本發明屬于抗生素提取技術領域,特別是涉及一種阿維菌素B1a的提取方法。
背景技術:
阿維菌素是由日本北里大學大村智等和美國Merck公司首先開發的一類具有殺蟲、殺螨、殺線蟲活性的十六元大環內酯化合物,由鏈霉菌中灰色鏈霉菌Streptomyces avermitilis發酵產生。阿維菌素具有農 、牧、醫三用的特點,有很強的驅蟲、殺蟲活性,是世界上目前最有效的殺寄生蟲劑、殺螨蟲劑和殺昆蟲劑。阿維菌素在自然條件下容易降解,對人畜安全,對天敵影響小,屬于綠色生物農藥。阿維菌素同時也是一種酯溶性抗生素,主要存在菌體細胞內,僅有少量分泌到細胞外。阿維菌素原料藥為白色或淺黃色晶體粉末,熔點為157-162℃。在丙酮、乙酸乙酯、氯仿中易溶;在乙醇、甲醇中略溶;在石油醚、正己烷中微溶;在水中幾乎不溶。
天然阿維菌素中含有8個組分,主要有4種即A1a、A2a、B1a和B2a,其總含量≥80%;對應的4個比例較小的同系物是A1b、A2b、B1b和B2b,其總含量≤20%。其中B1a為主要殺蟲成分,故而阿維菌素含量是以B1a的含量來標定的。
現有技術中,對于阿維菌素的提取,主要是采取以下幾種方法:
1、乙醇浸提-大孔樹脂法,該方法是將阿維菌素發酵液經過濾、閃蒸干燥得到阿維菌素菌絲粉,用乙醇熱回流浸提,浸提液經過大孔樹脂(AmberliteXAD系列、DuoliteES系列)吸附后,經丙酮解吸、減壓濃縮得到膏狀物,再經多次乙醇(甲醇)結晶純化,得到阿維菌素B1a含量較高的成品。
2、甲苯浸提-硅膠柱法,該方法是將阿維菌素發酵液過濾得到菌絲濾餅后,用甲苯萃取過濾,然后經減壓濃縮得到膏狀物,以硅膠柱為固定相,以V(石油醚):V(異丙醇)=7: 1的混合溶液為洗脫液,對阿維菌素粗品進行分離,洗脫液經減壓濃縮得到膏狀物,用乙酸乙酯結晶純化得到阿維菌素B1a含量較高的成品。
3、丙酮浸提-乙酸乙酯提取法,將阿維菌素發酵液過濾得到菌絲濾餅后,加丙酮萃取,減壓濃縮后,再依次經乙酸乙酯、含正己烷的乙醇溶液、含正己烷的乙酸乙醋結晶純化,得到阿維菌素B1a含量較高的成品。
4、乙醇浸提-甲苯純化法,阿維菌素發酵液經過濾、閃蒸干燥得到阿維菌素菌絲粉,用乙醇浸提,再加入甲苯除雜,減壓濃縮,用乙醇進行多次結晶純化,得到阿維菌素B1a含量較高的成品。
以上工藝存在主要問題包括:
(1)阿維菌素菌絲進行閃蒸干燥時,烘干溫度過高易使菌絲體表面的蛋白質和脂類物變性,從而改變細胞的通透性,進而影響了阿維菌素的浸出率。
(2)用單一乙醇浸提,需反復多次浸提,造成乙醇消耗量大,生產成本較高。
(3)大孔樹脂的選擇性不強,它在阿維菌素Bl的純化過程中對各個組分的分離作用很小。
(4)采用石油醚/異丙醇進行溶媒回收,較難分離,且溶媒損失大。
(5)為提高阿維菌素純度,需多次純化結晶,而且結晶時加熱的溫度高,時間長,影響阿維菌素產品質量和收率。
(6)石油醚、甲苯、正已烷等溶劑屬易燃易爆溶媒,采用這類溶媒浸提,安全風險較大。
技術實現要素:
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺陷,提供一種有效提高阿維菌素收率及產品質量,且工藝簡單,溶媒損耗少,易回收,安全性高,同時可降低環境污染的阿維菌素B1a的提取方法。
為實現上述目的所采取的技術方案為:
一種阿維菌素B1a的提取方法,其特征在于其工藝步驟為:首先將阿維菌素發酵液采用微濾膜過濾,得到富含阿維菌素的膜漿,然后將該膜漿用復合溶媒浸提,所得浸提液濃縮后再經氧化鋁層析柱吸附、丁醇解析,收集B1段解析液,經脫色過濾、一次結晶,得到阿維菌素B1粗品,再經乙酸乙酯重結晶即可得到阿維菌素B1a含量較高成品;
