超滤法提纯头孢菌素C的应用研究
李春艳。，方富林。+何旭敏。，夏海平。，蓝伟光。
摘要： 目的研究既能提高滤液质量和过滤收率．叉能简化操作工艺流程的提纯头孢苗素c发酵液的方法，
并对超滤过程中顶洗加水量进行探讨。 方法采用Uhra—f ro超滤系统提纯未经任何预处理的头孢菌素c发酵液。 结果滤液中蛋白质音量仪为原工艺的1／10，过滤收率由原工艺的78 提高到83．8 。系统平均膜通量可达66 3 LMH，且可长时间遣鳞平稳运行，被污染的膜经清洗后与新膜没有明显的差异。理论加水量倍数为投料液的1．8倍，实际的平均加水量倍数为1．70倍。 结论Ultra—flo超滤系统完垒髂代替原工艺提纯不经预处理的头孢苗素c发酵液，理论加水量计算方法可以用于实际洗涤操作。
头孢菌素c是半合成头孢菌素类抗生索的起
始原料+目前采用发酵法生产口]，其发酵液中存在菌
丝体、蛋白质和悬浮微粒等杂质。原工艺是将发酵液
预处理后用板框加压过滤或真空鼓式过滤的两步分
离法除去这些杂质，此法存在 作工艺繁琐、滤液质
量不高、收率较低等问题。笔者于1999年1O月～
2000年5月研究头孢菌素c发酵液提纯中使用超
滤法代替原工艺，以期简化操作工艺流程，提高滤液
质量和过滤收率，并对超滤过程的顶洗加水量进行
探讨。
1 材料与方法
1．1 材料超滤设备：Ultra-flo超穗系统(美国下
游技术有限公司)的UF一54中试设备。超滤膜：平板
薄层复合膜，膜面积1．08 m。，截留分子量为30 000
的SuntarⅡ 膜。头孢菌素c发酵液；取自甲、乙两
药厂头孢菌素c生产线。发酵液只经酸化(控制pH
在3左右)处理，不添加任何助滤荆。含酶洗涤剂：
Suntar VI洗涤剂。
1．2 实验过程头孢菌素c发酵液经泵加压后进
入Ultra-flo超滤分离系统，头孢菌素c透过膜流进
清液贮罐，而菌丝体、蛋白质和固体悬浮颗粒等杂质
被截留，经热交换器冷却后(因泵运行后会放热使料
液温度升高)进回发酵液贮罐进一步浓缩，直至超滤
浓缩液呈浆糊状，再用少量的水顶洗，使滤渣中残余
的头孢菌素c充分洗涤出来 工艺流程见图1。实验
中每隔1 5 rain测定一次过滤速率，并换算成膜通
量。
1．3 实验条件在甲药厂开展了5个批次的中试，
实验条件见表1
1．4 膜的清洗每批实验结束后要进行膜的清洗。
清洗步骤如下：(I)排出滤渣，用清水洗去系统残余
1 含酶清洗液在50 C下循环清洗45 min后排出
清洗液 (4)用清水洗至pH呈中性。
2 结果
2．1 滤梭质量和过滤收率取甲药厂的1～5批次
头孢菌素C超滤液，分别测定滤蔽的蛋自质含量和
过滤收率(此工作由厂方技术／k员完成)。超滤后滤
液中蛋白质平均含量由原工艺的2 ～3 降低到
0．2 ～O．3 (仅为原工艺的1／10)，平均过滤收率
由原工艺的78 提高到83．8 。随着滤液质量的提
高，后工艺的提取收率也有较大提高，其中树脂提取
收率由原工艺的85 提高到9O 左右，结晶工序收
率由原工艺的82 提高到85 左右。
2．2 超滤膜通量的影响因素 取乙药厂的头孢菌
素C发酵液，酸化至pH 3后，用Ultra—rio超滤设备
(进口压力为0．6MPa，出口压力为0．3MPa)超滤。
超滤过程的膜通量随料穰浓度、温度的变化情况见
表2
2．3 超滤膜通量及其变化规律 甲药厂l～5批改
