離子交換法制備硫酸卷曲霉素工藝

武仲濤，韓靜，張建利

（1.沈陽藥科大學(xué)，遼寧沈陽 110016；2.華北制藥華勝有限公司，河北石家莊 052610）

離子交換法制備硫酸卷曲霉素工藝

武仲濤1,2，韓靜1＊，張建利2

（1.沈陽藥科大學(xué)，遼寧沈陽 110016；2.華北制藥華勝有限公司，河北石家莊 052610）

卷曲霉素（Capreomycin）是一種堿性水溶性抗生素，臨床上常用其硫酸鹽，即硫酸卷曲霉素，離子交換法是提取卷曲霉素的常用工藝之一。本文對用弱酸性離子交換樹脂提取硫酸卷曲霉素工藝進行研究。考察了防腐劑（甲醛）與卷曲霉素的相互作用，從離子交換體系的酸堿度、樹脂飽和度以及其他相關(guān)因素入手，研究各工藝參數(shù)或相關(guān)因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。結(jié)果顯示：甲醛對卷曲霉素主要成分有破壞作用，可使卷曲霉素CA1組分下降，進而影響產(chǎn)品含量的提高；將系統(tǒng)pH提升至9.0左右，不僅可以延緩因系統(tǒng)雜菌滋生導(dǎo)致pH下降而且更利于卷曲霉素含量的提高；利用廢液組分分析法判斷樹脂飽和度更利于質(zhì)量控制與穩(wěn)定。

硫酸卷曲霉素；高pH吸附；廢液；組分分析

卷曲霉素（Capreomycin）是一種古老的抗生素，最早由禮來公司于20世紀50年代推出，1966年應(yīng)用于臨床，1979年引用到抗結(jié)核領(lǐng)域[1]。雖然問世已有近70年的時間，其在治療結(jié)核病領(lǐng)域仍發(fā)揮著重要作用。卷曲霉素是一種堿性水溶性抗生素，該藥有 4 個組分[2]，分別為 CA1a、CA1b、CA2a、CA2b。為保證用藥安全，其組分比例必須達到90%以上，即CA1/（CA1+CA2）應(yīng)大于等于90%。本品對革蘭氏陰性菌和陽性菌均有抑制作用，其效果明顯。對治療結(jié)核病，尤其是復(fù)治、難治及空洞型肺結(jié)核的療效尤為顯著，是21世紀替代鏈霉素的首選藥物。

離子交換法是提取卷曲霉素的常用工藝之一。其提煉過程包括發(fā)酵液過濾、離子交換提取、脫鹽、脫色和噴霧干燥[3]。由于發(fā)酵濾液（原液）中除含有卷曲霉素外，還含有大量的有機雜質(zhì)，為防止在離子交換過程中由于雜菌滋生導(dǎo)致系統(tǒng)pH下降影響離子交換效率，通常向原液中添加適量甲醛防腐。該工藝具有設(shè)備投入少、生產(chǎn)操作簡單、無溶媒、原材料成本低廉、產(chǎn)品含量高等優(yōu)點，但在實際應(yīng)用中，也存在不少缺點，主要表現(xiàn)在產(chǎn)品含量波動較大，還不能穩(wěn)定在較好的水平上，少量產(chǎn)品含量可達到98%以上，大部分產(chǎn)品僅能達到94%左右。不僅如此，甲醛防腐效果并沒有預(yù)期中的好。

通過對以往生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，從發(fā)酵濾液到離子交換洗脫液，卷曲霉素含量有一個陡增的趨勢，在后面的脫鹽、脫色、濃縮、噴干等工序，含量相對于洗脫液上升約1%。因此，離子交換可能是提升并穩(wěn)定含量的關(guān)鍵工序。綜上，想要提升并穩(wěn)定產(chǎn)品含量，研究并挖掘離子交換工序的潛力是關(guān)鍵。

1 材料與方法

1.1 材料

卷曲霉素污粉，含量91.96%，公司自備；卷曲霉素濾液，含量89.22%；公司自備。

1.2 試劑

甲醛、磷鎢酸、乙腈、甲醇、己烷磺酸鈉、無水硫酸鈉，均為分析純；硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、D152樹脂、703樹脂、1×25樹脂，為工業(yè)級。

1.3 實驗儀器及器材

500mL玻璃柱、蠕動泵、塑料量杯、21L塑料水桶各若干；高壓液相（島津）1臺、pH計1臺、7230分光光度計1臺、液相柱（資生堂，4.6mmI.D.×250mm）1 支。

