头孢他啶结晶工艺优化及质量研究

贺娇，张建丽，任峰，孙玉双，张美青

（华北制药河北华民药业有限责任公司，河北石家庄 052165）

头孢他啶是由葛兰素史克公司开发的第三代头孢菌素类抗生素，临床用于敏感菌所致的严重感染（如败血症、脑膜炎、菌血症等），呼吸道感染（如肺炎、支气管炎等），耳鼻喉部感染，皮肤及软组织感染，泌尿系统感染，胃肠、胆及腹部感染，骨及关节感染等，其药用针剂是头孢他啶五水合物与碳酸钠或精氨酸的无菌混合物[1-3]，结构式如图1所示。

图1 头孢他啶化学结构式Fig.1 Chemical structural formula of ceftazidime

据国内外文献资料介绍，头孢他啶是一种两性物质，分子中同时含有一个氨基和两个羧基。正是这种结构特点，使得它在水中不同pH值下的溶解度呈U型。针对于这种类型的物质，一般采用的是等电点结晶方式[5-6]，即先将头孢他啶二盐酸盐加碱溶解过滤，然后通过加入适量酸结晶，得到终产品头孢他啶五水合物。

由于现有工艺条件未达到最佳，造成制备的头孢他啶产品颗粒不均。过细的晶体会导致漏晶，影响产品收率和流动性，而过大的晶体则会导致制剂产品溶解时间较长等问题。为了解决上述问题，本文在碱法结晶方法基础上进行优化，采用正交试验设计对实验过程中多个因素水平进行筛选。本优化方法制备出的头孢他啶质量稳定，方法简单，便于产业化生产。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：头孢他啶二盐酸盐（河北金旭化工有限公司），丙酮为天津光复试剂有限公司，纯化水采用惠仪浦公司HYP-QX型超纯水机自制。

仪器：FE28型pH值计（上海梅特勒-托利多国际贸易有限公司）；JJ-1型精密增力电动搅拌器（常州天瑞仪器有限公司）；LC-20A型高效液相色谱仪（上海岛津实验器材有限公司）；Nikon E200型显微镜（尼康映像仪器销售有限公司）。

1.2 实验方法

称取头孢他啶二盐酸盐10 g，溶于50 mL纯化水中，控温5 ℃，加入3 mol 氢氧化钠溶液至pH值5.5，再次加入0.05 g活性炭，脱色30 min后过滤。设定搅拌转速100～500 r/min，缓慢滴加磷酸，控制流速0.5～1.75 mL/min，第一次调节体系pH值至3.8～4.6。加入0～5.0%晶种，养晶60 min。养晶结束后，继续滴加磷酸，控制流速1.5 mL/min，第二次调节体系pH值至3.7，养晶180 min。过滤后丙酮洗涤湿粉，40 ℃干燥得到白色晶体。

1.3 单因素实验

根据国内外相关研究[7-9]，影响产品质量和晶体粒度的主要因素有一调pH值、搅拌转速、流加速率、晶种用量等，分别将四个因素按照上述方法进行单因素实验。

1.4 正交试验设计

根据单因素实验结果，选择较优水平区间，对头孢他啶结晶工艺进行四因素三水平正交试验，正交实验安排见表1。

表1 四因素三水平表Tab.1 Table of four factors and three levels

2 实验结果与讨论

2.1 单因素试验结果

2.1.1 考察一调pH值对比容的影响

设定搅拌转速400 r/min，滴加磷酸1.5 mL/min，晶种用量5 %，调节体系一调pH值至3.8～4.6，检测样品比容，如图2所示。结果显示pH值4.2时，比容较小，头孢他啶一调pH值控制在4.2左右较为适宜。

图2 pH值对比容的影响Fig.2 Effect of pH value on specific volume

2.1.2 考察搅拌转速对比容的影响

设定一调pH值至4.2，滴加磷酸1.5 mL/min，晶种用量5%，调节搅拌转速100～500 r/min。检测样品比容，如图3所示。结果显示搅拌转速在200 r/min时，比容有最小值，搅拌转速控制在200 r/min左右较为适宜。

图3 搅拌转速对比容的影响Fig.3 Effect of stirring speed on specific volume

2.1.3 考察流加速率对比容的影响

设定搅拌转速200 r/min，一调pH值至4.2，晶种用量5 %，调节滴加磷酸速率0.5～1.75 mL/min，检测样品比容，如图4所示。结果显示流加速率在1.25 mL/min时，比容有最小值，流加速率控制在1.25 mL/min左右较为适宜。

图4 流加速率对比容的影响Fig.4 Effect of flow acceleration rate on specific volume

2.1.4 考察晶种用量对比容的影响

设定滴加速率1.25 mL/min，搅拌转速200 r/min，一调pH值至4.2，调节晶种用量0～5 %，检测样品比容，如图5所示。结果显示晶种用量在1 %时，比容有最小值，晶种用量控制在1 %左右较为适宜。

