离子交换法制备硫酸卷曲霉素工艺

武仲涛，韩静，张建利

（1.沈阳药科大学，辽宁沈阳 110016；2.华北制药华胜有限公司，河北石家庄 052610）

离子交换法制备硫酸卷曲霉素工艺

武仲涛1,2，韩静1＊，张建利2

（1.沈阳药科大学，辽宁沈阳 110016；2.华北制药华胜有限公司，河北石家庄 052610）

卷曲霉素（Capreomycin）是一种碱性水溶性抗生素，临床上常用其硫酸盐，即硫酸卷曲霉素，离子交换法是提取卷曲霉素的常用工艺之一。本文对用弱酸性离子交换树脂提取硫酸卷曲霉素工艺进行研究。考察了防腐剂（甲醛）与卷曲霉素的相互作用，从离子交换体系的酸碱度、树脂饱和度以及其他相关因素入手，研究各工艺参数或相关因素对产品质量的影响。结果显示：甲醛对卷曲霉素主要成分有破坏作用，可使卷曲霉素CA1组分下降，进而影响产品含量的提高；将系统pH提升至9.0左右，不仅可以延缓因系统杂菌滋生导致pH下降而且更利于卷曲霉素含量的提高；利用废液组分分析法判断树脂饱和度更利于质量控制与稳定。

硫酸卷曲霉素；高pH吸附；废液；组分分析

卷曲霉素（Capreomycin）是一种古老的抗生素，最早由礼来公司于20世纪50年代推出，1966年应用于临床，1979年引用到抗结核领域[1]。虽然问世已有近70年的时间，其在治疗结核病领域仍发挥着重要作用。卷曲霉素是一种碱性水溶性抗生素，该药有 4 个组分[2]，分别为 CA1a、CA1b、CA2a、CA2b。为保证用药安全，其组分比例必须达到90%以上，即CA1/（CA1+CA2）应大于等于90%。本品对革兰氏阴性菌和阳性菌均有抑制作用，其效果明显。对治疗结核病，尤其是复治、难治及空洞型肺结核的疗效尤为显著，是21世纪替代链霉素的首选药物。

离子交换法是提取卷曲霉素的常用工艺之一。其提炼过程包括发酵液过滤、离子交换提取、脱盐、脱色和喷雾干燥[3]。由于发酵滤液（原液）中除含有卷曲霉素外，还含有大量的有机杂质，为防止在离子交换过程中由于杂菌滋生导致系统pH下降影响离子交换效率，通常向原液中添加适量甲醛防腐。该工艺具有设备投入少、生产操作简单、无溶媒、原材料成本低廉、产品含量高等优点，但在实际应用中，也存在不少缺点，主要表现在产品含量波动较大，还不能稳定在较好的水平上，少量产品含量可达到98%以上，大部分产品仅能达到94%左右。不仅如此，甲醛防腐效果并没有预期中的好。

通过对以往生产数据的分析发现，从发酵滤液到离子交换洗脱液，卷曲霉素含量有一个陡增的趋势，在后面的脱盐、脱色、浓缩、喷干等工序，含量相对于洗脱液上升约1%。因此，离子交换可能是提升并稳定含量的关键工序。综上，想要提升并稳定产品含量，研究并挖掘离子交换工序的潜力是关键。

1 材料与方法

1.1 材料

卷曲霉素污粉，含量91.96%，公司自备；卷曲霉素滤液，含量89.22%；公司自备。

1.2 试剂

甲醛、磷钨酸、乙腈、甲醇、己烷磺酸钠、无水硫酸钠，均为分析纯；硫酸、盐酸、氢氧化钠、D152树脂、703树脂、1×25树脂，为工业级。

1.3 实验仪器及器材

500mL玻璃柱、蠕动泵、塑料量杯、21L塑料水桶各若干；高压液相（岛津）1台、pH计1台、7230分光光度计1台、液相柱（资生堂，4.6mmI.D.×250mm）1 支。

1.4 分析方法

色谱条件：柱温30℃；进样体积20μL；检测波长254nm；流动相流速1.0mL/min，等浓度洗脱，运行时间：15min。

供试品效价(u/mL)=工作标准品溶液效价÷STD溶液峰面积×供试品溶液峰面积×稀释倍数。

相关组分：直接读取液相色峰表，5.4min左右出现CA2、7.54min处为CA1，其他为相关杂质。

2 结果与讨论

2.1 防腐剂（甲醛）、饱和度的影响

取卷曲霉素污粉适量溶于约40L纯化水中（确保相对于树脂过量），待完全溶解后，用氢氧化钠调节pH至7.0～7.5，然后量取两个18L分别放入塑料水桶中，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，流速为1.0Bv/h，用磷钨酸滴定废液，待有白色沉淀后，每隔4h检测废液效价（u/mL）、pH。并实时分析液相数据，直到树脂达到饱和为止（废液效价达到上样效价的90%以上）。树脂达到饱和后，用无盐水或纯化水将树脂漂洗干净，用稀硫酸解析制得硫酸卷曲霉素洗脱液。