1.4 分析方法

色譜條件：柱溫30℃；進樣體積20μL；檢測波長254nm；流動相流速1.0mL/min，等濃度洗脫，運行時間：15min。

供試品效價(u/mL)=工作標準品溶液效價÷STD溶液峰面積×供試品溶液峰面積×稀釋倍數(shù)。

相關(guān)組分：直接讀取液相色峰表，5.4min左右出現(xiàn)CA2、7.54min處為CA1，其他為相關(guān)雜質(zhì)。

2 結(jié)果與討論

2.1 防腐劑（甲醛）、飽和度的影響

取卷曲霉素污粉適量溶于約40L純化水中（確保相對于樹脂過量），待完全溶解后，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至7.0～7.5，然后量取兩個18L分別放入塑料水桶中，其中一份直接上柱吸附，另一份加入18mL（1.0‰）甲醛再上柱吸附，流速為1.0Bv/h，用磷鎢酸滴定廢液，待有白色沉淀后，每隔4h檢測廢液效價（u/mL）、pH。并實時分析液相數(shù)據(jù)，直到樹脂達到飽和為止（廢液效價達到上樣效價的90%以上）。樹脂達到飽和后，用無鹽水或純化水將樹脂漂洗干凈，用稀硫酸解析制得硫酸卷曲霉素洗脫液。

表1 D152樹脂吸附溶粉廢液監(jiān)測數(shù)據(jù)（不添加甲醛）

表2 D152樹脂吸附溶粉廢液監(jiān)測數(shù)據(jù)（1.0‰添加甲醛）

表3 D152樹脂吸附實驗洗脫液質(zhì)量數(shù)據(jù)

對比溶粉中添加甲醛與不添加甲醛的廢液數(shù)據(jù)可以看出，甲醛對卷曲霉素有極強的破壞作用，可使卷曲霉素含量嚴重下降。綜合溶粉與洗脫液質(zhì)量數(shù)據(jù)可以看出，不添加甲醛組的洗脫液CA1含量較進料上升了3.44%，而添加甲醛組的洗脫液CA1含量較進料下降了21.23%。實驗數(shù)據(jù)基本證明了，甲醛是卷曲霉素質(zhì)量不穩(wěn)定的重要影響因素之一。

2.2 卷曲霉素濾液的影響

取卷曲霉素濾液約20L，平均分成兩份，一份調(diào)節(jié)pH至7.0～7.5，另一份調(diào)節(jié)pH至9.0～9.5（D152樹脂官能團為羧酸基，參考醋酸pKb點為9.32[5]，也就是說9.32左右pH條件下樹脂官能團完全電離，更利于吸附），分別以1.0Bv/h流速通入300mL鈉型D152樹脂，待樹脂出口有單位后，將廢液收集至廢液桶中，待原液全部通完后，分別測量兩組樹脂廢液相關(guān)雜質(zhì)等數(shù)據(jù)。并分別解析兩組樹脂，對比解析液質(zhì)量情況。

表4 D152樹脂吸附原液實驗廢水監(jiān)測數(shù)據(jù)

表5 D152樹脂吸附原液實驗洗脫液數(shù)據(jù)

隨著吸附過程的進行，樹脂柱中可交換卷曲霉素的樹脂越來越來少，廢液中的單位（u/ml）也隨著吸附過程的進行逐漸升高，直到接近進料單位（u/ml）。同時隨著吸附過程的進行不斷變化的還有卷曲霉素的組分，其中CA1逐漸升高，CA2逐漸降低，再結(jié)合系統(tǒng)pH，起初高pH條件下，CA1與樹脂的結(jié)合力較CA2強，因此廢液中CA2的含量遠高于進料，當樹脂接近飽和時，由于樹脂不再大量吸附CA1，廢液中的CA1與CA2的含量逐漸接近進料。根據(jù)布朗斯臺德酸堿理論，酸堿都是相對的，鈉型樹脂為氫型樹脂的共軛堿[6]，當它遇到更強的堿時它又會顯示酸性。從實驗結(jié)果可對三者進行堿性強弱排序：CA1＞CA2＞R-COONa[7]，在卷曲霉素離子交換系統(tǒng)中，高pH下更利于CA1的吸附，是因為CA1堿性比CA2強。也就是說，相對于R-COONa來講，被吸附物質(zhì)的pKb值越大，越容易和樹脂發(fā)生交換反應(yīng)[7]。

