高效青霉素萃取助劑的合成研究*

趙 強(qiáng)，劉傳玉，胡永玲，王 晶

（黑龍江省科學(xué)院石油化學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱150040）

前 言[1,2]

我國(guó)制藥行業(yè)發(fā)酵法制青霉素、紅霉素、麥迪霉素、林可霉素等數(shù)十種藥都采用溶劑萃取法提取，青霉素生產(chǎn)中含有大量的蛋白質(zhì)、有機(jī)色素及其他生物副產(chǎn)物，在萃取過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的乳化，若不采用適合的破乳劑，無(wú)法使兩相完全分離，因此破乳是青霉素生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是青霉素生產(chǎn)中使用的較大助劑之一。

我國(guó)目前使用的青霉素發(fā)酵液破乳劑大部分為國(guó)產(chǎn)破乳劑，屬烷基單胺聚氧乙烯醚與添加劑混合形成的破乳劑或咪唑啉類等復(fù)配型破乳劑。它們雖然克服了傳統(tǒng)的由油酸、多乙烯胺、烷基二乙醇胺簡(jiǎn)單混合組成的破乳劑的不足，但也存在用量大，成本高、界面不十分清晰，界面厚、萃取收率低等缺點(diǎn)，造成大量的原料和人工的浪費(fèi)，增加了企業(yè)成本，限制了企業(yè)的快速發(fā)展，以至于現(xiàn)在部分廠家仍然采用進(jìn)口的破乳劑，形成國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口混合狀態(tài)，進(jìn)口破乳劑的價(jià)格是國(guó)產(chǎn)破乳劑的3倍，增加了青霉素的成本。這對(duì)制藥企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和老百姓的切身利益有很大的影響，是一個(gè)亟待解決的問題。

國(guó)外近幾十年來(lái)研究的主要是提高破乳劑的破乳效果，降低成本以及破乳劑所產(chǎn)生的環(huán)境污染等問題。由于技術(shù)保密，公開發(fā)表的信息很少，從文獻(xiàn)上看，國(guó)外青霉素用破乳劑的發(fā)展經(jīng)歷了初期時(shí)代，這時(shí)代主要采用的破乳劑為無(wú)機(jī)鹽、低碳鏈醇胺、脂肪胺聚氧乙烯醚等簡(jiǎn)單化合物為破乳劑，這些破乳劑破乳十分緩慢，界面相對(duì)較大，萃取收率低；到了發(fā)展中期，主要以脂肪酰胺（DEMULSO-I），聚烷醇胺季胺鹽為代表，這類破乳劑破乳速度相對(duì)較快，但界面不是十分清楚，萃取效率相對(duì)低；目前國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家抗生素破乳劑已經(jīng)相對(duì)成熟，大部分是以合成為主，復(fù)合為輔，這類破乳劑比較穩(wěn)定、效果好，被廣泛采用，典型產(chǎn)品有：合成乙氧基脂肪二胺復(fù)合物；DEMULSO-III（醇胺縮合物和合成乙氧基酚類復(fù)合物）；醇胺縮合物和合成季胺鹽復(fù)合物，其中以合成乙氧基脂肪二胺復(fù)合物效果最好，具有萃取率高、用量少、界面清晰、界面層薄、分離速度快、適應(yīng)性好等特點(diǎn)。目前國(guó)外破乳劑的研究主要是向“一劑多用”方面發(fā)展，就是說(shuō)一個(gè)破乳劑不但對(duì)同樣發(fā)酵過程不同的發(fā)酵液適應(yīng)性好，而且對(duì)不同的發(fā)酵過程也適應(yīng)。

我國(guó)的破乳劑發(fā)展屬于被動(dòng)發(fā)展。20世紀(jì)90年代初，哈爾濱制藥總廠成功引進(jìn)第一臺(tái)POD并投入使用正常后，國(guó)內(nèi)幾家大型制藥集團(tuán)也相繼引進(jìn)POD機(jī)來(lái)替代較落后的TA離心機(jī)，青霉素的分離由離心機(jī)分離向萃取分離邁出實(shí)質(zhì)性的一步，但使用的破乳劑完全依賴國(guó)外進(jìn)口。國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)開始進(jìn)行破乳劑的研究與替代工作，在短短的十幾年中，我國(guó)的破乳劑研究工作取得了很大進(jìn)展。首先開發(fā)出相當(dāng)于國(guó)外初期水平的破乳劑油酸、多乙烯胺、烷基二乙醇胺簡(jiǎn)單混合組成的破乳劑和表面活性劑DC12（咪唑啉類）以及破乳劑PPB（十五烷基溴化吡淀）和1231（十二烷基三甲基溴化銨）等效果較差的破乳劑，進(jìn)而又開發(fā)出D925M、WMn-n、P280cc-發(fā)酵液油水分離用破乳劑等。這些產(chǎn)品相當(dāng)于國(guó)外中期發(fā)展水平，雖可以部分替代國(guó)外破乳劑，但缺點(diǎn)也不少，成本高、界面不十分清楚，萃取效率相對(duì)低，目前我國(guó)科技人員和企業(yè)也正在積極開發(fā)新的破乳劑以完全取代國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品。

