大孔树脂在抗生素提取与精制中的应用

李文飞，党彩丽，袁巧玲，刘军海

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中 723001）

大孔树脂在抗生素提取与精制中的应用

李文飞，党彩丽，袁巧玲，刘军海

（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中 723001）

介绍了大孔树脂的分离原理，综述了大孔树脂在抗生素提取与精制中的应用，着重探讨了当今研究热点、存在问题及其改进方向，并展望了其发展前景。

大孔树脂；抗生素；提取与精制；应用

Abstract：The separation principle of the macroporous resin is introduced，the application of macroporous resin for extraction and refinement of antibiotics are summarized，the research focus，existing issue and improving trend are discussed emphatically.And the prospects of macroporous resin are discussed.

Key words：macroporous resin；antibiotics；extraction and refinement；application

本文综述了大孔树脂分离原理及其在抗生素提取与精制中的应用，探讨了当今研究热点及改进方向，以期为大孔树脂在抗生素应用提供参考。

1 大孔树脂的分离机理及吸附剂选择原则

大孔树脂是具有三维空间立体孔结构，孔径与比表面积都比较大的高分子聚合物，能够借助分子间的引力，从溶液中吸附各种有效成分。

大孔树脂的吸附能力，不但与树脂的化学结构及物理性能有关，而且与溶质（吸附物）及溶液的性质有关。吸附剂根据类似物质容易吸附的原则来选择。一般非极性吸附剂适宜于从极性溶液中吸附非极性有机物质；高极性吸附剂反之。一般来说，大孔树脂的吸附能力随表面积的增大而增大；但表面积增大时平均孔径就相应减小，这样，被吸附物质的分子大小受到限制。对于像抗生素这样的分子来说，一般使用表面积相对较小的吸附剂，以使抗生素分子能很快地通过大孔道扩散到内表面，一般认为孔径等于溶质分子直径的6倍时，吸附效果最好［1］。解吸是吸附的逆过程，通过改变洗脱液组成浓度或温度改变树脂对有效成分的吸附力，从而分离有效成分及回收溶剂使之循环使用。

2 大孔树脂在抗生素提取与精制中的应用

常见抗生素分为β－内酰胺类、氨基糖甙类、大环内酯类、井冈霉素、氯霉素类等。近年来大孔树脂在抗生素工业中的应用得到快速发展。采用大孔树脂提取抗生素，一般经发酵液过滤、树脂柱吸附、解吸、洗涤、反萃取、脱色、结晶、干燥等步骤。

2.1 用于β-内酰胺类抗生素的提取与精制

β－内酰胺环是一种种类很广的抗生素，其中包括青霉素及其衍生物、头孢菌素、单酰胺环类、碳青霉烯等，是目前研究与应用最多的一类抗生素。

青霉素钠生产工艺多采用丁醇共沸脱水、结晶而得。滤出晶体后的母液中仍含有不同量的青霉素钠，回收丁醇时，青霉素易被破坏，产生固体残渣，易堵塞回收器。采用大孔树脂则不存上述问题。据报道［2］，使用大孔吸附树脂从青霉素结晶母液中回收青霉素，青霉素钾盐的平均总收率62%，纯度在95%以上。青霉素的脱附能力随所使用的树脂种类的不同而变化，提高树脂中二乙烯基苯（DVB）含量，青霉素的吸附能力下降。因此，通过改变DVB含量，控制青霉素的吸、脱附能力，从结晶母液中回收青霉素，如能在生产上得到应用，青霉素分离提取的总收率将得到进一步提高，其经济效益十分可观。但由于操作周期较长，造成青霉素部分损失，所以要加大研究力度，进一步简化工艺或者开发新工艺，以减少生产过程的操作时间。

树脂类型的不同对β－内酰胺类抗生素提取有着不同的影响。据康辉［1］报道，用苯乙烯系XAD－1600型号树脂提取，解吸液头孢菌素C收率较高，平均达到91%以上；苯乙烯系XAD－1600树脂与苯乙烯系XAD－16树脂相比，在相同条件下，得到的解吸液质量色谱纯度可提高2%，收率可以提高近4%。可见，XAD－1600树脂提纯分离效果更为明显；尤其适于头孢菌素C分离，对提高产品收率与质量都有非常明显的优势。

大孔树脂用于β－内酰胺类提取与精制的优势明显，能获得较好的分离效果，具有诱人的发展前景。目前有关这方面的研究以精制工艺优化为主，对吸附后树脂再生工艺的研究涉及不多。而大孔树脂再生对生产有着重要的影响，现有生产过程中再生时间长，操作复杂，步骤较多，树脂易结块等问题应引起人们的注意。

