本发明属于抗生素提取技术领域,特别是涉及一种阿维菌素B1a的提取方法。
背景技术:
阿维菌素是由日本北里大学大村智等和美国Merck公司首先开发的一类具有杀虫、杀螨、杀线虫活性的十六元大环内酯化合物,由链霉菌中灰色链霉菌Streptomyces avermitilis发酵产生。阿维菌素具有农 、牧、医三用的特点,有很强的驱虫、杀虫活性,是世界上目前最有效的杀寄生虫剂、杀螨虫剂和杀昆虫剂。阿维菌素在自然条件下容易降解,对人畜安全,对天敌影响小,属于绿色生物农药。阿维菌素同时也是一种酯溶性抗生素,主要存在菌体细胞内,仅有少量分泌到细胞外。阿维菌素原料药为白色或浅黄色晶体粉末,熔点为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;在水中几乎不溶。
天然阿维菌素中含有8个组分,主要有4种即A1a、A2a、B1a和B2a,其总含量≥80%;对应的4个比例较小的同系物是A1b、A2b、B1b和B2b,其总含量≤20%。其中B1a为主要杀虫成分,故而阿维菌素含量是以B1a的含量来标定的。
现有技术中,对于阿维菌素的提取,主要是采取以下几种方法:
1、乙醇浸提-大孔树脂法,该方法是将阿维菌素发酵液经过滤、闪蒸干燥得到阿维菌素菌丝粉,用乙醇热回流浸提,浸提液经过大孔树脂(AmberliteXAD系列、DuoliteES系列)吸附后,经丙酮解吸、减压浓缩得到膏状物,再经多次乙醇(甲醇)结晶纯化,得到阿维菌素B1a含量较高的成品。
2、甲苯浸提-硅胶柱法,该方法是将阿维菌素发酵液过滤得到菌丝滤饼后,用甲苯萃取过滤,然后经减压浓缩得到膏状物,以硅胶柱为固定相,以V(石油醚):V(异丙醇)=7: 1的混合溶液为洗脱液,对阿维菌素粗品进行分离,洗脱液经减压浓缩得到膏状物,用乙酸乙酯结晶纯化得到阿维菌素B1a含量较高的成品。
3、丙酮浸提-乙酸乙酯提取法,将阿维菌素发酵液过滤得到菌丝滤饼后,加丙酮萃取,减压浓缩后,再依次经乙酸乙酯、含正己烷的乙醇溶液、含正己烷的乙酸乙醋结晶纯化,得到阿维菌素B1a含量较高的成品。
4、乙醇浸提-甲苯纯化法,阿维菌素发酵液经过滤、闪蒸干燥得到阿维菌素菌丝粉,用乙醇浸提,再加入甲苯除杂,减压浓缩,用乙醇进行多次结晶纯化,得到阿维菌素B1a含量较高的成品。
以上工艺存在主要问题包括:
(1)阿维菌素菌丝进行闪蒸干燥时,烘干温度过高易使菌丝体表面的蛋白质和脂类物变性,从而改变细胞的通透性,进而影响了阿维菌素的浸出率。
(2)用单一乙醇浸提,需反复多次浸提,造成乙醇消耗量大,生产成本较高。
(3)大孔树脂的选择性不强,它在阿维菌素Bl的纯化过程中对各个组分的分离作用很小。
(4)采用石油醚/异丙醇进行溶媒回收,较难分离,且溶媒损失大。
(5)为提高阿维菌素纯度,需多次纯化结晶,而且结晶时加热的温度高,时间长,影响阿维菌素产品质量和收率。
(6)石油醚、甲苯、正已烷等溶剂属易燃易爆溶媒,采用这类溶媒浸提,安全风险较大。
技术实现要素:
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷,提供一种有效提高阿维菌素收率及产品质量,且工艺简单,溶媒损耗少,易回收,安全性高,同时可降低环境污染的阿维菌素B1a的提取方法。
为实现上述目的所采取的技术方案为:
一种阿维菌素B1a的提取方法,其特征在于其工艺步骤为:首先将阿维菌素发酵液采用微滤膜过滤,得到富含阿维菌素的膜浆,然后将该膜浆用复合溶媒浸提,所得浸提液浓缩后再经氧化铝层析柱吸附、丁醇解析,收集B1段解析液,经脱色过滤、一次结晶,得到阿维菌素B1粗品,再经乙酸乙酯重结晶即可得到阿维菌素B1a含量较高成品;
