莫能菌素鈉在甲醇和乙醇溶液中溶解度的測定與關(guān)聯(lián)

劉俊果

（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018）

莫 能 菌 素 鈉 （C36H61O11Na，CAS 22373-78-0,MW=692.9,圖1）是聚醚類離子通道型抗生素的代表性藥物，作為雞抗球蟲藥物、反芻動物（牛、羊等）生長促進(jìn)劑（因抑制瘤胃中厭氧革蘭氏陽性菌的繁殖、減少甲烷而促進(jìn)生長）而得到廣泛應(yīng)用[1-2]。莫能菌素鈉在水中不溶，在甲醇、乙醇、氯仿中易溶[3]，其分子結(jié)構(gòu)見圖1[1]。

圖1 莫能菌素鈉的分子結(jié)構(gòu)

莫能菌素鈉由肉桂地鏈霉菌（Streptomyces cinnamonensis）發(fā)酵而得，其下游提取工藝主要步驟如下：發(fā)酵液預(yù)處理——過濾——菌絲有機溶劑浸提——濃縮——浸膏——結(jié)晶——重結(jié)晶[4-5]。因此，莫能菌素在相關(guān)體系中的溶解度數(shù)據(jù)是下游工藝優(yōu)化的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而文獻(xiàn)中有關(guān)莫能菌素的報道大多集中于發(fā)酵生物合成[6]、制劑[7]、臨床應(yīng)用[8]等，有關(guān)溶解度方面的報道在中外文獻(xiàn)中都極為罕見。

本實驗采用固液平衡法[9]得到飽和溶液，用重量法測定溶解度。由于現(xiàn)在的提取工藝大多用的是甲醇或乙醇，所以試驗溶劑選用甲醇和乙醇，最后對結(jié)果采用經(jīng)驗多項式和半經(jīng)驗關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。本論文的結(jié)果可豐富莫能菌素鈉的溶解度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為提取工藝優(yōu)化、制劑開發(fā)提供支持。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

莫能菌素鈉，白色結(jié)晶性粉末，純度≥99.1%,無棣瑞利康生物工程有限公司；甲醇、乙醇均為分析純，天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心；水為實驗室自制去離子水。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市英峪予華儀器廠）；MA30水份測定儀（Sartorius公司）；SK-1快速混勻器（金壇市富華電器有限公司）。

1.2 實驗方法

將甲醇、乙醇用水配制成60%～100%（體積濃度）的溶液，加入莫能菌素鈉純品，放在恒溫水浴鍋中30℃下保持2.5h，期間每30min振蕩一次，使之達(dá)到溶解平衡，最后靜置30min，上清液即為達(dá)到溶解平衡的飽和溶液。用移液器將上層清液加入到水份測定儀MA30中的平板上，溫度設(shè)置在120℃，程序設(shè)為自動，分別記錄蒸發(fā)前后的質(zhì)量，根據(jù)重量法計算莫能菌素的溶解度。實驗完成后，調(diào)整水浴鍋到其他溫度，重復(fù)上述實驗步驟。每個實驗重復(fù)三次，相對誤差不高于5%。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶解度數(shù)據(jù)

測定了莫能菌素鈉在60%～70%（體積濃度）的甲醇水溶液和乙醇水溶液的溶解度，其中甲醇體系的溫度范圍是273.15K～333.15K，乙醇體系的溫度范圍是273.15K～343.15K，溫度范圍的差異主要是由于考慮到乙醇體系的沸點更高一些，工業(yè)上結(jié)晶過程可能選用的 溫度也會更高一些。溶解度測量結(jié)果分別見表1和表2。

表1 莫能菌素鈉在不同濃度甲醇溶液中的溶解度（g/100m L）

表2 莫能菌素鈉在不同濃度乙醇溶液中的溶解度（g/100m L）

由表1和表2可以看出，不論是在甲醇水溶液還是在乙醇水溶液中，莫能菌素鈉的溶解度都隨著醇濃度的提高和溫度的上升而急劇增加，這說明莫能菌素鈉的溶解過程是一個吸熱過程。在相同的溫度下，在60%～80%的醇濃度范圍內(nèi)，乙醇體系中的溶解度比甲醇體系的溶解度要高一些。而在90%～100%醇濃度范圍內(nèi)，較低溫度時，乙醇體系中的溶解度顯著高于甲醇體系，而在較高溫度，甲醇體系中的溶解度顯著高于乙醇體系。這說明，醇濃度大于90%時，甲醇體系中的溶解度增加的速度明顯比乙醇體系快。這種變化的機理尚不清楚，需進(jìn)一步探索。

2.2 溶解度數(shù)據(jù)擬合

在溶劑、溶質(zhì)和壓力等因素確定時,溶解度由溫度決定,假設(shè)溶解度是隨溫度連續(xù)變化的,則溶解度可以用溫度的多項式方程[10]來表示:

莫能菌素鈉在甲醇水溶液和乙醇水溶液的溶解度數(shù)據(jù)采用多項式經(jīng)驗方程擬合，結(jié)果（公式系數(shù)和決定系數(shù)）見表3。

假定溶液的焓變?yōu)闇囟鹊木€性函數(shù)，依據(jù)Clausius-Clapeyron方程進(jìn)行積分得出：

簡化為下式[11]：

式中：x為摩爾分?jǐn)?shù)溶解度，A、B和C為Apelblat方程參數(shù)。將莫能菌素鈉在甲醇水溶液和乙醇水溶液的溶解度數(shù)據(jù)采用Apelblat方程擬合，結(jié)果（公式系數(shù)和決定系數(shù)）見表4。

比較多項式經(jīng)驗方程和Apelblat方程擬合的結(jié)果，可以看出：①多項式經(jīng)驗方程擬合的決定系數(shù)（R2）更高一些，多項式經(jīng)驗方程擬合效果比Apelblat方程好；②莫能菌素鈉在甲醇水溶液中的溶解度數(shù)據(jù)采用這兩種方程擬合時，決定系數(shù)（R2）都比乙醇溶液高一些。

3 結(jié)論

本文采用固液平衡法測定了莫能菌素鈉在60%～100%的甲醇溶液和乙醇溶液中的溶解度。結(jié)果表明：不論是在甲醇水溶液還是在乙醇水溶液中，莫能菌素鈉的溶解度都隨著醇濃度的提高和溫度的上升而急劇增加。在相同溫度下，在60%～80%的醇濃度范圍內(nèi)，乙醇體系中的溶解度顯著高于甲醇體系的溶解度。對溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行了關(guān)聯(lián)，結(jié)果表明，多項式經(jīng)驗方程擬合效果比Apelblat方程好。本文的結(jié)果豐富了莫能菌素鈉的溶解度信息，可對其提取工藝優(yōu)化、制劑開發(fā)提供理論支持。

表3 莫能菌素鈉溶解度數(shù)據(jù)多項式經(jīng)驗方程擬合方程參數(shù)

表4 莫能菌素鈉溶解度數(shù)據(jù)Apelblat經(jīng)驗方程擬合方程參數(shù)

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