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頭孢菌素C,是一種從霉菌發(fā)酵液中提取出來(lái)的-內(nèi)酰胺抗生素。頭孢菌素C在發(fā)酵液中的濃度一般為5~20g/L。實(shí)驗(yàn)離心后固體含量15~60%,取決于菌種和發(fā)酵條件。但是,目前通常直接將頭孢菌素C通過(guò)酶水解轉(zhuǎn)化成7-ACA。
傳統(tǒng)工藝
傳統(tǒng)上,多數(shù)頭孢菌素C/7-ACA的生產(chǎn)廠家在發(fā)酵后首先采用預(yù)涂鼓式過(guò)濾,部分廠家在壓濾后采用離心過(guò)濾。這些方法存在如下幾方面的缺點(diǎn):
1. 在濾餅中存在7~15%頭孢菌素C的損失。
2. 鼓式過(guò)濾后的濾液中還含有大量的固體,會(huì)縮短過(guò)濾工序后的離子交換樹(shù)脂柱和酶柱的壽
3. 助濾劑的購(gòu)買(mǎi)和隨后的清除是下游工藝中重要的成本來(lái)源,同時(shí)會(huì)污染環(huán)境。
4. 鼓式過(guò)濾需要人不停地監(jiān)督和維護(hù),增加勞動(dòng)成本。
傳統(tǒng)工藝中面臨的問(wèn)題:
◆ 菌絲體分離
◆ 蛋白剔
◆ 脫色澄清
◆ CPC/DCPC分離
◆ 解析液濃縮
◆ 酶解技術(shù)及7-ACA濃縮
◆ 母液回收
在頭孢菌C(簡(jiǎn)稱(chēng)頭C)的發(fā)酵液中,除頭C外,常伴有青霉素N,去乙酰頭孢菌素C、去乙酰氧頭孢菌素C等一些中間產(chǎn)物,以及氨基酸和色素等雜質(zhì),傳統(tǒng)的分離和純化方法一般都采用兩種以上的方法交替結(jié)合使用,但還是沒(méi)能得到好的提取效果。
對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn),使之能大幅度提高產(chǎn)物回收率和產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí),不使用助濾劑,延長(zhǎng)7-ACA生產(chǎn)工藝中所使用的價(jià)格昂貴的離子交換柱和酶柱的壽命。
膜系統(tǒng)可有效地對(duì)頭孢菌素C原發(fā)酵液進(jìn)行加工處理,而不使膜堵塞或結(jié)垢,提高頭孢菌素的回收率,使得濃縮液中頭孢菌素C的濃度比原發(fā)酶液中的更高
采用超濾膜系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn):
1. 產(chǎn)物回收率一般為97~99%,比采用鼓式過(guò)濾或壓濾提高了5~12%。
2. 無(wú)需使用助濾劑或硅藻土。
3. 離子交換柱和酶柱壽命可延長(zhǎng)2~3倍。
4. 最終產(chǎn)物質(zhì)量比采用鼓式過(guò)濾時(shí)高。
5. 減輕工藝提取難度,節(jié)約輔消耗。
6. 操作工藝流程簡(jiǎn)化,操作成本低。
7. 超濾系統(tǒng)實(shí)行系統(tǒng)封閉過(guò)濾,濾液不受人為污染,排渣無(wú)須手動(dòng),生產(chǎn)環(huán)境改善,操作勞動(dòng)強(qiáng)度減輕。
8. 由于不添加助濾劑,濾渣可直接回收利用,增加了附加收益,并且節(jié)省了大多助濾劑成本支出。
9. 濃縮后的菌絲體可經(jīng)過(guò)一個(gè)特殊的壓濾機(jī),將其壓制成餅,用作動(dòng)物飼料或肥料。
用納濾技術(shù)與傳統(tǒng)的減壓濃縮、薄膜蒸發(fā)濃縮相比具有如下優(yōu)越性:
1. 由納濾技術(shù)濃縮完全是物理過(guò)程,無(wú)相變的發(fā)生、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低
2. 透過(guò)液中僅含有無(wú)機(jī)鹽,可回收利用,無(wú)廢液排放,符合環(huán)保要求
3. 濃縮質(zhì)量和濃縮收率都較高且穩(wěn)定
4. 實(shí)行系統(tǒng)封閉運(yùn)行,勞動(dòng)強(qiáng)度低,生產(chǎn)環(huán)境改善;
1) 過(guò)濾膜通量:溫度10℃時(shí),平均膜通量為50~55LMH,最高能達(dá)到200L/m2.hr。影響因素包括料液含固量、粘度、操作溫度與系統(tǒng)流量以及清洗是否徹底等諸多方面,并且發(fā)酵液放置后會(huì)發(fā)生降酸及菌絲體自溶等現(xiàn)象,使過(guò)濾速度下降,所以在生產(chǎn)中應(yīng)避免料液放罐后長(zhǎng)時(shí)間放置。
2) 濃縮液的濃縮倍數(shù)與操作加水量:發(fā)酵液最終濃縮液的體積一般占發(fā)酵液體積的20~35%,影響因素:料液含固量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。操作加水量約為投料體積的1~1.8倍
3) 系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行能力超濾膜系統(tǒng)對(duì)于操作時(shí)間的長(zhǎng)短與膜通量的變化關(guān)系不是很明顯,導(dǎo)致膜通量下降的最主要因素在于料液隨著過(guò)濾的進(jìn)行,料液含固量提高,流動(dòng)性變差,過(guò)濾速度亦下降。為保證一定的膜通量,系統(tǒng)連續(xù)操作時(shí)間可在6~8小時(shí)
4) 系統(tǒng)清洗恢復(fù)性能超濾系統(tǒng)在生產(chǎn)完一批次料液停機(jī)后要進(jìn)行膜的清洗,根據(jù)不同批次的平均通量、通量變化、曲線及每批結(jié)束后清洗后的通量恢復(fù)性能等三個(gè)方面來(lái)比較,均沒(méi)有明顯差異,盡管在不同批次之間存在清洗效果方面的差別,但在整體趨勢(shì)上無(wú)通量衰減的趨勢(shì),所以膜過(guò)濾性能的下降趨勢(shì)不明顯,系統(tǒng)清洗后膜將恢復(fù)原有性能。
5) 過(guò)濾收率
據(jù)我們?cè)陬^C生產(chǎn)中試與工業(yè)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,應(yīng)用Ultra-flo超濾系統(tǒng),過(guò)濾收率通常會(huì)比傳統(tǒng)過(guò)濾方法的收率高3~4%,樹(shù)脂提取工序可以提高4~5%,結(jié)晶工序可以提高3~4%左右。