所述復合溶媒組成為:溶劑煤油:乙醇=2.2~3.0:5.5~7.5,以體積計。
所述微濾膜孔徑為0.1um~0.80 um。
所述微濾膜過濾是在一定壓差作用下,通過錯流篩分過濾方式,進行固液分離,膜運行過程中,將阿維菌素發酵液中菌絲進行流動剪切、破碎,將胞內產物阿維菌素釋放出來。膜運行過程的透析水加量為進料體積1.5~3.0倍,根據跨膜壓差壓力不超過0.3MPa,對料液(包括發酵液和透析水)進行濃縮,控制濃縮倍數在5~7倍。
所述復合溶媒的用量為阿維菌素膜漿體積的5~7倍,浸提時間4~6h,浸提溫度20~25℃。
所述浸提液濃縮是指將浸提液減壓薄膜蒸發濃縮至油狀液體。
所述氧化鋁層析柱吸附、丁醇解析時,氮氣加壓0.05~0.08MPa,控制流速0.35~0.65BA/h。
所述脫色過濾是將解析液升溫至50~55℃,然后加入其體積的0.5~0.7%活性碳,脫色20~30分鐘,之后趁熱過濾。
所述一次結晶過程為:在脫色過濾后的過濾液中加入去離子水,降溫至18~22℃,結晶析出,繼續攪拌3.0~3.5h,過濾,得到阿維菌素B1粗品;所述去離子水用量為丁醇脫色過濾液體積2.5~3.0倍。
所述乙酸乙酯重結晶是指將阿維菌素B1粗品,按照溶解液效價26000~28000u/ml,加入乙酸乙酯,升溫至45~50℃,加入0.3~0.5%活性碳,脫色20~30分鐘后,趁熱過濾,過濾液加去離子水,加水量為乙酸乙酯溶解液體積的1.5~2.0倍,降溫至18~22℃,結晶析出,攪拌3.5~4.0h,過濾,減壓干燥,得到阿維菌素B1a含量較高成品。
本發明的技術優勢體現在:
1 本發明采用微濾膜+復合溶媒浸提的方式進行阿維菌素提取,該方法首先通過膜過濾破壁效應,將菌絲胞內產物阿維菌素釋放,利用阿維菌素難溶于水的特性,將其富集在膜漿中,以利于溶媒浸提,改變了菌絲進行閃蒸干燥再提取的傳統工藝,提高了阿維菌素的浸出率,減少溶媒損耗,節約能源。
2本發明用復合溶媒浸提,提高溶媒浸提能力,減少浸提次數,提高浸提收率。
3本發明將浸提產物用氧化鋁層析柱-丁醇解析工藝進行阿維菌素組分的分離,分離效果好,可有效提高阿維菌素質量。
4 本發明廢水量少,減輕環保處理強度。
5 本發明采用的溶媒,危險性低,職業健康危害小。
通過本發明的方法可使阿維菌素B1a的含量達到88.0%以上,有利于產品質量提高。
具體實施方法
下面用實例予以說明本發明,應該理解的是,實例是用于說明本發明而不是對本發明的限制。本發明的范圍與核心內容依據權利要求書加以確定。
下述實施例中的阿維菌素發酵液是依據以下工藝流程得到:
冷凍管斜面孢子種子液發酵液。
采用二級發酵模式生產阿維菌素,其生產菌種為活躍鏈霉菌,培養基中的碳源主要是淀粉和葡萄糖,氮源是豆餅粉、玉米漿、酵母膏,經240h的發酵培養,其效價一般在1500ug/ml左右。
準備阿維菌素發酵液500L,效價1360u/ml,進行以下實驗。
下述實施例中,微孔濾膜孔徑為0.1um~0.80 um。
實施例1
取阿維菌素發酵液100L(效價1360 u/ml,總億1.36×108u),進微孔濾膜,透析水加量按1.5倍,濃縮倍數按5倍,收集濃縮液50L(效價2660 u/ml,總億1.33×108u),收率97.79%。
將以上濃縮液,轉移到浸提罐中,控制溫度20℃,加入復合溶媒(溶劑煤油:乙醇=2.2:5.5)250L,浸提4hr后,收集浸提液,尾液用氮氣壓出,匯總浸提液,減壓薄膜蒸發濃縮至油狀液體,體積2.2L(效價59500 u/ml,總億1.31×108u),收率98.49%。
