大孔树脂回收申嗪霉素废液中的申嗪霉素

姚陈伟

(上海农乐生物制品股份有限公司，上海 201419)

大孔树脂回收申嗪霉素废液中的申嗪霉素

姚陈伟

(上海农乐生物制品股份有限公司，上海 201419)

大孔树脂是一类有较好吸附性能的有机高聚物吸附剂。通过静态吸附和洗脱试验发现D-1400树脂对申嗪霉素废液中的申嗪霉素吸附和解吸性能较优。最佳回收工艺条件为：废液中无机盐浓度为0.6 mol/L，废液吸附流速2 mL/min，吸附完毕后使用90%乙醇洗脱，得到的申嗪霉素洗脱液经浓缩干燥后，回收率达90%以上，申嗪霉素纯度达80%以上。

申嗪霉素；大孔树脂；吸附；洗脱；无机盐

大孔树脂(macroporous resin)又称全多孔树脂，由聚合单体和交联剂、致孔剂、分散剂等添加剂经聚合反应而形成的一种有机高聚物吸附剂，具有多孔立体结构，在干燥状态下其内部具有较高的孔隙率，比表面积大，吸附容量大，易再生处理，成本较低，选择性好，因而发展速度很快，应用面很广。随着吸附分离技术的快速发展和环境材料研究的逐步深入，吸附树脂用于工业废水的治理愈来愈受到重视。

申嗪霉素是我国自主开发的原创性农药，是由荧光假单胞菌株M18分泌的一种微生物源抗生素，其中主要有效成分为吩嗪-1-羧酸。申嗪霉素发酵母液经提取工艺提取目标产物申嗪霉素后，所剩残留液即为申嗪霉素废液。废液中仍然含有部分申嗪霉素和大量的无机盐，可生化性较差，属于有机工业废水。目前对于难降解的有机工业废水常采用反复萃取分离的方法进行处理，操作步骤繁琐，工艺复杂。本文研究了大孔树脂回收申嗪霉素废液中的申嗪霉素的工艺，同时研究了废液中无机盐NaCl的含量对吸附的影响，以期取代常规废液处理工艺，提高活性物质的回收率。

1 试验部分

1.1 主要原料和试剂

申嗪霉素废液，申嗪霉素标准品(上海农乐生物制品股份有限公司提供)，甲醇(AR)、无水乙醇(AR，国药集团化学试剂有限公司)、乙腈(AR)、双蒸水(本实验室自制)、硫酸(50%)、氢氧化钠，树脂：D-1400、BS-65、BS-45、ADS-17、ADS-21、S-8(上海开平树脂有限公司)。

1.2 仪器和设备

岛津高效液相色谱仪(LC-10AT)，旋转蒸发仪(RE-201，上海普渡生化科技有限公司)，电热型恒温干燥箱(DHG-9023A，上海合恒仪器设备有限公司)，电子天平(FA1004，上海精科天平厂)，超声波清洗器(KQ-100E，昆山市超声仪器有限公司)，隔膜真空泵(GM-0.15Ⅱ，天津市腾达过滤器件厂)，恒温振荡器(THZ-98A，上海一恒科学仪器有限公司)。

1.3 试验方法

1.3.1 申嗪霉素的检测

本文采用高效液相色谱法测定申嗪霉素的量。

色谱条件：ODS-C18柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)，检测波长248 nm，流动相(乙腈：水：冰醋酸=40︰60︰0.2，体积比)，流速：1 mL/min，柱温30 ℃，进样量：20 μL。

取发酵液0.2 mL于离心管中，加入9.8 mL无水乙醇充分摇匀，15 000 rpm转速下离心5 min，取上清液进样检测申嗪霉素的量。

1.3.2 树脂的预处理

室温下用95%乙醇浸泡树脂24 h，充分溶胀后用蒸馏水洗至流出液不浑浊，再用5%盐酸溶液浸泡12 h，用蒸馏水洗至中性，然后用5%氢氧化钠溶液浸泡12 h，再用蒸馏水洗至中性，最后在60 ℃左右烘干，保持干燥备用。

1.3.3 树脂静态吸附性能比较

选6种树脂D-1400、BS-65、BS-45、ADS-17、ADS-21、S-8分别测定它们的静态吸附量、吸附率，并进行筛选。对以上6种树脂进行预处理，然后分别称取5 g装入250 mL的三角瓶中，准确加入一定量的申嗪霉素废液，用保鲜膜封口，在(30±0.5) ℃的恒温振荡器上振荡24 h。充分吸附后过滤，测定过滤液中申嗪霉素的浓度。

