L-谷氨酸結晶條件對晶型影響的研究

江立新 李立標

(蚌埠豐原醫藥科技發展有限公司，安徽 蚌埠 233010)

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

L-谷氨酸在結晶時存在兩種不同的同質晶型狀態:α晶型、β晶型，外觀上α晶型為短柱狀的結晶性顆粒，具有易沉淀和過濾分離、產品純度較高等特性;β晶型為結晶性粉末，其晶體為針狀或葉片狀，沉淀十分困難，難與母液分離。谷氨酸結晶產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版在鑒別一項中要求其紅外吸收圖譜與標準圖譜一致。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晶時降溫速度和攪拌速度對產品晶型的影響，實驗表明，降溫速度在15℃/h以下、攪拌速度在240r/min以上時易得到紅外合格的β晶型產品。

1 儀器與試劑

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

L-谷氨酸(飼料級，河北梅花味精集團有限公司)、實驗用水為去離子水。

2 實驗方法

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，保持內溫80℃攪拌脫色0.5h，快速過濾，濾液在機械攪拌的條件下進行降溫結晶，降至室溫后，保持室溫繼續攪拌2h，過濾，濾餅70℃鼓風烘干至恒重(約6h)得產品。觀察產品外觀，將其紅外圖譜與標準圖譜進行比較。

3 結果與分析

結構不同的有機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、沸點、比重、比旋度、折射率等一般物理常數更為可靠，所以各國藥典將其作為判定很多原料藥產品是否合格的依據[3]。本文采用單因素實驗考察了結晶過程中降溫速度和攪拌速度對產品晶型和紅外的影響。

3.1 降溫速度對產品晶型的影響

實驗設定了結晶攪拌速度為300r/min，分別研究了降溫速度為 10℃ /h、15℃ /h、20℃ /h、25℃ /h、30℃ /h 時對產品的外觀及紅外圖譜的影響。結果表明，在攪拌速度保持一定的情況下，降溫速度在15℃/h以下時，產品外觀以結晶性粉末為主，為β晶型產品，紅外圖譜與標準圖譜一致;降溫速度在20℃/h以上時，產品外觀以結晶性顆粒為主，為α晶型產品，紅外圖譜與標準圖譜不一致。如表1所示。

表1 降溫速度對產品外觀和紅外的影響

3.2 攪拌速度對產品晶型的影響

實驗設定了結晶降溫速度為15℃/h，分別研究了攪拌速度為 120r/min、180r/min、240r/min、300r/min、360r/min 時對產品外觀及紅外圖譜的影響。結果表明，在降溫速度保持一定的情況下，攪拌速度在240r/min以上時，產品外觀以結晶性粉末為主，為β晶型產品，紅外圖譜與標準圖譜一致;攪拌速度在240r/min以下時，產品外觀以結晶性顆粒為主，為α晶型產品，紅外圖譜與標準圖譜不一致。如表2所示。

表2 攪拌速度對產品外觀和紅外的影響

4 討論與結論

同一藥物的不同晶型在外觀、熔點、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-谷氨酸的結晶過程中，降溫速度和攪拌速度是影響產品晶型的重要因素。快速降溫晶體在較短時間內大量析出，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間內慢慢析出，不太容易聚集成較大顆粒，更易形成細小粉末狀的β型晶體;快速機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型晶體的產生，緩慢的攪拌則傾向于α型晶體的產生。

本研究主要探索谷氨酸在結晶時降溫速度和攪拌速度對產品晶型的影響，實驗表明，降溫速度在15℃/h以下、攪拌速度在240r/min以上時易得到紅外合格的β晶型產品。工業上可根據需要，通過控制降溫速度和攪拌速度等參數，得到與標準紅外圖譜相符的β晶型產品。

[1]嚴希康等，正確認識L-谷氨酸的紅外圖譜[J].上海醫藥情報研究，2004，2(73)：47 ～49.

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