活性炭及脫色膜替代樹脂法分離春雷霉素工藝研究

王衛富 潘忠成 馬文艷 翁婧 李蒲民

摘要：指出了采用活性炭和脫色膜法分離春雷霉素的方法，可以有效地對發酵液中春雷霉素進行分離，替代樹脂吸附分離法，極大地減少春雷霉素提取過程的污水量。通過對春雷霉素陶瓷清液進行活性炭預處理和脫色膜分離，確定了關鍵工藝過程的各項技術參數。結果表明：陶瓷清液使用0.3%～0.5%的活性炭預處理后，采用脫色膜進行分離，納濾濃縮液含量達到60～70 /L，蛋白去除率達到95%，透光率58%，質量指標合格，新工藝污水量樹脂法工藝降低30%～35%，生產穩定性更高。新工藝可以有效分離春雷霉素，解決了目前生產上的污水體積大和氨氮高、造成的污水處理難度大、成本高等問題。

關鍵詞：春雷霉素;脫色膜;納濾膜;活性炭

中圖分類號：Q946.887 文獻標識碼：A文章編號：1674-9944（2019）22-0182-04

1 引言

春雷霉素（kasugamycin）由春日鏈霉菌（Strepto-myces kasugaensis）所產生，屬氨基謄蒸類抗生素，作為一種綠色、低毒、低殘留的農用抗生素類殺菌劑[1]，不僅對水稻稻瘟病有特效，對多種作物病害都有較好的殺菌效果[2]，春雷霉素不但作為農用抗生素具有良好的市場前景，作為保健品的前體物[2]也受到較大關注，具有很高的市場和科研開發價值。

目前，春雷霉素的主要分離工藝是樹脂吸附分離法[3，4]，在樹脂分離過程產生大量的高濃度污水，生產環境和水污染嚴重，環保問題無法有效解決。本試驗利用傳統的活性炭和新型的膜分離方法[5]，設計出春雷霉素分離的新生產工藝，極大地降低污水的產生量，改善污水處理高氨氮等問題[6]，可以有效解決高污染導致的環保問題，同時降低成本，解決企業污水處理成本困境。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

本研究使用活性炭為活性炭為福建大林森活性炭，膜系列為江西久吾超濾膜、脫色膜、納濾膜，處理液為陜西麥可羅生物科技有限公司的春雷霉素發酵液。

2.2 試驗方法

（1）春雷霉素效價測定。高壓液相色譜測定[7]，依據藥典GB/T 34758-2017方法測定。

（2）相對蛋白含量測定。樣品用純水稀釋50倍，紫外分光光度計波長280nm測定吸收值。

（3）濾液透光率測定。樣品在可見光分光光度計，波長400nm測定透光率。

（4）污水COD測定。重鉻酸鉀測定法，按GB11914-89方法測定。

（5）污水氨氮測定。納氏試劑比色法，按GB7479-87方法測定。

3 試驗結果

3.1 預處理效果測定

陶瓷清液調pH值至2.0～5.0之間，加入活性炭0.1%～0.5%，常溫或升溫60-70℃，振蕩脫色1h，靜置30min后過濾。

3.1.1 活性炭用量對預處理效果影響

不同活性炭用量處理結果（圖1，圖2），活性炭用量在 0.5%時，雜質去除效果出現拐點，但是在大于0.5%時含量出現明顯下降趨勢。

結果表明：常溫條件下，活性炭用量0.5%左右時，對春雷霉素含量無明顯影響，同時除雜效果達到90%以上。

3.1.2 清液pH值對預處理效果影響

pH值對活性炭處理效果影響（表1），陶瓷清液含量無明顯影響，低pH值條件下，OD280明顯偏低，而波長400數據變化較小，可能和pH對吸收值的影響有較大關系。結果表明：在正常生產pH值為2.5～3.0條件下，處理pH值無需做過多調整。

3.1.3 處理溫度對預處理效果影響

溫度對活性炭的吸附速率有明顯影響（圖3，圖4）。

結果表明：溫度處理高條件下，各項數據明顯偏低，大于50℃時，料液顏色出現褐變反應，且影響含量降低。因此，實際生產控制溫度不超過50℃為宜。

3.1.4 不同條件下活性炭的預處理效果

不同加碳量、處理溫度和時間條件組合對活性炭預處理效果的影響（表2）。

結果表明：0.3%的活性炭在50℃振蕩2h處理效果，接近0.5%活性炭室溫處理效果，同時長時間處理無明顯作用?；钚蕴繉饪s液的處理效果明顯，但相對清液除雜效果相對較低。結果表明：0.3%～0.5%的性炭在50℃以內，處理時間2h左右，處理效果達到最佳，同時對濃縮液的二次處理仍有明顯效果。