2.2 用于氨基糖甙类抗生素的提取与精制

近年来发展起来的大孔离子交换树脂，不仅具有吸附容量大、吸附迅速、解吸容易、再生处理方便等特点，而且具有离子交换选择性好的特点，在卡那霉素、链霉素、庆大霉素等氨基糖甙类的提取分离中得到了广泛的应用。

文献［3］报道了大孔弱酸性树脂对卡那霉素的吸附行为，表明大孔弱酸性树脂对卡那霉素的交换容量比普通的732凝胶树脂高22%；硫酸小诺霉素系氨基糖甙类抗生素，是通过生物发酵提取分离而制得。小诺霉素生物发酵提取混合液中含有C1a与C2b两种组分，其中，C1a为小诺霉素。C2b的纯度直接影响硫酸小诺霉素的成品质量。郭慧玲［4］研究确定了硫酸小诺霉素最佳工艺参数：C1a洗脱溶剂乙醇的浓度为6%，小诺霉素提取混合液的上样量为0.03（10亿/L），C1a洗脱速度为1 L/min。大孔树脂的预处理及pH值对其吸附性能有重要影响。如用YPR－2型号大孔吸附树脂吸附小诺霉素，pH值为7时吸附能力很差，pH值为10～12时较弱，在pH值为14时吸附力最强。

2.3 用于大环内酯类抗生素的提取与精制

大孔树脂分离大环内酯类抗生素的作用原理主要是离子交换作用，改善大环内酯类抗生素在树脂大孔结构中的扩散障碍，可以大大提高大环内酯类抗生素的收率和选择性，与传统的溶媒萃取法相比，大孔树脂法摒弃了大量溶媒，避开了高速离心机，因而生产成本大大降低，安全性也得到提高。

白霉素是一种具有16元环多组分的弱碱性大环内酯类抗生素。顾觉奋［5］报道了国产CAD245型非极性树脂作吸附剂分离纯化白霉素的优化工艺：吸附剂pH值8.5，流速1/6 min－1，解吸先用1%氨水洗柱1∶1（体积比），流速1/15 min－1，采用丙酮解吸收率可达96%，成品效价1 346 kU/g。此工艺方法简便，解吸收率高，而且洗脱液耗量少，仅为树脂柱床体积的3倍量，很具工业推广价值。

红霉素为弱极性、弱碱性物质，可用非极性或弱极性的大孔树脂提取。在红霉素生产中，一般先利用大孔树脂吸附法制成红霉素硫氰酸盐或其乳酸盐等中间体复盐，再进一步转化成红霉素碱、红霉素肟或其他红霉素类产品。如宋应华［6］用大孔吸附树脂从红霉素发酵滤液中提取、分离红霉素，筛选到的HZ816型吸附树脂对红霉素的静态吸附容量可达722 00 kU/g。与红霉素C相比，红霉素A在吸附过程中存在着竞争优势。可见，具有较大比表面积的弱极性大孔树脂对红霉素具有优异的吸附性能，但大孔树脂吸附红霉素的效果受发酵液流速与浓度影响显著。另外，红霉素的稳定性易受pH值的影响，在实际生产中，要兼顾分离材料本身结构特征，选择适宜pH值，并严格控制红霉素C的含量，提高红霉素产品的安全性。

采用新型分子模版技术改性大孔树脂，用于抗生素提取具有良好的效果。如鲁力等［7］报道的新型改性LX－18型大孔树脂对红霉素的吸附量达到1.3×108U/L，对发酵液中色素的选择分离率在95%以上。同传统的醋酸丁酯萃取工艺比较，具有工艺简便、分离成本较低和废水污染较轻的特点。

目前大环内酯类抗生素提取国内多采用溶剂萃取法，缺点是收率低，成本高，易污染环境，有逐渐被淘汰趋势。大孔树脂提取相对分子质量较大的大环内酯类，具有吸附速度快、机械强度高和抗有机污染强等优势，缺点是树脂的再生需碱水浸泡和水洗等工序，能耗较大，仍需进行深入的研究。

2.4 用于井冈霉素的提取与精制

井冈霉素分子是由吸水链霉菌井冈变种产生的水溶性抗生素——葡萄糖甙类化合物，具有很强吸湿性，在pH值为4～5的水溶液中比较稳定，能被多种微生物分解失活，一般加工为水剂、水溶性粉剂或粉剂，低毒杀菌剂。

