抗生素(antibiotics),又稱(chēng)抗菌素,是由微生物(包括細(xì)菌、真菌等)或高等動(dòng)植物在生活過(guò)程中所產(chǎn)生或合成的、能抑制或殺滅某些病原體的化學(xué)物質(zhì)。抗生素一般可分為5類(lèi): β-內(nèi)酰胺類(lèi)抗生素(如青霉素) 、氨基糖苷類(lèi)抗生素(如鏈霉素)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素(如紅霉素、螺旋霉素) 、四環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素(如四環(huán)素) 和多肽抗生素(如萬(wàn)古霉素) 。抗生素的誕生和發(fā)展對(duì)保障人類(lèi)健康起到了非常重要的推動(dòng)作用,最顯而易見(jiàn)的表現(xiàn)是它的出現(xiàn)提高了人類(lèi)的壽命。抗生素出現(xiàn)以前,人類(lèi)對(duì)許多細(xì)菌感染類(lèi)的疾病都一籌莫展,一旦察覺(jué)患此類(lèi)疾。荒艿群蛩勞齙墓飭佟4涌股爻魷值較衷誚雋嗄甑氖憊庵,很多感染性疾病不會(huì)大范圍的出現(xiàn),人類(lèi)的平均壽命提高了至少10年。抗生素的積極作用還體現(xiàn)在對(duì)一些新型突發(fā)性傳染疾病的診療研發(fā)上。如果沒(méi)有抗生素,近幾年出現(xiàn)的非典型性肺炎、甲型 H1N1 流感等疾病將會(huì)讓人們付出難以想象的大面積死亡代價(jià)。
抗生素的生產(chǎn)工藝大體可分為發(fā)酵、過(guò)濾、濃縮和結(jié)晶四個(gè)過(guò)程。傳統(tǒng)過(guò)濾方法主要有: 吸附法、溶媒萃取法、離子交換法和沉淀法。這些方法雖各有特點(diǎn), 但往往工藝繁雜, 人工成本高、耗時(shí)長(zhǎng), 能耗高, 污染嚴(yán)重。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提高收率和縮短處理時(shí)間,對(duì)已有的后處理工藝過(guò)程和方法還需進(jìn)一步研究和改進(jìn)。另外隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展,新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),獲得了過(guò)去無(wú)法得到的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多種物質(zhì),新產(chǎn)品純度要求相應(yīng)提高,這些給后處理過(guò)程提出了新的要求。
膜技術(shù)作為一種新型的分離技術(shù),由于其在分離過(guò)程中無(wú)相變,無(wú)二次污染,同時(shí)它操作方便,結(jié)構(gòu)緊湊,維修費(fèi)用低,易于自動(dòng)化,且快速高效,因而已在多種發(fā)酵產(chǎn)品的后處理過(guò)程中得到應(yīng)用。相比其他過(guò)濾工藝,采用膜處理技術(shù)不僅可去除更多的雜質(zhì),而且簡(jiǎn)化了其生產(chǎn)流程,避免了有機(jī)溶劑的消耗量和殘留,降低投資成本和運(yùn)行成本,提高了產(chǎn)品的收率,實(shí)現(xiàn)抗生素的綠色、環(huán)保、節(jié)能制造。
常規(guī)抗生素的生產(chǎn)工藝如圖1所示,膜技術(shù)主要可用于抗生素發(fā)酵液的澄清、產(chǎn)品的脫鹽、脫色、濃縮,以及生產(chǎn)廢水的達(dá)標(biāo)排放或回用。目前,江蘇抖圈人生就是搏高科技股份有限公司已在頭孢菌素、硫酸粘桿菌素、硫酸鏈霉菌、紅霉素、萬(wàn)古霉素、金霉素、克拉維酸、兩性霉素、林可霉素、大觀霉素、博來(lái)霉素、多拉菌素等抗生素上推廣了膜技術(shù)的應(yīng)用。

常規(guī)抗生素生產(chǎn)工藝流程圖
膜分離技術(shù)在抗生素領(lǐng)域的典型應(yīng)用
案例一 林可霉素的陶瓷膜法澄清
林可霉素是一種抗革蘭陽(yáng)性菌的堿性抗生素。目前傳統(tǒng)工業(yè)提取過(guò)程一般為:發(fā)酵液經(jīng)預(yù)處理后,通過(guò)溶媒萃取得到產(chǎn)品。該工藝有機(jī)溶劑消耗量大且萃取分配系數(shù)較低,導(dǎo)致環(huán)境污染和收率低等問(wèn)題。采用陶瓷膜過(guò)濾和樹(shù)脂吸附取代傳統(tǒng)的萃取工藝,可形成綠色高效的林可霉素生產(chǎn)工藝。
與傳統(tǒng)的萃取法相比,陶瓷膜工藝操作工藝簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程度高,大大降低了人工成本,生產(chǎn)成本也降低了23%;陶瓷膜工藝還可有效去除林可霉素發(fā)酵液中的蛋白質(zhì)和大部分雜質(zhì),純度提高了約20%;林可霉素的總收率大于97%。此外,高濃度廢水排放量減少50%,滿足清潔生產(chǎn)的要求。
案例二 抗生素納濾膜濃縮
大部分抗生素還是熱敏性的,通過(guò)熱相變來(lái)蒸發(fā)溶劑實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的富集會(huì)導(dǎo)致其損失大且成本也較高,通過(guò)冷凍來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的富集其成本會(huì)更高,直接影響抗生素分離純化的成本。納濾膜通過(guò)孔徑的大小來(lái)截留目標(biāo)產(chǎn)物、透過(guò)水等小分子物質(zhì)起到濃縮的效果。作為一種簡(jiǎn)單物理過(guò)程,具有工藝簡(jiǎn)單、能耗低、產(chǎn)品損失率低、自動(dòng)化水平高等特點(diǎn)。一方面實(shí)現(xiàn)抗生素效價(jià)的提高,另一方面納濾的出水較為干凈,可回用至分離純化工藝的其他環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高效富集和溶劑的高效利用。

樹(shù)脂解析水、納濾濃縮液和納濾產(chǎn)水
江蘇抖圈人生就是搏高科技股份有限公司在新疆某企業(yè)針對(duì)500m3/h抗生素樹(shù)脂解析液,采用納濾技術(shù)提高抗生素效價(jià)至20000 U以上,納濾產(chǎn)水效價(jià)接近0且電導(dǎo)較低,可返回至陶瓷膜或有機(jī)膜工藝重復(fù)利用;且相對(duì)于傳統(tǒng)工藝,針對(duì)該步驟抗生素的富集,收率提高了4 %以上,而且成本還降低了5-10倍(蒸汽的價(jià)格不同導(dǎo)致其運(yùn)行成本不同),真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗和產(chǎn)品高效提取的雙重目標(biāo)。
