红霉素(Erythromycin,简称EM)属于传统的大环内酯类抗生素品种,具有抗菌作用强、效率高、毒副作用少、衍生物临床应用广等特点。然而,现有的红霉素生产工艺中还存在许多亟待解决的问题,如产品质量差,提取效率低,溶剂消耗量大,环境污染严重等。本文针对这些问题,以绿色、高效、经济为理念,提出了一条创新的膜分离与大孔树脂吸附耦合的分离工艺路线,从而达到精简流程、高效分离、降低污染的目的。本文的主要内容和结论如下：(1)通过固定床连续实验,研究了红霉素在SP825树脂上的吸附动力学,考察了进料浓度、温度、床层高度和高径比等因素对红霉素吸附性能的影响,采用同时考虑液膜扩散阻力、孔内扩散阻力和轴向扩散阻力的综合速率模型对吸附过程进行模拟,计算得到相关动力学参数,并对模型进行了误差分析。结果表明：进料浓度的增加对红霉素固定床吸附过程不利,温度和床层高径比的增加可以提高固定床吸附效率,而床层高度的变化对固定床吸附过程影响不大；液膜扩散阻力和孔内扩散阻力均对红霉素固定床吸附过程有重要影响,轴向扩散影响较小；模型的相对误差在10%以内,说明综合速率模型较好的描述了红霉素在SP825树脂上的固定床吸附行为。(2)通过间歇吸附平衡实验,研究了红霉素A、C组分在SP825树脂上的竞争吸附热力学,测定了不同温度、pH及离子强度下,红霉素A、C组分的竞争吸附相平衡数据。实验范围内,温度、pH及离子强度的增加均对红霉素A、C组分的吸附过程有利。采用扩展Langmuir吸附等温线模型对平衡数据进行拟合,并对该模型进行了误差分析,其相对误差在20%以内,说明该模型能够较好的描述红霉素A、C组分在SP825树脂上的竞争吸附行为。考察了不同温度、pH及离子强度时,SP825树脂对红霉素A、C组分的选择性系数。结果表明,SP825树脂对红霉素A的吸附力略强于红霉素C,KCA随温度及离子强度的增大而增大,随pH的增大先增大后减小,pH为7.0时有最大值1.317。估算了红霉素A、C组分的吸附热力学参数,发现SP825树脂对红霉素A、C组分的吸附均为自发进行的、吸热的以及熵增的物理吸附过程。相同实验条件下,ΔGA<AGC,AHA>AHC,ΔSA>ΔSC。(3)在前述研究的基础上,采用优选的吸附条件,测定了红霉素碱、红霉素A和红霉素C组分的固定床穿透曲线。结果表明,红霉素A组分在固定床吸附过程中对红霉素C组分具有一定的竞争吸附优势,由此构建了适用于红霉素A、C组分分离的两阶段阶跃洗脱层析工艺过程。筛选了层析过程合适的流动相,考察了第一阶段洗脱条件对红霉素A、C组分分离过程的影响。结果表明,采用3%乙酸乙酯的水溶液以0.5 BV·h-1进行第一阶段洗脱5BV时对红霉素A组分的纯化效果最好。(4)在固定床阶跃洗脱层析实验的基础上,为了进一步提高层析过程的收率,构建了双柱摆动层析工艺,并对工艺过程进行优化。结果表明,双柱摆动层析工艺在制备出高品质红霉素A产品(红霉素A组分含量为95.2%,红霉素C组分含量为2.3%,红霉素B组分含量为2.5%)的同时,显著提高了固定床阶跃洗脱层析过程的收率(红霉素A组分总收率为93.3%),实现了红霉素A、C组分的有效分离,从而达到了高效分离、有效回收的目的。(5)为避免发酵液中色素、蛋白等杂质对分离纯化过程的影响,通过膜分离技术对发酵液进行预处理。以色素、蛋白去除率和红霉素收率为指标,考察了50nm无机陶瓷膜对红霉素发酵液的过滤效果。结果表明,所得滤液的平均脱色率为54.2%,平均脱蛋白率为66.6%,红霉素平均收率为95.0%,满足大孔树脂吸附的条件。(6)提出了以吸附、杂质洗涤、脱附和洗脱液成盐等为步骤组成的大孔树脂吸附技术从发酵液中分离纯化红霉素A的整套工艺流程。研究和优化了各单元操作的工艺条件和实际效果,采用pH为10.0左右的硼砂—NaOH缓冲溶液对吸附完毕的树脂进行杂质洗涤,筛选出50%丙酮和50%0.40mol·L-1 NaOH溶液组成的混合溶液对洗脱完毕的树脂进行再生。结果表明,整个工艺过程的总收率一般在90%以上,且可以使红霉素C组分含量达到高品质红霉素产品的要求,而再生后树脂的饱和吸附量不低于新鲜树脂饱和吸附量的80%。本文提出了一条可直接应用于工业化规模生产的从发酵液中分离纯化红霉素A的新工艺,研究成果为生产装置的开发和设计提供了理论和实验基础,具有广阔的发展前景。
