高纯度纳他霉素的生产工艺研究

来源 :河北医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liang__fei
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纳他霉素是一种二十六元多烯大环内酯类抗生素,由纳塔尔链霉菌(Streptomyces natalensis)、恰塔努加链霉菌(Streptomyces chatanoogensis)或褐黄孢链霉菌(Streptomyces gilvosporeus)等经发酵生产,从发酵液中提取纯化后获得。纳他霉素是一种高效、广谱的抗真菌抗生素。由于纳他霉素对哺乳动物细胞的毒性极低,现已在食品加工、医疗等领域得到了广泛的应用。   纳他霉素化学结构上含有氨基和羧基,属于典型的两性化合物。纳他霉素的溶解度在pH6.5-7.5的范围内有最小值,升高或降低溶液的pH值,溶解度迅速上升,尤其当pH大于9或小于3时,溶解度显著增大。纳他霉素也几乎不溶于高级醇、醚、酯、二氧六环、环己醇及芳香族或脂肪族碳氢化合物,微溶于甲醇,溶于冰醋酸、二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、甘油、丙二醇。由于它的溶解特性,纳他霉素回收成本通常很高。文献报道的纳他霉素分离纯化工艺多为溶媒提取结晶和物理分离。溶媒提取结晶工艺一般要求多级纯化,操作费用比较昂贵,使用的溶剂量大,导致纳他霉素的生产成本较高。物理分离工艺对发酵液的质量和分离设备要求严格,很难实现规模化生产。   最终产品的质量取决于生产过程各个环节中间体的质量。因此,在生产中提高每一个环节的质量都是很有必要的。本文围绕如何提高纳他霉素的得率和产品质量,对纳他霉素的提取纯化过程进行了系统研究,研制开发了一种高纯度纳他霉素的生产工艺。本研究将大孔树脂引入纳他霉素的分离和纯化过程中,有效提高了纳他霉素的得率和产品纯度。本研究的实施将填补国内高纯度纳他霉素工业化制备的空白,为生产药用级或食品级纳他霉素原料提供更加安全的技术保障,为相关制剂产品的研发奠定基础。   目的:以纳他霉素发酵液为研究对象,通过使用合适的溶剂,采用有效的分离和纯化技术,研制开发一种适合于规模化生产的高纯度纳他霉素提取工艺。   方法:   1.纳他霉素的检测高效液相色谱技术在抗生素生产中得到了广泛应用。在纳他霉素纯化过程中,利用HPLC测定纳他霉素在303nm处的UV吸收值,进行纳他霉素单位和含量的测定。   2.预处理方式的选择对发酵液进行预处理,包括使用助滤剂,然后真空过滤去除影响柱色谱的干扰物。并根据固液分离效果优选纳他霉素发酵液的预处理方式。   3.浸提条件的优选考察纳他霉素在不同溶剂、温度和pH下的溶解性和稳定性。根据纳他霉素在不同条件下的溶出率,优选纳他霉素的浸提方式和浸提溶剂。   4.大孔树脂的选择预处理和固液分离后,将不同的大孔树脂与浸提液混合,用HPLC法测定大孔树脂加入前后纳他霉素提取液的单位,对照实验结果优选纳他霉素吸附树脂。   5.结晶条件的优化解吸液真空浓缩,得到不同浓度的浓缩液。浓缩液再调pH至不同值,分别结晶。综合结晶收率和产品质量对结晶条件进行优化。   6.提取样品结构鉴定对纳他霉素提取样品进行紫外、红外、核磁共振和质谱的分析检测和结构鉴定。   结果:   1.建立了一种测定发酵液中纳他霉素含量和提取物中纳他霉素含量的高效液相色谱方法。该方法具有操作简单、快速灵敏、准确性好等优点,可作为纳他霉素的定量研究方法。   2.借助大孔树脂柱色谱技术,开发了一种高纯度纳他霉素的分离纯化工艺。该工艺主要包括:1)发酵液过滤得到纳他霉素菌丝体,然后用4BV(升/千克)的碱水浸提,控制浸提液pH在11.5左右,搅拌反应2.0h,最后过滤得到纳他霉素浸提液。2)对照大孔树脂XDA-7、D290、D311及D301的脱色效果,优选D290树脂为纳他霉素提取液的脱色树脂。3)根据D312、DM130、HZ841及AB-8等大孔树脂的静态和动态吸附结果,优选HZ841树脂为纳他霉素提取液的吸附树脂:并优选了饱和树脂解吸条件,解吸剂为80%的乙醇溶液,解吸流速为0.5BV/h。4)含有纳他霉素的解吸液减压浓缩,然后用稀酸水调pH至6.5左右,得到纳他霉素结晶。5)在上述工艺条件下,所得产品纯度大于95%,提取总收率大于70%。   3.所得纳他霉素产品经紫外、红外、核磁共振和质谱分析,其分子量和结构式与对照品一致。   结论:   1.在固液分离过程中加入助滤剂,提高了过滤速度,缩短了工艺周期。同时经过固液分离舍弃了含色素和蛋白质及其他极性大的杂质,提高了浸提液的质量。   2.用4BV的碱水溶液(pH11.5)从菌丝体中提取纳他霉素,有机溶剂用量少,对环境污染小,经济环保。   3.大孔脱色树脂的应用,去除了大部分色素和极性大的杂质,有效降低了色素比值,提高了脱色液的澄清度和质量。   4.采用大孔吸附树脂对纳他霉素浸提液进行富集和纯化,进一步摒弃了发酵次级代谢产物中的杂质,提高了目的产物的质量。   5.所得产品纯度高,纳他霉素重量含量达到98%以上,面积归一百分含量达到99%以上,甲酯峰小于2.0%,单杂小于0.5%,符合USP34标准要求,为生产药用级或食品级纳他霉素原料提供了更加安全的技术保障。   6.用微生物发酵法生产纳他霉素,生产成本的65%是用于纯化工序。溶媒提取工艺使用大量的有机溶剂,成本较高。大孔树脂吸附工艺的优势在于减少了有机溶剂的用量,且大孔树脂回收处理成本较低,这在纳他霉素规模化生产中意义重大。
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