的头孢菌素C发酵液超滤过程中膜通量随时间的
变化曲线见图2。
2．4 清洗恢复性当膜通量突然衰减较多使过滤
速度太慢时，说明膜由于吸附产生污染堵塞，此时要
进行膜的清洗 为了考察清洗后膜的恢复性能，在甲
药厂的it5批次的超滤中试中，前3批采用已在多
个不同产品中用过的旧膜，后2批换用新膜。新膜和
旧膜的膜通量及其变化规律见图2。
2．5 顶洗加水量
2．5，1 理论顶冼加水量为了估算出顶洗加水量，
笔者根据工业生产经验的数据总结出一个理论计算
顶洗加水量的方法：假定初始料液体积100 L，初始
料液效价20 00O，料液中干渣质量分数2O ，首次
加水前浓缩液与初始料液体积比5O ，首次加水前
浓缩液中滤渣质量分数4O％ ，膜对产物的透过效率
85
终止状态的浓缩液为要丢弃的滤渣，由干渣和
滤液!日碱。因为此状态下，滤渣中滤液部分的产物理
论损失率( )=(813×30)A-(20 0oO×89)=1．52，
考虑到滤渣本身会吸附部分产物，滤渣实际损失率
大约为2 ，说明洗涤已完全，洗涤过程的理论顶洗
加水量为180 L，为初始料液体积的L 8倍。
2．5．2 实际顶洗加水量对甲药厂的1～5批次头
孢菌紊C发酵液超滤过程中实际顶洗加水量进行
研究，结果见表4。
3 讨论
近十余年来，超滤法作为一种新型的分离方法，
在抗生紊的提纯上得到了广泛的研究和应用0 ]。
但其发酵液都要经严格预处理后才能进行超滤，否
则超滤膜系统堵塞严重 笔者采用Ultra．rio超滤系
统一步截留不经任何预处理的头孢菌素C发酵液
中残留的菌丝体、蛋白质(包括可溶性蛋白)和悬浮
微粒等杂质，简化了操作工艺流程，提高了滤液质量
和产品收率。
超滤过程中，料液的浓度和超滤的温度是影响
膜通量的主要因素。料液浓度升高，膜通量下降；温
度升高，膜通量升高 因此在不使头孢菌素c发生
热降解而降低过滤收率的前提下，尽可能提高超滤
温度，使系统的膜通量较大。超滤过程的平均膜通量
高达66．3 LMH，系统膜通量基本维持在55～7O
LMH 范围内(各批次的膜通量之间存在着一定的
差异，这主要是由于各批次的料液含固量、粘度、操
作温度以及系统在操作结束后的清洗工作存在差异
所致)。在超滤195 mi 后，系统的膜通量仍未见衰
减，说明Ultra—flo超滤系统对不经任何预处理的头
孢菌素c发酵液仍具有很强的处理能力。实际生产
中料液总量大，超滤过程料液浓度升高较慢，膜通量
衰减得就更为缓慢，膜系统一般可以连续运行>6
h。被污染的膜经清洗后与新膜在膜通量、膜通量变
化及膜通量恢复三个方面，没有明显差异，说明
U|tra·flo超滤系统的清洗恢复性能强。
实际的平均顶洗加水量倍数为1．70，与理论顶
洗加水量倍数(1．8倍)相近，说明笔者总结的理论
加水量计算方法对实际洗涤操作有一定的指导意
义。在工业生产中，影响顶洗加水量的因素很多，其
中料液的滤渣含量对加水量影响较大(各头孢菌素
C厂家料液中滤渣含量不同)。滤渣含量较少，加水
量也较少，其理论加水量也可依文中的方法计算，但
实际加水量一般比理论加水量略低些，因为在膜系
统安全运行(不堵塞)的前提下，适当延迟加水时间
可以使产品过滤较完全，而加水时同的延迟可使加
水量减少
的少量滤渣。(2)用pH 10的NaOH溶液在50"C下
循环清洗4O min后排出清洗液。(3)用质量分数为