吸附量Q(mg/g)=(C0-Ce)×V/W ⑴

吸附率E(%)=(C0-Ce)/C0×100% ⑵其中：C0—废液中申嗪霉素浓度，mg/mL；Ce—过滤液中申嗪霉素浓度，mg/mL；V—吸附液体积，mL；W—树脂重量，g。

1.4 不同无机盐浓度对吸附效果的影响

保持申嗪霉素废液中的申嗪霉素含量不变，调节NaCl浓度各不相同的系列溶液，准确称取0.1g经预处理的树脂于250 mL锥形瓶中，并加入100 mL上述申嗪霉素溶液，盖紧瓶塞。以150 rpm的转速在恒温摇床中振摇24 h，温度设定为30 ℃，使吸附达到平衡。测定吸附平衡时吸附质的平衡浓度Ce(mg/mL)，并根据式⑵求出吸附质在吸附剂中的吸附率E，根据试验结果进行分析探讨。

1.5 不同流速对吸附效果的影响

将处理好的树脂装入Φ2.0 cm×40.0 cm的玻璃层析柱中，树脂装柱高度约25 cm，取申嗪霉素废液500 mL上柱吸附，控制一定流速，收集流出液。分别取流速1、2、3、4、5 mL/min进行5组比较试验。分别考察5组试验中树脂对申嗪霉素的吸附量。

1.6 不同浓度洗脱剂对洗脱效果的影响

根据被吸附物质的性质及吸附环境选择适宜的洗脱液进行洗脱和解吸。树脂洗脱剂通常采用甲醇、乙醇、丙酮、水等，在工业化生产过程中，甲醇、丙酮的毒性较大，易挥发，污染环境，所以多选用乙醇作为洗脱剂。

取一定量树脂装柱，加入称量好的吸附原液进行吸附，吸附完全后，选用20%、40%、70%、95%的乙醇溶液和99.5%的无水乙醇各250 mL进行5组洗脱试验。收集洗脱液，测定洗脱液中申嗪霉素浓度，按下列等式计算申嗪霉素的回收率：

2 结果与讨论

2.1 6种树脂静态吸附性能

表1为不同极性树脂的静态吸附性能。比较表1树脂的静态吸附试验结果可知，6种树脂对申嗪霉素的吸附量各有差异，申嗪霉素在非极性树脂上的吸附量优于中极性和极性树脂；吸附率在非极性树脂上接近90%左右，明显好于中极性树脂的70%和极性树脂的60%左右；非极性树脂的收率比中极性树脂高出10%，与极性树脂相比更是高出20%左右；非极性树脂吸附申嗪霉素纯度比中极性高出5%，比极性树脂高出10%左右。而在非极性树脂中又以D1400吸附量、吸附率和收率最高，D1400平均孔径和比表面积大于BS-65，所以本文选用D-1400树脂进行吸附。

2.2 不同无机盐浓度对吸附效果的影响

在“树脂-申嗪霉素-NaCl-水”的吸附体系中，吸附量随着NaCl含量的提高而增大，说明溶液中无机盐的存在对树脂吸附申嗪霉素具有正效应。当盐浓度达到一定值时，吸附率也达到一定峰值，NaCl的浓度为0.6 mol/L时，申嗪霉素在D1400树脂上吸附率最高。再随着无机盐浓度增加，树脂的吸附率下降，这是由于Cl离子浓度影响pH，进而影响了树脂的吸附率。

表1 6种大孔吸附树脂的静态吸附数据与产物收率

图1 无机盐浓度对吸附率的影响

2.3 不同流速对吸附效果的影响

溶液流速影响吸附质向树脂表面的扩散，从而影响吸附效果，如果流速太快，申嗪霉素未扩散到树脂内表面，就流过交换柱，造成样品流失。如图2所示，吸附流速分别为1、2、3、4、5 mL/min时，对应吸附量依次为10.12、9.23、7.31、6.45、5.02 mg/g。试验结果表明，流速越快申嗪霉素的被吸附效果越差，但是过慢的速度则会增加吸附时间和人工成本，选择2 mL/min流速较为稳妥。

