7-CAC生产工艺报告.ppt

生物工程下游技术健康元实习报告一、产品简介健康元药业集团股份有限公司主要生产医药抗生素头孢类药品的母核：7-氨基头孢烷酸（简称7-ACA）7-ACA的性质及用途：白色结晶性粉末，不溶于水及一般有机溶媒。为医药中间体。是许多半合成头孢菌素的起始原料7-ACA的分子式为C10H12N2O5S，分子量为272.28。7-ACA的化学名称为3-乙酰氧甲基-5-硫-7-氨基-8-氧-1-氮杂二环辛-2-烯-2羧酸，是玉米浆通过头孢菌发酵得到的头孢菌素C，头孢菌素C在酰胺键处水解得到7-AcA分子式为右图：7-ACA是头孢菌素关键性中间体，已成为当今国际抗生素市场的主角，按销售额计，以头孢菌素和青霉素为主的-内酰胺类抗生素发展最快，约占世界抗生素市场的70%。7-氨基头孢烷酸(简称7-ACA)，是头孢菌素中最常用的母核，7-ACA有两个活性基团，3-位的乙酰氧基和7-位的氨基，在这两个活性基团上连接不同的侧链，就构成不同性质的头孢类抗生素二、生产原理7-ACA是通过头孢菌素C裂解而成，按裂解方法的不同分为化学法与酶法化学法：化学反应裂解头孢菌素化学法：化学反应裂解头孢菌素C锌盐（或钠盐）生产锌盐（或钠盐）生产7-ACA，这种反应需，这种反应需要在极端的条件下进行（例如超低温），而且还使用大量的有毒有害的化要在极端的条件下进行（例如超低温），而且还使用大量的有毒有害的化学物品，给环境和人体健康带来很大的危害学物品，给环境和人体健康带来很大的危害。酶法又分一步酶法和二两步酶法一步酶法：直接作用于CPC的侧链生成7-ACA，该法的工艺简单、成本低，但目前此类酶活性较低且种类较少，不适宜工业化生产。两步酶法：两步酶法即利用头孢C氨基酰化酶(GL-7-ACA酰化酶)和D-氨基酸氧化酶(DAAO)两步酶酶促反应将CPC转化为7-ACA。健康元即采用两步酶法头孢菌素CD-氨基酸氧化酶戊二酰基-7-氨基头孢烷酸（GL-7-ACA）头孢C氨基酰化酶7-ACA酶法生产的7-ACA不含溶剂和重金属、质量高，生产占地面积小，环境污染小，成本也低，但国内不具有酶的生产能力，只能依靠进口酶，它的价格较高，使得酶法生产7-ACA成本与化学法相当，而在色泽外观上略逊于化学法，因此国内采用酶法技术的很少，大部分制药厂仍在沿用污染严重、收率较低的化学裂解法生产7-ACA。三、工艺流程菌种菌种接种接种发酵液预处理发酵液预处理发酵发酵微滤微滤除去菌体等除去菌体等超滤超滤纳滤纳滤除去除去1000以上的杂质以上的杂质离子交换离子交换脱色柱脱色柱脱色脱色结晶结晶获得半成品获得半成品两步酶解法两步酶解法包装包装获得较纯的获得较纯的CPC浓缩浓缩离心、干燥离心、干燥7-ACA四、发酵头孢菌素的生产一般采用丝状真菌顶头孢霉菌经培养、接种发酵获得中间产物CPC五、预处理加热、大幅度调节pH和添加絮凝剂，使蛋白质变性加入草酸、三聚磷酸钠等物质除去Ca2+、Mg2+、Fe2+等无机离子六、微滤预处理过后的发酵液经膜过滤微滤，除去大部分的菌体、杂蛋白等悬浮物质七、超滤在超滤过程中，水溶液在压力推动下，流经膜表面，小于膜孔的溶剂（水）及小分子溶质透水膜，成为净化液（滤清液），比膜孔大的溶质及溶质集团被截留，随水流排出，成为浓缩液。超滤过程为动态过滤，分离是在流动状态下完成的八、大孔树脂吸附简介：大孔吸附介：大孔吸附树脂是一脂是一类不含交不含交换基基团且有大孔且有大孔结构的高分子吸附构的高分子吸附树脂，脂，是一种不溶于酸、碱及各种有机溶是一种不溶于酸、碱及各种有机溶剂的有机高分子聚合物，具有良好的大的有机高分子聚合物，具有良好的大孔网状孔网状结构和构和较大的比表面大的比表面积，可以，可以通通过物理吸附从水溶液中有物理吸附从水溶液中有选择地吸地吸附有机物，大孔吸附附有机物，大孔吸附树脂脂进行分离的行分离的技技术是是20世世纪60年代末年代末发展起来的展起来的继离子交离子交换树脂后的分离新技脂后的分离新技术之一。之一。已在已在环保、食品、医保、食品、医药等等领域得到了域得到了广泛广泛应用。用。优点：大孔吸附树脂的孔径与比表面积都比较大，在树脂内部具有三维空间立体孔结构，具有物理化学稳定性高、比表面积大、吸附容量大、选择性好、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、宜于构成闭路循环、节省费用等诸多优点。大孔吸附树脂在生化物质的生产和研究上的应用日益增多，对于在水中的溶解度不太大，而较易溶于有机溶剂的生化物质都可考虑用大孔吸附树脂进行对发酵液进行精制。