苯氧甲基青霉素分離技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展

張小雙　趙志普

摘 要：本文對青霉素V的分析方法、提取分離技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了闡述。重點介紹了其應(yīng)用特別是在下游產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)方面的優(yōu)勢。同時，對今后青霉素V技術(shù)發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：青霉素;青霉素V;分離技術(shù)

一、青霉素概述

1929年Flemming發(fā)現(xiàn)了青霉素（Penicillins），這是世界上最著名的抗生素，也是人類應(yīng)用于臨床的第一種抗生素。青霉素是臨床抗感染的首選藥物之一，長期以來，國內(nèi)外臨床一致證實青霉素具有抗菌作用強(qiáng)、療效高、毒性低等優(yōu)點，目仍廣泛應(yīng)用于臨床，而且在治療很多感染疾病中仍為首先藥物。青霉素是由青霉菌所產(chǎn)生的一類抗生素的總稱，它們是由不同菌種或同一菌種在不同培養(yǎng)條件下培養(yǎng)所得的同一類化學(xué)物質(zhì)。青霉素是臨床抗感染的首選藥物之一，同時又是裂解生產(chǎn)6 APA（6氨基青霉烷酸）和7 ADCA（7氨基3去乙酰氧基頭孢烷酸）等半合成抗生素中間體的重要原料，是當(dāng)今β內(nèi)酰胺抗生素市場的基石。青霉素發(fā)酵液中含有5種以上天然青霉素（如青霉素F、G、X、K、F和V等），其共同的化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖。

1.2青霉素V概述

苯氧甲基青霉素又稱青霉素V，最初是由Behrens等于1947年采用生產(chǎn)青霉素G菌種，在發(fā)酵過程中加入正（2羥乙基）苯氧乙酰胺特殊前體試制成功，并于1955年生產(chǎn)出口服制劑并應(yīng)用于臨床。青霉素V對酸穩(wěn)定性高，不易被胃酸破壞，口服吸收好，其口服劑尤其適合兒童使用。而且作注射針劑使用時，可不做皮試，安全性高。目前，美國、英國、德國等國家均有規(guī)模生產(chǎn)，并在美國、日本、西班牙、荷蘭和西歐等一些國家的臨床上廣泛使用。青霉素 V分子結(jié)構(gòu)主要由β-內(nèi)酰胺環(huán)和四氫噻唑環(huán)組成，其中β-內(nèi)酰胺環(huán)起到主要的抗菌作用，含有苯氧甲基的側(cè)鏈結(jié)構(gòu)對青霉素 V 的理化性質(zhì)也有較大的影響。青霉素分子中含有 3個不對稱碳原子，故具有旋光性。青霉素 V 用青霉素酶失活后，在 268nm 和 274nm 有兩個苯環(huán)吸收峰，其消光系數(shù)分別為 1330 和 1100，比值為 1.2。青霉素 V為白色晶體，青霉素 V 鉀為白色晶體，屬三斜晶系。

二、青霉素V提取技術(shù)研究

目前國內(nèi)外有關(guān)青霉素V生產(chǎn)提取的文獻(xiàn)報道較少，并且大多是早期的研究工作。國內(nèi)許多公司基本上沿用青霉素G的生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)青霉素V，只是將部分工藝條件進(jìn)行了調(diào)整。溶劑萃取法和沉淀法是目前青霉素V生產(chǎn)過程中主要的分離提純方法。

2.1溶劑萃取法

青霉素V的p Ka為2.7，且耐酸性能好。在較低的p H值時，大部分青霉素V以未解離酸分子形式存在，在水中溶解度較低但易溶于有機(jī)溶劑，因此可用溶劑萃取技術(shù)提取青霉素V。溶劑萃取法提取青霉素雖然有對設(shè)備要求高、過程易乳化、溶媒消耗量相對較大等缺點，但是此技術(shù)相對成熟，具有濃縮倍數(shù)大、生產(chǎn)周期短、效率高和易實現(xiàn)高效的連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點，故仍是青霉素V提取普遍采用的方法。溶劑萃取分物理萃取和反應(yīng)萃取兩大類。目前在青霉素提取過程中普遍采用的是碳-鍵合氧給予體類型的萃取劑，即碳?xì)浠衔锖腿〈奶細(xì)浠衔锶軇?，在p H值為2.0左右進(jìn)行萃取青霉素，萃取收率服從分配定律，稱為物理萃取。從一些國外的專利來看，工業(yè)上青霉素V常以鉀鹽的形式提取且和青霉素G鹽提取工藝相似，由于青霉素V耐酸性好，不易降解，因此采用乙酸丁酯等溶劑萃取法生產(chǎn)青霉素V比生產(chǎn)青霉素G具有優(yōu)勢而普遍采用。但是國內(nèi)目前由于青霉素V提取技術(shù)不成熟，在工藝控制、收率和質(zhì)量上還與國外有一定的差距，有待進(jìn)一步研究。