采用大孔树脂提取井冈霉素，具有交换容量大、回收率高、成本低、设备简单和操作方便等优点。杨志钧［3］研究表明，强酸性阳离子交换树脂比弱酸性树脂交换容量大，而大孔强酸性树脂比凝胶强酸性树脂交换容量大；其中大孔强酸性树脂HD－8通过工艺优化，每升树脂对井冈霉素吸附能力为15.34 g/h。用氨水与乙醇混合溶液洗脱，井冈霉素洗脱率可达98.8%，远比单独采用氨水或乙醇洗脱率高。这是由于井冈霉素分子结构中只有一个亚氨基，带一价正电荷，且电荷强度极弱，所以与弱酸性树脂结合力很弱，其交换容量较强酸性树脂低得多。

大孔强酸性树脂比凝胶强酸性树脂吸附量大，主要是因为大孔离子交换树脂不仅具有离子交换的功能，而且可以通过范德华力吸附部分井冈霉素。井冈霉素为极性的弱碱性抗生素，而大孔强酸性树脂是碱性水溶性抗生素理想的提炼工艺，该工艺具有很大的发展潜力。

2.5 用于其他

大孔树脂用于处理氯霉素生产中碱解废水，不仅使回收物得到循环利用，而且减少了污染，具有良好的经济效益。如翟志才［8］研究表明，NG－100超高交联吸附树脂对氯霉素生产中产生的碱解废水中的DL－氨基物具有较好的吸附性能，处理后可使水中的CODCr由720 mg/L降至89.3 mg/L，CODCr去除率高于98%；水中的DL－氨基物几乎除尽。

大孔树脂处理高浓度有机废水具有吸附效果好、脱附再生容易、性能稳定、适用范围宽、实用性好等特点，该法可用于处理抗生素生产中的含酚、苯胺、有机酸、硝基物、染料中间体等废水，可有效去除水中的污染物，并通过脱附回收实现废物的资源化。

3 展望

大孔树脂种类型号繁多，根据不同的抗生素性质选择合适的大孔树脂及其分离与精制工艺的优化是目前的研究热点；但对于树脂再生方面的研究目前尚不是很多，有待进行深入研究。另外，一些技术问题也应引起研究人员的注意，如树脂型号的选择，树脂自身的规格标准与质量要求有时对抗生素液的纯化效果和安全性起着决定性作用等。面对这些问题，一方面可通过改变几何形状以增大吸附剂比表面积，使吸附量增大，加快吸附速度；另一方面，可利用化学改性引进活性功能基，强化吸附选择性。比如一些吸附树脂可以在苯环上分别接上磺酸基和季胺基交换基团，主要是为了增强树脂的亲水性能，大大提高对抗生素的吸附性与选择性［9］。此外，改变大孔树脂的应用形状，能以多种形式使用（如纱线、织物、纤维束、膜等），满足不同的使用要求。相信随着改性树脂的发展及其提取抗生素工艺的日益成熟，大孔树脂必将越来越多用于抗生素的生产。

［1］康 辉，于洁茹，马文婵.XAD－1600树脂在头孢菌素C提取过程中的应用［J］.河北化工，2008，31，（4）：38－40.

［2］谭显东，张成刚，常志东.青霉素萃取分离技术研究进展［J］.中国抗生素杂志，2005，30（6）：380－384.

［3］杨志钧，殷 瑜，洪文荣.大孔阳离子交换树脂对井冈霉素的吸附研究［J］.离子交换与吸附，2005，21（6）：551－556.

［4］郭慧玲，胡志方.大孔树脂精制硫酸小诺霉素的工艺研究［J］.江西医药，2003，38（6）：455－456.

［5］顾觉奋，李睿岩.大孔网状树脂吸附法分离纯化柱晶白霉素的研究［J］.中国抗生素杂志，2002，27（10）：587－588.

［6］宋应华，朱家文，陈 葵.大孔树脂提纯红霉素的研究［J］.中国抗生素杂志，2007，32（5）：24－286.

［7］鲁 力，王亚宁，熊春华.用新型分子模版吸附树脂从发酵液中分离红霉素的研究［J］.四川农业大学学报，2007，25（3）：328－331.

［8］翟志才，陈金龙，张全兴.树脂吸附法处理氯霉素中间体DL－氨基物合成废水［J］.环境污染治理技术与设备，2004，5（07）：47－51.

［9］浦 宇，王芝祥.吸附树脂及其在天然产物和抗生素中的应用［J］.中国医药工业杂志，2003，34（12）：636－641.

Application of Macroporous Resin for Extraction and Refinement of Antibiotics

LI Wen－fei，DANG Cai－li，YUAN Qiao－ling，LIU Jun－hai
（SchoolofChemical&EnvironmentalSciences，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong 723001，China）

TQ424.3

A

1003－3467（2010）21－0025－03

2010－09－15

李文飞（1986－），男，主要从事化学工程与工艺研究工作，电话：15029889487。