所述复合溶媒组成为:溶剂煤油:乙醇=2.2~3.0:5.5~7.5,以体积计。
所述微滤膜孔径为0.1um~0.80 um。
所述微滤膜过滤是在一定压差作用下,通过错流筛分过滤方式,进行固液分离,膜运行过程中,将阿维菌素发酵液中菌丝进行流动剪切、破碎,将胞内产物阿维菌素释放出来。膜运行过程的透析水加量为进料体积1.5~3.0倍,根据跨膜压差压力不超过0.3MPa,对料液(包括发酵液和透析水)进行浓缩,控制浓缩倍数在5~7倍。
所述复合溶媒的用量为阿维菌素膜浆体积的5~7倍,浸提时间4~6h,浸提温度20~25℃。
所述浸提液浓缩是指将浸提液减压薄膜蒸发浓缩至油状液体。
所述氧化铝层析柱吸附、丁醇解析时,氮气加压0.05~0.08MPa,控制流速0.35~0.65BA/h。
所述脱色过滤是将解析液升温至50~55℃,然后加入其体积的0.5~0.7%活性碳,脱色20~30分钟,之后趁热过滤。
所述一次结晶过程为:在脱色过滤后的过滤液中加入去离子水,降温至18~22℃,结晶析出,继续搅拌3.0~3.5h,过滤,得到阿维菌素B1粗品;所述去离子水用量为丁醇脱色过滤液体积2.5~3.0倍。
所述乙酸乙酯重结晶是指将阿维菌素B1粗品,按照溶解液效价26000~28000u/ml,加入乙酸乙酯,升温至45~50℃,加入0.3~0.5%活性碳,脱色20~30分钟后,趁热过滤,过滤液加去离子水,加水量为乙酸乙酯溶解液体积的1.5~2.0倍,降温至18~22℃,结晶析出,搅拌3.5~4.0h,过滤,减压干燥,得到阿维菌素B1a含量较高成品。
本发明的技术优势体现在:
1 本发明采用微滤膜+复合溶媒浸提的方式进行阿维菌素提取,该方法首先通过膜过滤破壁效应,将菌丝胞内产物阿维菌素释放,利用阿维菌素难溶于水的特性,将其富集在膜浆中,以利于溶媒浸提,改变了菌丝进行闪蒸干燥再提取的传统工艺,提高了阿维菌素的浸出率,减少溶媒损耗,节约能源。
2本发明用复合溶媒浸提,提高溶媒浸提能力,减少浸提次数,提高浸提收率。
3本发明将浸提产物用氧化铝层析柱-丁醇解析工艺进行阿维菌素组分的分离,分离效果好,可有效提高阿维菌素质量。
4 本发明废水量少,减轻环保处理强度。
5 本发明采用的溶媒,危险性低,职业健康危害小。
通过本发明的方法可使阿维菌素B1a的含量达到88.0%以上,有利于产品质量提高。
具体实施方法
下面用实例予以说明本发明,应该理解的是,实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。本发明的范围与核心内容依据权利要求书加以确定。
下述实施例中的阿维菌素发酵液是依据以下工艺流程得到:
冷冻管斜面孢子种子液发酵液。
采用二级发酵模式生产阿维菌素,其生产菌种为活跃链霉菌,培养基中的碳源主要是淀粉和葡萄糖,氮源是豆饼粉、玉米浆、酵母膏,经240h的发酵培养,其效价一般在1500ug/ml左右。
准备阿维菌素发酵液500L,效价1360u/ml,进行以下实验。
下述实施例中,微孔滤膜孔径为0.1um~0.80 um。
实施例1
取阿维菌素发酵液100L(效价1360 u/ml,总亿1.36×108u),进微孔滤膜,透析水加量按1.5倍,浓缩倍数按5倍,收集浓缩液50L(效价2660 u/ml,总亿1.33×108u),收率97.79%。
将以上浓缩液,转移到浸提罐中,控制温度20℃,加入复合溶媒(溶剂煤油:乙醇=2.2:5.5)250L,浸提4hr后,收集浸提液,尾液用氮气压出,汇总浸提液,减压薄膜蒸发浓缩至油状液体,体积2.2L(效价59500 u/ml,总亿1.31×108u),收率98.49%。