图5 晶种用量对比容的影响Fig.5 Effect of seed amount on specific volume

2.2 正交试验结果

据表1中各因素所取水平，安排正交实验，以比容为评价指标。试验结果见表2，极差分析和方差分析结果见表3和表4。

表2 正交试验设计与结果Tab.2 Orthogonal experimental design and results

表3 极差分析表Tab.3 Range analysis table

表4 方差分析表Tab.4 Analysis of variance table

根据极差和方差分析表，对比容指标来讲，因素的主次顺序为A（一调pH值）＞D（晶种用量）＞B（搅拌转速）＞C（流加速率），其中一调pH值影响显著，流加速率影响最小。根据实验数据分析，当磷酸调节析晶pH值过低时，溶液过饱和度较高，得到大量体积细小的晶体；当pH值过高，加入的晶种快速生长，形成表面积较大的长方形薄片，受搅拌剪切作用下相互碰撞，产生大量碎晶，搅拌转速也不易过快，所以最优水平方案：A2B2C2D2。最佳结晶工艺条件：一调pH值4.2，搅拌转速200 r/min，流加速率1.25 mL/min，晶种用量1 %。

2.3 工艺试验

根据优化后工艺参数平行三批实验，与现有工艺对比粒径和收率情况见表5，由于自制样品头孢他啶晶体规则饱满，无细粉漏晶现象，粉体流动性好，优化后工艺的平均收率较现有工艺提升2.97 %，实验过程顺利，重复性好。

表5 平行试验结果Tab.5 Parallel test results

2.4 质量研究

参考中国药典等现行质量标准，对自制样品、现有技术样品、市售样品进行样品检验，开展晶体形貌、流动性、溶液颜色、有关物质、复溶时间等项目的质量研究。

2.4.1 晶体形貌考察

取现有技术样品（图6-1）与自制样品1（图6-2），通过显微镜观察，晶体形貌明显改变，现有技术制备样品晶体破碎无规则形貌，在贮存和运输过程中容易、结块，优化工艺制备头孢他啶样品，晶体外形美观，颗粒均匀，流动性好，易于运输和贮存。

图6 显微镜下晶体形貌Fig.6 Crystal morphology under microscope

2.4.2 流动性考察

三批自制头孢他啶样品使用漏斗法测定休止角。将漏斗置于绘图纸上方一定距离，把混合粉装入到漏斗中，使粉末由漏斗下口自由流出，至漏下的粉末堆积形成圆锥体。休止角α为锥体斜面与水平面的夹角，计算公式：

其中R为锥体底面半径，H为锥体高度。当θ≤40°时即可满足生产过程中的流动性需求。表6结果表明，优化工艺自制头孢他啶样品流动性指标均优于现有技术，且满足生产分装要求。

表6 头孢他啶流动性指标测定结果Tab.6 Determination results of ceftazidime fluidity index

2.4.3 溶液颜色考察

取头孢他啶样品0.6 g，加1%碳酸钠溶液5 mL使溶解，与标准比色液比较。由表7结果可知，由于优化工艺产生规则晶体形貌，粉体松散，易于干燥，所以样品色号较小，溶液的颜色较浅。

表7 头孢他啶色号对比表Tab.7 Ceftazidime color number comparison table

2.4.4 有关物质考察

色谱条件：用十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；流动相A为乙腈，流动相B为磷酸盐缓冲溶液（取磷酸二氢铵22.6 g加水溶解并稀释至1 000 mL，用10%磷酸溶液调节pH值至3.9），柱温为35 ℃；检测波长为255 nm；进样体积为20 μL。供试品溶液：取样品，加流动相A-流动相B（7∶93）溶解并稀释制成每1 mL中约含1.2 mg的溶液。对照溶液：精密量取供试品溶液1 mL，置100 mL量瓶中，用流动相A-流动相B（7∶93）稀释至刻度，摇匀。

有关物质检测项结果如表8所示。优化工艺通过加入适量晶种，使出晶过程平缓，结晶粉沉降好、湿比容小，易于洗涤，所以样品杂质较少。

表8 头孢他啶有关物质对比表Tab.8 Comparison table of related substances of ceftazidime

2.4.5 复溶时间考察

将头孢他啶和碳酸钠按照分装工艺混合，分装成1.0 g规格的注射用头孢他啶，每瓶含1 g头孢他啶及118 mg碳酸钠。参考注射用头孢他啶使用说明书中记载的1 g静脉注射给药方法进行复溶操作：将注射器针头插入药瓶封口，注入10 ml 0.9% 的氯化钠注射液，摇动至溶解，释放出二氧化碳，采用秒表记录至溶液澄清所需的时间。每个批号样品平行操作两次。

由图7数据所示，自制制剂复溶速度与市售样品基本一致，均优于现有技术样品，能够满足下游制剂客户需求。通过观察发现，现有技术样品在溶解时药品粉末易抱团，粘在瓶盖与瓶颈之间，复溶时间较长；自制样品由于晶体形貌规则、颗粒均匀，在溶解时能够与碳酸钠迅速反应；市售样品虽然流动性较好，但在溶解时有少量大颗粒沉在瓶底，也会增加复溶时间。

图7 复溶时间对比图Fig.7 Comparison diagram of re solution time

3 结论

通过研究发现，经正交试验优化的工艺（一调pH值4.2，搅拌转速200 r/min，流加速率1.25 mL/ min，晶种用量1 %）制备出头孢他啶产品晶体饱满形貌规则，解决了现有技术产品在过滤洗涤时出现细粉漏晶的问题，产品收率可提升2.97 %；分装成注射剂后复溶时间在80 秒左右，较现有技术产品具有明显优势。优化工艺得到的产品颗粒均匀，流动性好，复溶操作时药粉迅速溶解，未有难溶大颗粒或粉末聚结，能够满足下游制剂客户的需求。优化工艺不仅操作简单，稳定可行，还降低了生产成本，适用于产业化生产。