例如维生素B12、四环素、土霉素、和竹桃霉素、头孢菌素c(cpc)等。另外，焦作健康元生物制品公司在头孢菌素c的精制纯化过程中利用的就是大孔树脂吸附法提纯cpc.吸附：利用头孢菌素C(cpc)在pH酸性状态下以游离酸形式存在，故可在pH2.5-3.0时，从发酵液中吸附在XAD-2或XAD-4,并可分离除去其中的脱乙酰头孢菌素C（DCPC）和其他一些成分，使其有效成分固定的吸附在树脂上。洗脱：可用醇的水溶液进行洗脱。再生：洗脱用和吸附时相反的条件进行树脂再生。九、离子交换树脂脱色l原理：原理：离子交离子交换树脂是一种不溶于酸、碱和脂是一种不溶于酸、碱和有机溶有机溶剂的固的固态高分子材料。是一高分子材料。是一类带有官有官能能团的网状的网状结构的高分子化合物，其构的高分子化合物，其结构有构有三部分三部分组成：不溶性的三成：不溶性的三维空空间网状骨架，网状骨架，连接在骨架上的官能接在骨架上的官能团和官能和官能团所所带的相反的相反电荷的可交荷的可交换离子。离子。l骨架上的活性离子在水溶液中骨架上的活性离子在水溶液中发生离解，生离解，可在可在较大的范大的范围内自由移内自由移动，扩散到散到溶液中，同溶液中，同时，在溶液中的同，在溶液中的同类型离型离子也能从溶液中子也能从溶液中扩散到骨架的网格或散到骨架的网格或孔内。当孔内。当这两种离子两种离子浓度差度差较大大时，就就产生一种交生一种交换的推的推动力，使它力，使它们之之间产生交生交换作用，利用作用，利用这种种浓度差的度差的推推动力使力使树脂上的可交脂上的可交换离子离子发生可生可逆交逆交换反反应。l树脂按活性离子分脂按活性离子分类，如果活性离子是阳离，如果活性离子是阳离子（和阳离子子（和阳离子发生交生交换）就称）就称为阳离子交阳离子交换树脂；如果是阴离子，脂；如果是阴离子，则称称为阴离子交阴离子交换树脂。脂。头孢菌素C分子有两个羧基和一个氨基，由于氨基碱性较弱，不能用阳离子交换树脂处理，故选用弱碱性阴离子树脂进行脱色处理，选用弱碱性阴离子交换树脂时调pH呈弱碱性，使头孢菌素交换较少主要使色素吸附树脂上。用来头孢菌素C阴离子交换树脂有AmberliteIRA-68、Amberlite-4R等，吸附完毕后用醋酸钠溶液解析。十、纳滤与超滤或反渗透相比，纳滤过程对单价离子和分子量低于200的有机物截留较差，而对二价或多价离子及分子量介于200500之间的有机物有较高脱除率，基于这一特性，纳滤过程主要应用于水的软化、净化以及相对分子质量在百级的物质的分离、分级和浓缩（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程产物的分级和浓缩）、脱色和去异味等。经过脱色的CPC，在纳滤膜的作用下进一步浓缩、纯化十一、结晶十一、结晶结晶晶定定义：凡凡是是从从匀匀相相中中形形成成固固体体颗粒粒者者，统称称为结晶晶 结晶是制晶是制备纯品的有效方法，由于晶体外品的有效方法，由于晶体外观好，易于被消好，易于被消费者喜者喜爱，一般生，一般生产中常以中常以结晶作晶作为最后一步的精制操作。最后一步的精制操作。比如在食品配料和添加比如在食品配料和添加剂都是通都是通过结晶晶获得得的。如葡萄糖酸，蔗糖、谷氨酸的。如葡萄糖酸，蔗糖、谷氨酸钠等。等。结晶方法有很多种，如：晶方法有很多种，如：A.改改变温度温度结晶晶B.利用等利用等电点点结晶晶C.加成加成盐剂结晶晶D.加入不同加入不同溶溶剂结晶晶而：溶析而：溶析结晶是原料晶是原料药最后最后纯化的方法。比化的方法。比如如说对于于头孢类原料原料药。如：头孢菌素C分子是利用溶析结晶法进行最后精制。溶析结晶：就是将溶质溶解于水或其他有机溶剂中，然后向结晶体系中加入某种溶剂使溶质在原溶剂中的溶解度降低，从而溶质快速析出的结晶方法。加入的溶剂被称作溶析剂或沉淀剂。溶析剂可以是气体、液体和固体，通常选用的标准为：a、必须和原溶剂能互溶；b、不溶解或微溶解溶质；c、共存于结晶母液中的溶析剂和溶剂可以较好地分离。原理：头孢菌素C先溶于丙酮中，然后利用它可以与一些二价重金属离子如Zn2+、Cu2+、Fe2+等形成难溶性络盐沉淀的原理，与醋酸锌形成锌盐结晶出来，其结晶液再经洗涤、离心、真空干燥、最后包装成成品。十二、污水处理头孢菌素生产废水含难降解有机物和生物毒性物质，发酵残余母液营养物和悬浮浓度高、pH值波动大、温度较高、色度高且气味重、水质水量冲击负荷变化大。采用物化+厌氧+好氧工艺组合处理抗生素废水是主要的工艺技术路线。