将准备好的氧化铝层析柱,加入以上油状浓缩液,氮气加压0.05MPa,用丁醇作流动相,流速以0.35BV/h,解析阿维菌素浓缩液,收集阿维菌素B1段组份,减压浓缩体积5.5L(效价20600u/ml,总亿1.13×108u),收率86.26%。
将以上丁醇解析液转移到20L反应釜中,升温至50℃,加入0.5%(W/V)活性碳28g,脱色20分钟后,趁热过滤,加入14L去离子水,降温至18℃,结晶析出,搅拌3.0h,过滤,得到阿维菌素B1粗品,湿重1657g(水份29.8%,总亿0.933×108u),收率82.56%。
将以上阿维菌素B1粗品溶于3600ml乙酸乙酯(溶解液效价26100u/ml),升温45℃,加入0.3%(W/V)活性碳11g,脱色20分钟后,趁热过滤,过滤液加5400ml去离子水,降温至18℃,结晶析出,搅拌3.5h,过滤,减压干燥,得到阿维菌素B1成品, 重量1008g,收率91.65%,阿维菌素B1a含量88.9%。
实施例2
取阿维菌素发酵液100L(效价1360 u/ml,总亿1.36×108u),进微孔滤膜,透析水加量按2.0倍,浓缩倍数按5.5倍,收集浓缩液54.5L(效价2440 u/ml,总亿1.33×108u),收率97.82%。
将以上浓缩液,转移到浸提罐中,控制温度22℃,加入复合溶媒(溶剂煤油:乙醇=2.4:6.0)300L,浸提4.5hr后,收集浸提液,尾液用氮气压出,汇总浸提液,减压薄膜蒸发浓缩至油状液体,体积2.6L(效价50200 u/ml,总亿1.30×108u),收率97.74%。
将准备好的氧化铝层析柱,加入以上油状浓缩液,氮气加压0.06MPa,用丁醇作流动相,流速以0.40BV/h,解析阿维菌素浓缩液,收集阿维菌素B1段组份,减压浓缩体积6.3L(效价18100u/ml,总亿1.14×108u),收率87.69%。
将以上丁醇解析液转移到20L反应釜中,升温至52℃,加入0.55%(W/V)活性碳35g,脱色22分钟后,趁热过滤,加入16L去离子水,降温至19℃,结晶析出,搅拌3.1h,过滤,得到阿维菌素B1粗品,湿重1712g(水份31.5%,总亿0.952×108u),收率83.51%。
将以上阿维菌素B1粗品溶于3590ml乙酸乙酯(溶解液效价26590u/ml),升温47℃,加入0.4%(W/V)活性碳14g,脱色22分钟后,趁热过滤,过滤液加5750ml去离子水,降温至19℃,结晶析出,搅拌3.6h,过滤,减压干燥,得到阿维菌素B1成品, 重量1030g,收率91.96%,阿维菌素B1a含量89.4%。
实施例3
取阿维菌素发酵液100L(效价1360 u/ml,总亿1.36×108u),进微孔滤膜,透析水加量按2.5倍,浓缩倍数按6倍,收集浓缩液58L(效价2290 u/ml,总亿1.33×108u),收率98.10%。
将以上浓缩液,转移到浸提罐中,控制温度23℃,加入复合溶媒(溶剂煤油:乙醇=2.6:6.5)100L,浸提5hr后,收集浸提液,尾液用氮气压出,汇总浸提液,减压薄膜蒸发浓缩至油状液体,体积2.9L(效价45210 u/ml,总亿1.31×108u),收率98.49%。
将准备好的氧化铝层析柱,加入以上油状浓缩液,氮气加压0.07MPa,用丁醇作流动相,流速以0.50BV/h,解析阿维菌素浓缩液,收集阿维菌素B1段组份,减压浓缩体积5.7L(效价20200u/ml,总亿1.15×108u),收率87.78%。
将以上丁醇解析液转移到20L反应釜中,升温至53℃,加入0.6%(W/V)活性碳34g,脱色25分钟后,趁热过滤,加入15L去离子水,降温至20℃,结晶析出,搅拌3.3h,过滤,得到阿维菌素B1粗品,湿重1759g(水份32.2%,总亿0.954×108u),收率82.93%。