目前，我國(guó)青霉素的生產(chǎn)量已經(jīng)穩(wěn)居世界第一，生產(chǎn)能力達(dá)到20000t/a，我國(guó)青霉素的實(shí)際年產(chǎn)量也已經(jīng)超過12000t，約占世界青霉素生產(chǎn)量的60%，每年消耗破乳劑5000t左右，僅哈爾濱制藥總廠年消耗破乳劑就達(dá)400～500t。由于國(guó)產(chǎn)破乳劑收率低，浪費(fèi)較大，雖然進(jìn)口破乳劑的價(jià)格較高，國(guó)內(nèi)企業(yè)仍有一部分采用進(jìn)口破乳劑，或者采用進(jìn)口、國(guó)產(chǎn)相結(jié)合的方法，據(jù)了解我國(guó)每年仍然進(jìn)口破乳劑約1000t左右。由于近幾年國(guó)內(nèi)外青霉素市場(chǎng)趨于飽和，市場(chǎng)迫切需要效果與國(guó)外優(yōu)良產(chǎn)品相當(dāng)，接近國(guó)內(nèi)產(chǎn)品價(jià)格的破乳劑，來(lái)提高青霉素的收率，企業(yè)都在提高技術(shù)水平、降低生產(chǎn)成本以適應(yīng)市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的需要。

1 實(shí)驗(yàn)部分[2～4]

1.1 儀器設(shè)備和試劑

儀器設(shè)備：不銹鋼高壓釜：0.5L，大連通達(dá)反應(yīng)釜廠。

試劑：環(huán)氧乙烷，工業(yè)級(jí)，純度99%，黑龍江綏陵化工廠；牛脂二胺，工業(yè)級(jí)，純度95%，山東淄博油脂化學(xué)廠；KOH，試劑，99%，天津市科密歐化學(xué)試劑廠；NaOH，試劑，99%，天津市科密歐化學(xué)試劑廠；BF3，試劑，含量（以BF3計(jì)）47.0%～47.7%，上海賀寶化工有限公司；大豆油，食品級(jí)，黑龍江九三油脂集團(tuán)；三乙醇胺，工業(yè)品，純度≥85%，撫順佳化公司；二乙二醇，試劑，分析純，沈陽(yáng)化工試劑廠；甘油，試劑，分析純，沈陽(yáng)化工試劑廠。

1.2 乙氧基脂肪二胺的合成

反應(yīng)方程式：牛油二胺的化合物很復(fù)雜，碳鏈分布很廣（C12-C22），我們以十八胺反應(yīng)式為基準(zhǔn)，如下：

將牛油二胺324g加入到0.5L不銹鋼高壓釜中，加入催化劑，加熱到150～160℃，通入環(huán)氧乙烷進(jìn)行反應(yīng)，由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，開始加熱將牛油二胺溶解后，停止加熱，以控制環(huán)氧乙烷的流量來(lái)控制反應(yīng)溫度，使其維持在150～160℃，以環(huán)氧乙烷消耗的物質(zhì)的量控制反應(yīng)的終點(diǎn)。

環(huán)氧乙烷結(jié)合率=反應(yīng)的環(huán)氧乙烷量（mol）/總的環(huán)氧乙烷量（mol）

1.3 輔助破乳劑油酰胺的合成

化學(xué)反應(yīng)方程式：

RCOOH+NH（CH3CH2O）3→RCON（CH3CH2O）3+H2O

將植物油100g與三乙醇胺80g（物質(zhì)的量比1∶2）混合加入到帶有加熱、攪拌的500mL三口瓶中，并且通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，加熱到115℃，反應(yīng)5h，直至反應(yīng)液胺值不再發(fā)生變化（胺值通過鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定檢測(cè)）即得到淺褐色黏稠產(chǎn)品，可直接用于復(fù)配產(chǎn)品中。

1.4 破乳劑的復(fù)配

在三口瓶中加入合成乙氧基脂肪二胺和輔助破乳劑、分散劑和潤(rùn)濕劑，攪拌加熱，反應(yīng)2h后即為產(chǎn)品破乳劑。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙氧基化脂肪二胺的合成催化劑篩選