通過對系統(tǒng)pH對吸附過程影響的考察發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)pH越高越不利于CA2的吸附，從實驗數(shù)據(jù)也可以看出，即使在飽和度沒有達到一個較高的水平的情況下，較高的系統(tǒng)pH也可以使洗脫液CA1含量達到一個相對較高的水平。其吸附模型可能為：起初，CA1、CA2同時被R-COONa吸附，但是由于CA1堿性大于CA2，高pH敞開體系中[8]，CA1又會洗脫已吸附CA2，可以設(shè)想，一直對R-COONa通入卷曲霉素原液，則可以使其中的CA2無限下降。同時實驗現(xiàn)象也表明，高pH吸附可有效防止因雜菌滋生使系統(tǒng)變酸腐敗的情況發(fā)生，進一步穩(wěn)定了吸附過程，更利于樹脂與CA1發(fā)生交換反應(yīng)。

3 結(jié)論

雖然還不能確定甲醛與卷曲霉素反應(yīng)的機理，但添加甲醛后，CA1急劇下降的同時CA2上升較多，因此甲醛對卷曲霉素有較強的破壞作用，生產(chǎn)上應(yīng)停止使用。

提高系統(tǒng)pH可以延緩系統(tǒng)pH下降，進而更利于樹脂吸附卷曲霉素。不僅如此，提高pH后，系統(tǒng)更不利于CA2的吸附，為進一步提升CA1含量提供了技術(shù)方向，也就是說在系統(tǒng)pH穩(wěn)定的前提下，根據(jù)廢液組分來判斷樹脂飽和度要比根據(jù)樹脂柱進出口單位比判斷飽和度更科學(xué)、更利于質(zhì)量控制。

[1]李茜,劉英,聞京偉,等.硫酸卷曲霉素的質(zhì)量評價及標準提高研究[J].中國藥事,2014,28(8):858-864.

[2]祝仕清,牛長群.高效毛細管電泳法／液質(zhì)聯(lián)用分離與測控硫酸卷曲霉素各組分[J].中國抗生素雜志,2009,34(7):416-418.

[3]張?zhí)毂?膜技術(shù)在卷曲霉素提煉工藝中的推廣應(yīng)用[D].北京:北京化工大學(xué),2005.

[4]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：2015年版[M].二部.北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2015.

[5]百度百科.乙酸鈉含量測定實驗原理[EB/OL].(2016-5-10)[2017-08-20].https://zhidao.baidu.com/question/812096501415084652.html.

[6]顏朝國,吳錦明,黃丹,等.有機化學(xué)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[7]俞文和.新編抗生素工藝學(xué)[M].北京:中國建材工業(yè)出版社,1996.

[8]傅獻彩,沈文霞,姚天揚.物理化學(xué)上冊[M].4版.北京:高等教育出版社,1990.

The Technical of Preparation of Sulfated Capreomycin by Ion Exchange Process

Wu Zhong-tao1,2,Han Jing1*,Zhang Jian-li2
(1.Shenyang Pharmaceutical University,Liaoning Shenyang 110016;2.North China Pharmaceutical Huasheng Co,.Ltd.,Hebei Shijiazhuang 052610)

Capreomycin is an alkaline water-soluble antibiotic.Commonly its sulfate is used in clinic.Ion exchange is one of the common processes for extracting capreomycin.In this paper,the ion exchange technology of weakly acidic resin was studied.Effects of preservatives (formaldehyde) interaction with capreomycin is investigated.From the ion exchange system pH,resin saturation and other related factors,studied the influence of various process parameters or related factors on the quality of the products.The results showed that,formaldehyde has a destructive effect on the main components of Capreomycin,which can reduce the component of CA1,thereby debase the content of the product.It is not only delay the decline of pH by the multiplication of bacteria in the system,but also benefit the content of capreomycin by up the system pH to 9.It is better for quality control and stability to judge resin saturation by using component analysis of waste liquid.

Capreomycin sulfate;Adsorption in high pH;Waste Liquid;Composition analysis

R94

A

2096-0387（2017）05-0041-03

武仲濤（1981—），男，山東鄒城人，本科，工程師，研究方向：制藥工程。

韓靜（1967—），女，遼寧北票人，博士，教授，研究方向：制藥工程與納米制藥。