将以上阿维菌素B1粗品溶于3500ml乙酸乙酯(溶解液效价27250u/ml),升温48℃,加入0.5%(W/V)活性碳18g,脱色25分钟后,趁热过滤,过滤液加6300ml去离子水,降温至20℃,结晶析出,搅拌3.7h,过滤,减压干燥,得到阿维菌素B1成品, 重量1038g,收率92.51%,阿维菌素B1a含量90.9%。
实施例4
取阿维菌素发酵液100L(效价1360 u/ml,总亿1.36×108u),进微孔滤膜,透析水加量按3.0倍,浓缩倍数按6.5倍,收集浓缩液61.5L(效价2160u/ml,总亿1.33×108u),收率97.63%。
将以上浓缩液,转移到浸提罐中,控制温度24℃,加入复合溶媒(溶剂煤油:乙醇=2.8:7.0)400L,浸提5.5hr后,收集浸提液,尾液用氮气压出,汇总浸提液,减压薄膜蒸发浓缩至油状液体,体积3.6L(效价36100 u/ml,总亿1.30×108u),收率97.74%。
将准备好的氧化铝层析柱,加入以上油状浓缩液,氮气加压0.08MPa,用丁醇作流动相,流速以0.60BV/h,解析阿维菌素浓缩液,收集阿维菌素B1段组份,减压浓缩体积6.1L(效价18360u/ml,总亿1.12×108u),收率86.15%。
将以上丁醇解析液转移到20L反应釜中,升温至54℃,加入0.65%(W/V)活性碳40g,脱色27分钟后,趁热过滤,加入18L去离子水,降温至21℃,结晶析出,搅拌3.4h,过滤,得到阿维菌素B1粗品,湿重1605g(水份28.5%,总亿0.918×108u),收率81.96%。
将以上阿维菌素B1粗品溶于3340ml乙酸乙酯(溶解液效价27550u/ml),升温49℃,加入0.4%(W/V)活性碳16g,脱色27分钟后,趁热过滤,过滤液加6350ml去离子水,降温至21℃,结晶析出,搅拌3.9h,过滤,减压干燥,得到阿维菌素B1成品, 重量995g,收率92.13%,阿维菌素B1a含量89.7%。
实施例5
取阿维菌素发酵液100L(效价1360 u/ml,总亿1.36×108u),进微孔滤膜,透析水加量按2.5倍,浓缩倍数按7倍,收集浓缩液50L(效价2680 u/ml,总亿1.34×108u),收率98.53%。
将以上浓缩液,转移到浸提罐中,控制温度25℃,加入复合溶媒(溶剂煤油:乙醇=3.0:7.5)350L,浸提6hr后,收集浸提液,尾液用氮气压出,汇总浸提液,减压薄膜蒸发浓缩至油状液体,体积4.2L(效价31500u/ml,总亿1.32×108u),收率98.50%。
将准备好的氧化铝层析柱,加入以上油状浓缩液,氮气加压0.07MPa,用丁醇作流动相,流速以0.65BV/h,解析阿维菌素浓缩液,收集阿维菌素B1段组份,减压浓缩体积5.9L(效价19680u/ml,总亿1.16×108u),收率87.88%。
将以上丁醇解析液转移到20L反应釜中,升温至55℃,加入0.7%(W/V)活性碳41g,脱色30分钟后,趁热过滤,加入18L去离子水,降温至22℃,结晶析出,搅拌3.5h,过滤,得到阿维菌素B1粗品,湿重1749g(水份30.62%,总亿0.971×108u),收率83.68%。
将以上阿维菌素B1粗品溶于3460ml乙酸乙酯(溶解液效价27960u/ml),升温50℃,加入0.5%(W/V)活性碳17g,脱色30分钟后,趁热过滤,过滤液加6920ml去离子水,降温至22℃,结晶析出,搅拌4.0h,过滤,减压干燥,得到阿维菌素B1成品, 重量1055g,收率92.54%,阿维菌素B1a含量90.1%。