將準備好的氧化鋁層析柱,加入以上油狀濃縮液,氮氣加壓0.05MPa,用丁醇作流動相,流速以0.35BV/h,解析阿維菌素濃縮液,收集阿維菌素B1段組份,減壓濃縮體積5.5L(效價20600u/ml,總億1.13×108u),收率86.26%。
將以上丁醇解析液轉移到20L反應釜中,升溫至50℃,加入0.5%(W/V)活性碳28g,脫色20分鐘后,趁熱過濾,加入14L去離子水,降溫至18℃,結晶析出,攪拌3.0h,過濾,得到阿維菌素B1粗品,濕重1657g(水份29.8%,總億0.933×108u),收率82.56%。
將以上阿維菌素B1粗品溶于3600ml乙酸乙酯(溶解液效價26100u/ml),升溫45℃,加入0.3%(W/V)活性碳11g,脫色20分鐘后,趁熱過濾,過濾液加5400ml去離子水,降溫至18℃,結晶析出,攪拌3.5h,過濾,減壓干燥,得到阿維菌素B1成品, 重量1008g,收率91.65%,阿維菌素B1a含量88.9%。
實施例2
取阿維菌素發酵液100L(效價1360 u/ml,總億1.36×108u),進微孔濾膜,透析水加量按2.0倍,濃縮倍數按5.5倍,收集濃縮液54.5L(效價2440 u/ml,總億1.33×108u),收率97.82%。
將以上濃縮液,轉移到浸提罐中,控制溫度22℃,加入復合溶媒(溶劑煤油:乙醇=2.4:6.0)300L,浸提4.5hr后,收集浸提液,尾液用氮氣壓出,匯總浸提液,減壓薄膜蒸發濃縮至油狀液體,體積2.6L(效價50200 u/ml,總億1.30×108u),收率97.74%。
將準備好的氧化鋁層析柱,加入以上油狀濃縮液,氮氣加壓0.06MPa,用丁醇作流動相,流速以0.40BV/h,解析阿維菌素濃縮液,收集阿維菌素B1段組份,減壓濃縮體積6.3L(效價18100u/ml,總億1.14×108u),收率87.69%。
將以上丁醇解析液轉移到20L反應釜中,升溫至52℃,加入0.55%(W/V)活性碳35g,脫色22分鐘后,趁熱過濾,加入16L去離子水,降溫至19℃,結晶析出,攪拌3.1h,過濾,得到阿維菌素B1粗品,濕重1712g(水份31.5%,總億0.952×108u),收率83.51%。
將以上阿維菌素B1粗品溶于3590ml乙酸乙酯(溶解液效價26590u/ml),升溫47℃,加入0.4%(W/V)活性碳14g,脫色22分鐘后,趁熱過濾,過濾液加5750ml去離子水,降溫至19℃,結晶析出,攪拌3.6h,過濾,減壓干燥,得到阿維菌素B1成品, 重量1030g,收率91.96%,阿維菌素B1a含量89.4%。
實施例3
取阿維菌素發酵液100L(效價1360 u/ml,總億1.36×108u),進微孔濾膜,透析水加量按2.5倍,濃縮倍數按6倍,收集濃縮液58L(效價2290 u/ml,總億1.33×108u),收率98.10%。
將以上濃縮液,轉移到浸提罐中,控制溫度23℃,加入復合溶媒(溶劑煤油:乙醇=2.6:6.5)100L,浸提5hr后,收集浸提液,尾液用氮氣壓出,匯總浸提液,減壓薄膜蒸發濃縮至油狀液體,體積2.9L(效價45210 u/ml,總億1.31×108u),收率98.49%。
將準備好的氧化鋁層析柱,加入以上油狀濃縮液,氮氣加壓0.07MPa,用丁醇作流動相,流速以0.50BV/h,解析阿維菌素濃縮液,收集阿維菌素B1段組份,減壓濃縮體積5.7L(效價20200u/ml,總億1.15×108u),收率87.78%。
將以上丁醇解析液轉移到20L反應釜中,升溫至53℃,加入0.6%(W/V)活性碳34g,脫色25分鐘后,趁熱過濾,加入15L去離子水,降溫至20℃,結晶析出,攪拌3.3h,過濾,得到阿維菌素B1粗品,濕重1759g(水份32.2%,總億0.954×108u),收率82.93%。
