進行萃取后，再結晶得到硫氰酸紅霉素[5]，從而實現對母液的完全回收再利用，減少物料損失，提高產品收率。

3.3 對水相結晶的硫氰酸紅霉素粗品轉紅霉素堿

為縮短生產周期，豐富產品種類，同時節約原輔料（即，不用重結晶的硫氰酸紅霉素轉紅霉素堿）和降低能耗，通過試驗，力求由粗品直接轉紅霉素堿。

具體方法如下：在40 ～ 45 ℃的條件下，以粗品與丙酮按1:2～1:3（W（kg）/V（L））比例混合（粗品投料量500 kg為基準），并流加30% NaOH溶液；同時，輔以攪拌直至完全溶解，分相方法同3.2中的操作。待分相完畢后，在密閉帶壓條件下，將紅霉素的丙酮溶液依次通過5 μm的袋式過濾器和液體過濾器后，輸送至結晶罐中，開啟攪拌并流加常溫純化水。純化水加量約為粗品溶解分相后的丙酮溶液體積的3～4倍。流加完純化水后，料液降溫至25 ℃以下并停止攪拌，養晶24 h后離心。再次以濕料與熱純化水（55 ℃）按1:5（W（kg）/V（L））的比例進行混洗1h后，離心即得紅霉素。試驗結果如表3所示。

通過表3中的數據可知：①部分批次溶解性不合格。表現為用甲醇溶解后呈淡黃色，與藥典中的要求不符，但其外觀無明顯差異。經分析，其原因為粗品中攜帶的原輔料中的色素類物質未被濾袋有效攔截所致（見圖3和圖4，左側為合格品，右側為不合格品）。②其余各項質量指標均達到《中國藥典（2010版）》中規定的質量標準（即，熾灼殘渣≤0.2%，硫氰酸鹽≤0.3%，紅霉素A含量≥88.0%，效價≥920 μ/mg，pH:8.0～10.5，比旋度：－71o～－78o）且紅霉素A含量較高。③試驗結果表明，用粗品直接轉紅霉素堿，工藝路線可行，但仍須進一步采取措施對色素類物質進行有效去除，以確保質量的穩定性；同時，重量收率還有待提高。

表1 水相結晶硫氰酸紅霉素粗品情況一覽表

表2 粗品重結晶后的硫氰酸紅霉素質量及重量收率情況統計

表3 硫氰酸紅霉素粗品轉紅霉素堿質量及重量收率情況統計

對于混洗后的水溶液可采用醋酸丁酯在堿性條件下萃取后，再結晶得到硫氰酸紅霉素[5]，從而降低有效成分的損失率。

圖3 外觀對照

圖4 甲醇溶解后對照

4 存在問題

（1）水相結晶的硫氰酸紅霉素粗品一次結晶無法達到《中國獸藥典（2010版）》的質量標準，但經重結晶處理后的各項質量指標均完全符合要求。

（2）用水相結晶的硫氰酸紅霉素直接轉紅霉素堿，所得到的紅霉素質量有待進一步提高，工藝應用于工業化生產可行。影響質量的主要指標是溶解性不穩定，其原因是粗品中攜帶的色素類物質在溶解時，隨紅霉素分子溶解到丙酮相，過濾時未被過濾器有效攔截，伴隨著結晶過程又吸附在紅霉素晶體表面所致。

圖5 紅霉素系列產品的工藝路線

5 結論及展望

5.1 結論

（1）對經過納濾膜處理后的紅霉素濃縮液，在水相進行結晶后得到的硫氰酸紅霉素，經再次處理后完全達到獸藥典規定的質量標準。

（2）用水相結晶的硫氰酸紅霉素粗品直接轉紅霉素堿的工藝路線可行，縮短了紅霉素堿的生產工藝（即，減少一次硫氰酸紅霉素有機溶媒相結晶生產紅霉素）；同時，有效降低紅霉素堿的生產成本，且產品中的紅霉素A組分收率較高，平均含量達93.8%。

為了進一步提高產品質量的穩定性，須進一步采取措施對溶解后的色素類物質進行有效去除。

（3）通過此工藝可形成較完整的紅霉素系列產品的工藝路線（圖5）。

5.2 展望

能否用紅霉素的水相濃縮液直接結晶生產紅霉素；或者，由水相濃液直接生產紅霉素乳酸鹽。進一步縮短各產品的工藝路線，降低生產成本，進而實現所有紅霉素及其中間體從“濃縮液到產品”的跨越，還有待進一步探討。

[1] 俞俊棠，唐孝宣.生物工藝學（上冊）[M].上海：華東理工大學出版社，1994.

[2] 中國獸藥典（2010版）（一部）[M].北京：中國農業出版社，2011：288-289.

[3] 中國藥典（2010版）（二部）[M].北京：中國醫藥科技出版社，2010：300-301.

[4] 陳葵，朱家文，紀利俊等.第一屆全國化學工程與生物化工年會論文[C].2004.

[5] 姬紅明，鄭飛，王健.紅霉素結晶母液回收再利用工藝研究[J].醫藥工程設計，2009,30（4）：12-13.