图2 不同流速对吸附量的影响

2.4 不同浓度洗脱剂对洗脱效果的影响

表2为不同浓度洗脱剂对回收率的影响，当乙醇浓度分别为20%、40%、70%、95%和99.5%时，树脂解吸率逐渐升高，申嗪霉素的回收率分别为68.13%、73.26%、81.32%、83.69%、83.78%，试验结果表明洗脱剂的浓度越高，回收率越高。70%乙醇、90%乙醇和99.5%乙醇解吸量比20%乙醇和40%乙醇高，90%乙醇和99.5%乙醇解吸率比40%乙醇和20%乙醇高出接近10%，申嗪霉素收率在90%乙醇和99.5%乙醇浓度下高出70%乙醇浓度10%左右，比40%乙醇浓度高出将近20%。洗脱剂浓度达到90%以上时，申嗪霉素基本上完全从树脂上洗脱下来，再增大洗脱剂浓度对回收率影响不大，无水乙醇在生产操作时危险性较高。在考虑安全和生产成本情况下，选用90%的乙醇作为洗脱剂。

表2 不同浓度洗脱剂的洗脱效果

浓缩洗脱液后，再经烘干干燥粉碎后得到粉状申嗪霉素，检测其纯度达80%以上。

3 结 论

本试验表明使用大孔树脂回收申嗪霉素废液中的申嗪霉素，能够减少常用工艺操作步骤，提高目标产物的回收率。用D-1400树脂对申嗪霉素废液进行吸附，吸附流速控制在2 mL/min，吸附完毕后使用90%乙醇进行洗脱，申嗪霉素回收率达90%以上，洗脱液经浓缩干燥后，申嗪霉素纯度达80%以上。

[1] SHAO J, FAN L Y, ZHANG W, et al. Purification of low-concentration phenazine-1-carboxylic acid from fermentation broth of Pseudomonas sp.M18 via free flow electrophoresis with gratis gravity[J]. Electrophoresis, 2010, 31(20): 3499－3507.

[2] LI Q, ZHAO X Q, ALAN K, et al. Ethanol-induced yeast flocculation directed by the promoter of TPS1 encoding trehalose-6-phosphate synthase:1.for efficient ethanol production [J]. Metab.Eng., 2012, 14(1): 1－8.

[3] CHEN W, WESTERHOFF P, LEENHEER J A, et al. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter[J]. Environmental science＆technology, 2003,37(24): 5701－5710.

[4] ZHANG W, WEI C, CHAI X, et al. The behaviors and fate of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)in a coking wastewater treatment plant[J]. Chemosphere, 2012, 88(2): 174－182.

[5] 沈丽娟. 高效、广谱、安全生物杀菌剂—申嗪霉素[J]. 世界农药, 2011, 33(3): 58.

[6] 王琨, 金志华, 林建平, 等. 大孔吸附树脂分离提取多杀霉素[J]. 离子交换与吸附, 2005, 21(5): 444－451.

[7] 徐小燕, 潘林梅. 影响大孔树脂吸附分离的因素及其在中药制备工艺中的应用[J]. 中国药房, 2007, 18(9): 719－720.

[8] 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): 636－644.

[9] 朱桂琴, 孙喜龙, 安国民. 大孔吸附树脂在有机废水处理中的应用和研究进展[J]. 河北北方学院院报, 2006, 22(6): 19－23.

[10] 李伯庭, 王湘, 李小进. 大孔吸附树脂在天然产物分离中的应用[J].中草药, 1990, 21(8): 42.

[11] 宋应华, 朱家文, 陈葵, 等.大孔树脂提纯红霉素的研究[J]. 中国抗生素杂志, 2007, 32(5): 284－286.

[12] 马希汉, 王冬梅, 苏印泉. 大孔吸附树脂对杜仲叶中绿原酸、总黄酮的分离研究[J]. 林产化学与工业, 2004, 24(3): 47－51.

The Recovery of Shenqinmycin from the Shenqinmycin Wastewater with Macroporous Resin

YAO Chenwei
(Shanghai Nongle Biological Products Co., Ltd., Shanghai 201419, China)

Macroporous resin is a kind of organic polymer has good adsorption properties of adsorbent. Through static adsorption and elution experiments, the results showed that D-1400 resin of shenqinmycin in liquor shenqinmycin adsorption and desorption performance is better; the optimum conditions were: the concentration of inorganic salt solution 0.6 mol/L, adsorption velocity 2 mL/min, after adsorption the use of 90% ethanol elution, shenqinmycin recovery rate reaches above 90%, the eluent was concentrated and dried Shenqinmycin reached a purity of more than 80%.

phenazine-1-carboxylic acid; macroporous resin; adsorption; elution; inorganic salt

10.16201/j.cnki.cn31-1827/tq.2017.01.07

TQ450.9

A

1009-6485(2017)01-0034-03

姚陈伟(1982—)，男，汉族，工程师，主要从事细菌、放线菌的培养和工业化生产工作。Tel: 021-37571353，E-mail: gxjcxp@126.com。

2016-12-26。