將以上阿維菌素B1粗品溶于3500ml乙酸乙酯(溶解液效價27250u/ml),升溫48℃,加入0.5%(W/V)活性碳18g,脫色25分鐘后,趁熱過濾,過濾液加6300ml去離子水,降溫至20℃,結晶析出,攪拌3.7h,過濾,減壓干燥,得到阿維菌素B1成品, 重量1038g,收率92.51%,阿維菌素B1a含量90.9%。
實施例4
取阿維菌素發酵液100L(效價1360 u/ml,總億1.36×108u),進微孔濾膜,透析水加量按3.0倍,濃縮倍數按6.5倍,收集濃縮液61.5L(效價2160u/ml,總億1.33×108u),收率97.63%。
將以上濃縮液,轉移到浸提罐中,控制溫度24℃,加入復合溶媒(溶劑煤油:乙醇=2.8:7.0)400L,浸提5.5hr后,收集浸提液,尾液用氮氣壓出,匯總浸提液,減壓薄膜蒸發濃縮至油狀液體,體積3.6L(效價36100 u/ml,總億1.30×108u),收率97.74%。
將準備好的氧化鋁層析柱,加入以上油狀濃縮液,氮氣加壓0.08MPa,用丁醇作流動相,流速以0.60BV/h,解析阿維菌素濃縮液,收集阿維菌素B1段組份,減壓濃縮體積6.1L(效價18360u/ml,總億1.12×108u),收率86.15%。
將以上丁醇解析液轉移到20L反應釜中,升溫至54℃,加入0.65%(W/V)活性碳40g,脫色27分鐘后,趁熱過濾,加入18L去離子水,降溫至21℃,結晶析出,攪拌3.4h,過濾,得到阿維菌素B1粗品,濕重1605g(水份28.5%,總億0.918×108u),收率81.96%。
將以上阿維菌素B1粗品溶于3340ml乙酸乙酯(溶解液效價27550u/ml),升溫49℃,加入0.4%(W/V)活性碳16g,脫色27分鐘后,趁熱過濾,過濾液加6350ml去離子水,降溫至21℃,結晶析出,攪拌3.9h,過濾,減壓干燥,得到阿維菌素B1成品, 重量995g,收率92.13%,阿維菌素B1a含量89.7%。
實施例5
取阿維菌素發酵液100L(效價1360 u/ml,總億1.36×108u),進微孔濾膜,透析水加量按2.5倍,濃縮倍數按7倍,收集濃縮液50L(效價2680 u/ml,總億1.34×108u),收率98.53%。
將以上濃縮液,轉移到浸提罐中,控制溫度25℃,加入復合溶媒(溶劑煤油:乙醇=3.0:7.5)350L,浸提6hr后,收集浸提液,尾液用氮氣壓出,匯總浸提液,減壓薄膜蒸發濃縮至油狀液體,體積4.2L(效價31500u/ml,總億1.32×108u),收率98.50%。
將準備好的氧化鋁層析柱,加入以上油狀濃縮液,氮氣加壓0.07MPa,用丁醇作流動相,流速以0.65BV/h,解析阿維菌素濃縮液,收集阿維菌素B1段組份,減壓濃縮體積5.9L(效價19680u/ml,總億1.16×108u),收率87.88%。
將以上丁醇解析液轉移到20L反應釜中,升溫至55℃,加入0.7%(W/V)活性碳41g,脫色30分鐘后,趁熱過濾,加入18L去離子水,降溫至22℃,結晶析出,攪拌3.5h,過濾,得到阿維菌素B1粗品,濕重1749g(水份30.62%,總億0.971×108u),收率83.68%。
將以上阿維菌素B1粗品溶于3460ml乙酸乙酯(溶解液效價27960u/ml),升溫50℃,加入0.5%(W/V)活性碳17g,脫色30分鐘后,趁熱過濾,過濾液加6920ml去離子水,降溫至22℃,結晶析出,攪拌4.0h,過濾,減壓干燥,得到阿維菌素B1成品, 重量1055g,收率92.54%,阿維菌素B1a含量90.1%。