3.2 脫色膜處理效果

3.2.1 膜截留效果及穩定性

選用10nm孔徑中空纖維素膜和10nm孔徑超濾膜管進行截留效果對比分析，測試過程中空纖維素膜膜壓控制在0.5～0.7MPa，超濾膜控制在0.35～0.4MPa（表3）。

結果表明：兩種不同材質10nm孔徑脫色膜管，中空纖維素膜CMN-10脫色處理效果較好，膜通量和堵塞情況也相對較好，與膜管實際過濾面積大有關。

3.2.2 膜再生效果測定

膜再生時，先用清水沖，然后用pH值為11左右堿溶液進行再生0.5h，測定膜通量，再用0.5%洗膜劑再生，測定膜通量，最后用清水沖洗完后，測定膜通量，再生過程中空纖維素膜膜壓控制在0.5 Mpa，超濾膜控制在0.3MPa（表4）。

結果表明：兩種膜的再生效率都較高，CMN～10連續使用后膜通量稍差，與兩種膜洗膜方式的差別，導致洗膜效果有一定差異有關。采用中空纖維素膜作為脫色膜在后續的實驗中，膜截留效果相對穩定，無需強喊再生，對生產污水質量控制有利。

3.2.3 脫色膜對不同物料的處理效果

選用CMN-10中空纖維素膜對不同物料進行截留分析（表5）。

結果表明：處理物料雜質越高，透過液相對脫色效果越好，但是陶瓷清液易導致堵膜，難以再生，實際生產中操作不便;濃縮液物料質量相對較好，但是體積較小，實際生產中需要加較多水，保證收率，造成物料稀釋，二次納濾，成本較高。因此，脫色物料使用活性炭預處理后清液，在收率、膜通量、膜再生容易以及工藝流暢等各方面符合生產要求。

3.3 納濾濃縮效果

選用車間納濾膜濃縮進行分析，取車間物料和試驗脫色膜后物料進行對比試驗（表6）。

結果表明：脫色膜物料進行納濾膜濃縮，濃縮后OD280指標和車間樣品接近，透光率高于車間。

3.4 工藝質量控制驗證

按設計工藝流程進行工藝連續驗證，活性炭預處理和脫色膜按以上試驗結果進行，最后出納濾濃縮液（見表7）。

結果表明：連續處理中間各項參數和分段試驗一致，最后濃縮液指標合格。

4 結論

（1）工藝流程：發酵液微濾膜分離菌體，按體積比0.3%～0.5%的活性炭，溫度35～50℃攪拌預處理2h，過濾后物料進入脫色膜進行處理，脫色物料進入納濾膜進行濃縮，濃縮汁效價60～70g/L，質量指標和生產濃縮液基本一致。

（2）該工藝和車間工藝比較，去除了離子交換柱的吸附分離和樹脂再生環節，減少了純水的使用量（污水量）30%～35%，同時沒有了氯化銨的投入，降低了污水中的總氨氮60%來源。

（3）該工藝可以有效分離春雷霉素，工藝流程簡單化，可以有效解決目前生產上的污水體積大和氨氮高，造成的污水處理難度大、成本高等問題，可以替代目前生產上的樹脂分離法工藝。

參考文獻：

[1]張海寬，周斌.春雷霉素、多抗霉素防治番茄灰霉病田間藥效試驗[J].農藥科學與管理，2010，05：31

[2]汪桂，吳蘊.春雷霉素的研究現狀及展望[J].生物加工過程，2016（4）：70～74.

[3]顏亨宸.春雷霉素生產工藝研究[J].中國抗生素雜志，1981（4）：266～270.

[4]任朝君，趙國忠.春雷霉素生產發酵工藝優化的研究[J].中小企業管理與科技，2015（17）：241～242.

[5]劉旭紅，翰新生.膜技術在色氨酸提取工藝的應用[J].發酵科技通訊，2010，39（1）：28～29.

[6]郭衛寰.抗真菌農用抗生素分離及發酵工藝優化的栩步研究[D].天津：天津大學，2007.

[7]吳國旭，畢富春，翟立紅.春雷霉毒高效液相色譜分析方法[J].中國農藥雜志，2010（12）：902～903.

收稿日期：2019-10-09

基金項目：陜西省科技項目（編號：2018ZKC-173）;陜西省科技廳項目（編號：2019-PT-15）;渭南市科技局項目（編號：ZDYF-SFGG-17-zsg）

作者簡介：王衛富（1982-），男，碩士，主要從事應用微生物及生物醫藥方面的工作。

通訊作者：潘忠成（1974-），男，博士，研究方向為應用微生物及生物醫藥。