分別以KOH、NaOH和BF3為催化劑，在相同催化劑用量、配比和反應(yīng)溫度下，得到的結(jié)果列于表1。

表1 不同催化劑對(duì)乙氧基脂肪二胺反應(yīng)的影響Table 1 The effect of different catalysts on the reaction of synthesizing ethyoxyl aliphatic diamine

由以上數(shù)據(jù)可以看出，不加催化劑反應(yīng)結(jié)合率太低，在其它條件相同情況下，用KOH作為催化劑，環(huán)氧乙烷結(jié)合率最高。

2.2 催化劑用量對(duì)制備乙氧基化脂肪二胺的影響

表2 催化劑用量對(duì)制備乙氧基化脂肪二胺的影響Table 2 The effect of catalyst amount on the reaction of synthesizing ethyoxyl aliphatic diamine

由以上數(shù)據(jù)可以看出，催化劑用量在大于1.0%以后對(duì)結(jié)合率的影響很小，考慮產(chǎn)品純度，效果等方面因素，以1.0%作為催化劑使用量。

2.3 溫度對(duì)制備乙氧基化脂肪二胺的影響

表3 溫度對(duì)制備乙氧基化脂肪二胺的影響Table 3 The effect of temperature on the reaction of synthesizing ethyoxyl aliphatic diamine

由以上數(shù)據(jù)可以看出，溫度低的時(shí)候，牛脂二胺的溶解不是很好，阻礙了環(huán)氧乙烷通入的均勻性，而溫度高，增加環(huán)氧乙烷的流動(dòng)性，跑空的概率加大，因此選擇150～160℃作為反應(yīng)溫度。

2.4 原料配比對(duì)制備乙氧基化脂肪二胺的影響

表4 原料配比對(duì)制備乙氧基化脂肪二胺的影響Table 4 The effect of ratio of raw materials on the reaction of synthesizing ethyoxyl aliphatic diamine

由以上數(shù)據(jù)可以看出，配比對(duì)反應(yīng)影響較小，但考慮產(chǎn)品溶解性和成本，3mol環(huán)氧乙烷比較好，故配比選擇008#配比。

2.5 主輔破乳劑配比考察

在相同使用量300ppm，和溶劑等其他都相同情況下對(duì)主、輔破乳劑的配比進(jìn)行考察，結(jié)果如下：

表5 不同主輔破乳劑配比的破乳性能Table 5 The demulsification performance of demulsifier with different ratios of main to assistant demulsifier

由以上數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)主、輔破乳劑為1∶（0.75～1.25）時(shí)，效果基本一樣，從成本和效果共同考慮，選擇主、輔破乳劑比例為1∶1比較合理。

2.6 產(chǎn)品性能測(cè)試

表6 新舊產(chǎn)品使用性能對(duì)照Table 6 The performance comparison between new and old products

由以上數(shù)據(jù)可以看出，所制備的破乳劑溶解性能好，界面層厚度和離心分層時(shí)間均優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品，青霉素收率可達(dá)90%以上。

3 結(jié) 論

（1）以牛油二胺和環(huán)氧乙烷為原料，合成了破乳劑乙氧基化脂肪二胺，牛脂二胺在反應(yīng)中基本全部轉(zhuǎn)化，以環(huán)氧乙烷結(jié)合率來(lái)計(jì)算，環(huán)氧乙烷結(jié)合率可達(dá)79.5%。

（2）用植物油和三乙醇胺合成了輔破乳劑油酰胺，產(chǎn)品可直接用于復(fù)配表面活性劑。

（3）用上述兩種表面活性物質(zhì)復(fù)配了用于制藥行業(yè)的破乳劑，選擇主、輔破乳劑的比例為1∶1（wt）比較合理,用于青霉素的提取，使用量300ppm，溶解情況良好，界面清晰，界面層厚度0.9～1.2mm，離心分層時(shí)間35s，青霉素提取收率（兩步，二次結(jié)晶）達(dá)90.6%。

［1］劉會(huì)洲，韓貴安.新型高效破乳劑在青霉素生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.化工時(shí)刊,1996，10（4）：3～7.

［2］BELLOS THOMAS J，KEATING RICHARD D.RESOLUTION OF EMULSIONS FORMED IN THE PRODUCTION OF PHARMACEUTICALS: EP,0404370［P］.1990－12－27.

［3］林康，李宇和，葉明,等.破乳劑:CN,1126196［P］.1996－07－10

［4］李繼晨，張銘，魏繼紅,等.新型破乳劑的小試研究［J］.黑龍江醫(yī)藥,2002，15（4）：273～274.