表1 D152树脂吸附溶粉废液监测数据（不添加甲醛）

表2 D152树脂吸附溶粉废液监测数据（1.0‰添加甲醛）

表3 D152树脂吸附实验洗脱液质量数据

对比溶粉中添加甲醛与不添加甲醛的废液数据可以看出，甲醛对卷曲霉素有极强的破坏作用，可使卷曲霉素含量严重下降。综合溶粉与洗脱液质量数据可以看出，不添加甲醛组的洗脱液CA1含量较进料上升了3.44%，而添加甲醛组的洗脱液CA1含量较进料下降了21.23%。实验数据基本证明了，甲醛是卷曲霉素质量不稳定的重要影响因素之一。

2.2 卷曲霉素滤液的影响

取卷曲霉素滤液约20L，平均分成两份，一份调节pH至7.0～7.5，另一份调节pH至9.0～9.5（D152树脂官能团为羧酸基，参考醋酸pKb点为9.32[5]，也就是说9.32左右pH条件下树脂官能团完全电离，更利于吸附），分别以1.0Bv/h流速通入300mL钠型D152树脂，待树脂出口有单位后，将废液收集至废液桶中，待原液全部通完后，分别测量两组树脂废液相关杂质等数据。并分别解析两组树脂，对比解析液质量情况。

表4 D152树脂吸附原液实验废水监测数据

表5 D152树脂吸附原液实验洗脱液数据

随着吸附过程的进行，树脂柱中可交换卷曲霉素的树脂越来越来少，废液中的单位（u/ml）也随着吸附过程的进行逐渐升高，直到接近进料单位（u/ml）。同时随着吸附过程的进行不断变化的还有卷曲霉素的组分，其中CA1逐渐升高，CA2逐渐降低，再结合系统pH，起初高pH条件下，CA1与树脂的结合力较CA2强，因此废液中CA2的含量远高于进料，当树脂接近饱和时，由于树脂不再大量吸附CA1，废液中的CA1与CA2的含量逐渐接近进料。根据布朗斯台德酸碱理论，酸碱都是相对的，钠型树脂为氢型树脂的共轭碱[6]，当它遇到更强的碱时它又会显示酸性。从实验结果可对三者进行碱性强弱排序：CA1＞CA2＞R-COONa[7]，在卷曲霉素离子交换系统中，高pH下更利于CA1的吸附，是因为CA1碱性比CA2强。也就是说，相对于R-COONa来讲，被吸附物质的pKb值越大，越容易和树脂发生交换反应[7]。

通过对系统pH对吸附过程影响的考察发现，系统pH越高越不利于CA2的吸附，从实验数据也可以看出，即使在饱和度没有达到一个较高的水平的情况下，较高的系统pH也可以使洗脱液CA1含量达到一个相对较高的水平。其吸附模型可能为：起初，CA1、CA2同时被R-COONa吸附，但是由于CA1碱性大于CA2，高pH敞开体系中[8]，CA1又会洗脱已吸附CA2，可以设想，一直对R-COONa通入卷曲霉素原液，则可以使其中的CA2无限下降。同时实验现象也表明，高pH吸附可有效防止因杂菌滋生使系统变酸腐败的情况发生，进一步稳定了吸附过程，更利于树脂与CA1发生交换反应。

3 结论

虽然还不能确定甲醛与卷曲霉素反应的机理，但添加甲醛后，CA1急剧下降的同时CA2上升较多，因此甲醛对卷曲霉素有较强的破坏作用，生产上应停止使用。

提高系统pH可以延缓系统pH下降，进而更利于树脂吸附卷曲霉素。不仅如此，提高pH后，系统更不利于CA2的吸附，为进一步提升CA1含量提供了技术方向，也就是说在系统pH稳定的前提下，根据废液组分来判断树脂饱和度要比根据树脂柱进出口单位比判断饱和度更科学、更利于质量控制。

[1]李茜,刘英,闻京伟,等.硫酸卷曲霉素的质量评价及标准提高研究[J].中国药事,2014,28(8):858-864.

[2]祝仕清,牛长群.高效毛细管电泳法／液质联用分离与测控硫酸卷曲霉素各组分[J].中国抗生素杂志,2009,34(7):416-418.

[3]张天兵,膜技术在卷曲霉素提炼工艺中的推广应用[D].北京:北京化工大学,2005.

[4]国家药典委员会.中华人民共和国药典：2015年版[M].二部.北京:中国医药科技出版社,2015.

[5]百度百科.乙酸钠含量测定实验原理[EB/OL].(2016-5-10)[2017-08-20].https://zhidao.baidu.com/question/812096501415084652.html.

[6]颜朝国,吴锦明,黄丹,等.有机化学[M].北京:化学工业出版社,2009.

[7]俞文和.新编抗生素工艺学[M].北京:中国建材工业出版社,1996.

[8]傅献彩,沈文霞,姚天扬.物理化学上册[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

武仲涛（1981—），男，山东邹城人，本科，工程师，研究方向：制药工程。

韩静（1967—），女，辽宁北票人，博士，教授，研究方向：制药工程与纳米制药。