2.2沉淀法

沉淀法是分離青霉素V酸的最簡單而經(jīng)濟(jì)的方法。青霉素V酸生產(chǎn)可以通過加入無毒的弱酸或部分有機(jī)強(qiáng)酸到青霉素V發(fā)酵濾液或鹽溶液中調(diào)節(jié)pH值獲得。酸性相對較弱的酸離解常數(shù)常選擇在（1.3～6.6）×105的一元脂肪酸，如乙酸、丙酸等，或二元脂肪酸，如丁二酸等。強(qiáng)酸的離解常數(shù)至少為1.7×104，如硫酸、鹽酸、磷酸、檸檬酸等。酸化過程中強(qiáng)酸的存在可以使青霉素V酸沉淀完全。為了獲得較高的收率，通常先加入弱酸，然后緩慢加入強(qiáng)酸或部分強(qiáng)酸與弱酸同時加入，大部分青霉素V酸沉淀后，加入剩余的強(qiáng)酸。利用沉淀法直接從發(fā)酵液中回收分離和提純青霉素V優(yōu)點很多，如節(jié)省或不用溶媒，收率高;操作費用降低;設(shè)備簡單，工藝路線短;對羥基青霉素V酸化后存在液相中等。但是在青霉素V酸化過程易形成黏性的油狀物，過濾處理存在一定的問題。

三、青霉素V的應(yīng)用研究

由于青霉素V與青霉素G抗菌譜相似，可作為有效的抗菌藥物，特別是青霉素V耐酸性好，不易被胃酸破壞，口服吸收好，可以直接加工成青霉素V鉀鹽口服制劑;同時用作注射針劑時使用方便，可不做皮試，有較高的安全性。但是由于青霉素G在臨床上長期使用，造成抗藥菌的普遍產(chǎn)生，進(jìn)而使療效下降，因而大部分青霉素V、青霉素G被用作原料來生產(chǎn)6 APA、7 ADCA、β內(nèi)酰胺中間體等下游產(chǎn)品。盡管目前采用青霉素G/青霉素G酰化酶系統(tǒng)結(jié)合在酶法工業(yè)生產(chǎn)6 APA中占有主導(dǎo)地位，然而由青霉素V/青霉素V?；赶到y(tǒng)結(jié)合技術(shù)在底物濃度、操作條件等方面具有一定的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢。

（1）在萃取過程中青霉素V在水溶液中，特別是在低pH值條件下穩(wěn)定性較高;生產(chǎn)青霉素V的菌株可以承受較高的苯氧乙酸的濃度，進(jìn)而可以提高單位發(fā)酵液青霉素V的收率;青霉素V在水相中較高的穩(wěn)定性還可以提高酶法生產(chǎn)6 APA的收率。但是由于青霉素V提取技術(shù)等原因?qū)е略谠仙锨嗝顾豓?；赶到y(tǒng)的成本比青霉素G要高10%～15%，這也是青霉素V和青霉素V酰化酶結(jié)合工藝推廣應(yīng)用的主要障礙之一。

（2）青霉素V?；缚梢运廨^高的底物濃度而獲得6 APA較高的水相濃度進(jìn)而提高沉淀收率，同時還可以省去在青霉素G?；赶到y(tǒng)中的反滲透濃縮設(shè)備。據(jù)報道，青霉素V酰化酶在高濃度的底物條件下比青霉素G?；皋D(zhuǎn)化率要高。在pH值為7.0時，青霉素V?；杆?2%的青霉素V溶液轉(zhuǎn)化率為98%，而青霉素G?；杆?2%的青霉素G溶液轉(zhuǎn)化率為90%;在pH值為8.0時，水解20%的青霉素溶液轉(zhuǎn)化率分別是99.5%，97.5%。

（3）可以在中性溫和、適宜的pH值下操作，降低青霉素V和6 APA的降解。絕大部分青霉素G酰化酶是在pH值為7.8～8.5使用，而青霉素V酰化酶為pH值為5.6～8.5，并且多數(shù)在pH值為7.0或低于7.0。青霉素V還可以生產(chǎn)半合成頭孢菌素類。一般先將青霉素V五元環(huán)通過化學(xué)擴(kuò)展法等轉(zhuǎn)變?yōu)榱h(huán)頭孢類（Ceph V），然后通過化學(xué)兩步水解法或一步酶法生產(chǎn)7 ADCA。工藝類似于6 APA的生產(chǎn)。青霉素V雖然在生產(chǎn)6 APA和7 ADCA有一定的優(yōu)勢，但是生產(chǎn)青霉素V的細(xì)胞培養(yǎng)的發(fā)展和有效地制備青霉素V固定?；溉匀皇菍⑶嗝顾谿轉(zhuǎn)向青霉素V工程的瓶頸。

總結(jié)

為拓展青霉素V利潤和生存空間，只有盡快調(diào)整其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展高質(zhì)量、高附加值的下游產(chǎn)品，采用新技術(shù)和工藝降低生產(chǎn)成本，同時注重清潔生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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