L-谷氨酸結(jié)晶條件對晶型影響的研究

江立新 李立標(biāo)

(蚌埠豐原醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司，安徽 蚌埠 233010)

L-谷氨酸(L-Glutamate)是人體非必需氨基酸，在體內(nèi)可有α-酮戊二酸代謝產(chǎn)生。在食品工業(yè)方面，主要作為食品添加劑使用，可改善食品的口感和風(fēng)味，人食用L-谷氨酸后96%可被體內(nèi)吸收，在醫(yī)藥工業(yè)方面主要作為營養(yǎng)增補(bǔ)劑在臨床上使用。

L-谷氨酸在結(jié)晶時(shí)存在兩種不同的同質(zhì)晶型狀態(tài):α晶型、β晶型，外觀上α晶型為短柱狀的結(jié)晶性顆粒，具有易沉淀和過濾分離、產(chǎn)品純度較高等特性;β晶型為結(jié)晶性粉末，其晶體為針狀或葉片狀，沉淀十分困難，難與母液分離。谷氨酸結(jié)晶產(chǎn)品的晶型除了受分子的特性影響外，還受很多外部因素如過飽和度、溶液PH，降溫速度、攪拌速度、雜質(zhì)等的影響[4]。作為藥用級別的L-谷氨酸，中國藥典2010版在鑒別一項(xiàng)中要求其紅外吸收圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致。目前，紅外圖譜集中只收集了一種圖譜，該圖譜屬于β晶型的圖譜，與α晶型紅外圖譜有較大差別。本研究主要探索谷氨酸在結(jié)晶時(shí)降溫速度和攪拌速度對產(chǎn)品晶型的影響，實(shí)驗(yàn)表明，降溫速度在15℃/h以下、攪拌速度在240r/min以上時(shí)易得到紅外合格的β晶型產(chǎn)品。

1 儀器與試劑

恒溫加熱水浴鍋(HH-8型，江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠)、紅外光譜儀(FTIR-650，天津港東科技發(fā)展有限公司)、真空干燥箱(DZF-6050型，揚(yáng)州市三發(fā)電子有限公司)等。

L-谷氨酸(飼料級，河北梅花味精集團(tuán)有限公司)、實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

2 實(shí)驗(yàn)方法

向2000mL的三口瓶中加入1400mL純化水，安裝好攪拌器，水浴加熱至內(nèi)溫80℃，加入飼料級谷氨酸100g，攪拌至完全溶解后，加入活性炭3g，保持內(nèi)溫80℃攪拌脫色0.5h，快速過濾，濾液在機(jī)械攪拌的條件下進(jìn)行降溫結(jié)晶，降至室溫后，保持室溫繼續(xù)攪拌2h，過濾，濾餅70℃鼓風(fēng)烘干至恒重(約6h)得產(chǎn)品。觀察產(chǎn)品外觀，將其紅外圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行比較。

3 結(jié)果與分析

結(jié)構(gòu)不同的有機(jī)分子可以有選擇的吸收一定波長的紅外，而形成分子吸收光譜稱為紅外圖譜。紅外圖譜在已知成分的鑒定中比熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比重、比旋度、折射率等一般物理常數(shù)更為可靠，所以各國藥典將其作為判定很多原料藥產(chǎn)品是否合格的依據(jù)[3]。本文采用單因素實(shí)驗(yàn)考察了結(jié)晶過程中降溫速度和攪拌速度對產(chǎn)品晶型和紅外的影響。

3.1 降溫速度對產(chǎn)品晶型的影響

實(shí)驗(yàn)設(shè)定了結(jié)晶攪拌速度為300r/min，分別研究了降溫速度為 10℃ /h、15℃ /h、20℃ /h、25℃ /h、30℃ /h 時(shí)對產(chǎn)品的外觀及紅外圖譜的影響。結(jié)果表明，在攪拌速度保持一定的情況下，降溫速度在15℃/h以下時(shí)，產(chǎn)品外觀以結(jié)晶性粉末為主，為β晶型產(chǎn)品，紅外圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致;降溫速度在20℃/h以上時(shí)，產(chǎn)品外觀以結(jié)晶性顆粒為主，為α晶型產(chǎn)品，紅外圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜不一致。如表1所示。

表1 降溫速度對產(chǎn)品外觀和紅外的影響

3.2 攪拌速度對產(chǎn)品晶型的影響

實(shí)驗(yàn)設(shè)定了結(jié)晶降溫速度為15℃/h，分別研究了攪拌速度為 120r/min、180r/min、240r/min、300r/min、360r/min 時(shí)對產(chǎn)品外觀及紅外圖譜的影響。結(jié)果表明，在降溫速度保持一定的情況下，攪拌速度在240r/min以上時(shí)，產(chǎn)品外觀以結(jié)晶性粉末為主，為β晶型產(chǎn)品，紅外圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致;攪拌速度在240r/min以下時(shí)，產(chǎn)品外觀以結(jié)晶性顆粒為主，為α晶型產(chǎn)品，紅外圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜不一致。如表2所示。

表2 攪拌速度對產(chǎn)品外觀和紅外的影響

4 討論與結(jié)論

同一藥物的不同晶型在外觀、熔點(diǎn)、溶解度、溶出度、生物利用度等反面可能會有差異，從而影響藥物的療效。

在L-谷氨酸的結(jié)晶過程中，降溫速度和攪拌速度是影響產(chǎn)品晶型的重要因素?？焖俳禍鼐w在較短時(shí)間內(nèi)大量析出，分子間很容易聚集形成顆粒較大的α晶體，而緩慢降溫晶體在較長的時(shí)間內(nèi)慢慢析出，不太容易聚集成較大顆粒，更易形成細(xì)小粉末狀的β型晶體;快速機(jī)械攪拌容易將較大的晶體破碎形成較小的晶片，從而傾向于β型晶體的產(chǎn)生，緩慢的攪拌則傾向于α型晶體的產(chǎn)生。

本研究主要探索谷氨酸在結(jié)晶時(shí)降溫速度和攪拌速度對產(chǎn)品晶型的影響，實(shí)驗(yàn)表明，降溫速度在15℃/h以下、攪拌速度在240r/min以上時(shí)易得到紅外合格的β晶型產(chǎn)品。工業(yè)上可根據(jù)需要，通過控制降溫速度和攪拌速度等參數(shù)，得到與標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜相符的β晶型產(chǎn)品。

[1]嚴(yán)希康等，正確認(rèn)識L-谷氨酸的紅外圖譜[J].上海醫(yī)藥情報(bào)研究，2004，2(73)：47 ～49.

[2]張建華等，初始過飽和度對谷氨酸結(jié)晶的影響研究[J].高校化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2013，27(1)：43-49.