頭孢他啶結晶工藝優(yōu)化及質量研究

賀嬌，張建麗，任峰，孫玉雙，張美青

（華北制藥河北華民藥業(yè)有限責任公司，河北石家莊 052165）

頭孢他啶是由葛蘭素史克公司開發(fā)的第三代頭孢菌素類抗生素，臨床用于敏感菌所致的嚴重感染（如敗血癥、腦膜炎、菌血癥等），呼吸道感染（如肺炎、支氣管炎等），耳鼻喉部感染，皮膚及軟組織感染，泌尿系統(tǒng)感染，胃腸、膽及腹部感染，骨及關節(jié)感染等，其藥用針劑是頭孢他啶五水合物與碳酸鈉或精氨酸的無菌混合物[1-3]，結構式如圖1所示。

圖1 頭孢他啶化學結構式Fig.1 Chemical structural formula of ceftazidime

據(jù)國內(nèi)外文獻資料介紹，頭孢他啶是一種兩性物質，分子中同時含有一個氨基和兩個羧基。正是這種結構特點，使得它在水中不同pH值下的溶解度呈U型。針對于這種類型的物質，一般采用的是等電點結晶方式[5-6]，即先將頭孢他啶二鹽酸鹽加堿溶解過濾，然后通過加入適量酸結晶，得到終產(chǎn)品頭孢他啶五水合物。

由于現(xiàn)有工藝條件未達到最佳，造成制備的頭孢他啶產(chǎn)品顆粒不均。過細的晶體會導致漏晶，影響產(chǎn)品收率和流動性，而過大的晶體則會導致制劑產(chǎn)品溶解時間較長等問題。為了解決上述問題，本文在堿法結晶方法基礎上進行優(yōu)化，采用正交試驗設計對實驗過程中多個因素水平進行篩選。本優(yōu)化方法制備出的頭孢他啶質量穩(wěn)定，方法簡單，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：頭孢他啶二鹽酸鹽（河北金旭化工有限公司），丙酮為天津光復試劑有限公司，純化水采用惠儀浦公司HYP-QX型超純水機自制。

儀器：FE28型pH值計（上海梅特勒-托利多國際貿(mào)易有限公司）；JJ-1型精密增力電動攪拌器（常州天瑞儀器有限公司）；LC-20A型高效液相色譜儀（上海島津實驗器材有限公司）；Nikon E200型顯微鏡（尼康映像儀器銷售有限公司）。

1.2 實驗方法

稱取頭孢他啶二鹽酸鹽10 g，溶于50 mL純化水中，控溫5 ℃，加入3 mol 氫氧化鈉溶液至pH值5.5，再次加入0.05 g活性炭，脫色30 min后過濾。設定攪拌轉速100～500 r/min，緩慢滴加磷酸，控制流速0.5～1.75 mL/min，第一次調節(jié)體系pH值至3.8～4.6。加入0～5.0%晶種，養(yǎng)晶60 min。養(yǎng)晶結束后，繼續(xù)滴加磷酸，控制流速1.5 mL/min，第二次調節(jié)體系pH值至3.7，養(yǎng)晶180 min。過濾后丙酮洗滌濕粉，40 ℃干燥得到白色晶體。

1.3 單因素實驗

根據(jù)國內(nèi)外相關研究[7-9]，影響產(chǎn)品質量和晶體粒度的主要因素有一調pH值、攪拌轉速、流加速率、晶種用量等，分別將四個因素按照上述方法進行單因素實驗。

1.4 正交試驗設計

根據(jù)單因素實驗結果，選擇較優(yōu)水平區(qū)間，對頭孢他啶結晶工藝進行四因素三水平正交試驗，正交實驗安排見表1。

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

2 實驗結果與討論

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 考察一調pH值對比容的影響

設定攪拌轉速400 r/min，滴加磷酸1.5 mL/min，晶種用量5 %，調節(jié)體系一調pH值至3.8～4.6，檢測樣品比容，如圖2所示。結果顯示pH值4.2時，比容較小，頭孢他啶一調pH值控制在4.2左右較為適宜。

圖2 pH值對比容的影響Fig.2 Effect of pH value on specific volume

2.1.2 考察攪拌轉速對比容的影響

設定一調pH值至4.2，滴加磷酸1.5 mL/min，晶種用量5%，調節(jié)攪拌轉速100～500 r/min。檢測樣品比容，如圖3所示。結果顯示攪拌轉速在200 r/min時，比容有最小值，攪拌轉速控制在200 r/min左右較為適宜。

圖3 攪拌轉速對比容的影響Fig.3 Effect of stirring speed on specific volume

2.1.3 考察流加速率對比容的影響

設定攪拌轉速200 r/min，一調pH值至4.2，晶種用量5 %，調節(jié)滴加磷酸速率0.5～1.75 mL/min，檢測樣品比容，如圖4所示。結果顯示流加速率在1.25 mL/min時，比容有最小值，流加速率控制在1.25 mL/min左右較為適宜。

圖4 流加速率對比容的影響Fig.4 Effect of flow acceleration rate on specific volume

2.1.4 考察晶種用量對比容的影響

設定滴加速率1.25 mL/min，攪拌轉速200 r/min，一調pH值至4.2，調節(jié)晶種用量0～5 %，檢測樣品比容，如圖5所示。結果顯示晶種用量在1 %時，比容有最小值，晶種用量控制在1 %左右較為適宜。

圖5 晶種用量對比容的影響Fig.5 Effect of seed amount on specific volume

2.2 正交試驗結果

據(jù)表1中各因素所取水平，安排正交實驗，以比容為評價指標。試驗結果見表2，極差分析和方差分析結果見表3和表4。

表2 正交試驗設計與結果Tab.2 Orthogonal experimental design and results

表3 極差分析表Tab.3 Range analysis table

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

根據(jù)極差和方差分析表，對比容指標來講，因素的主次順序為A（一調pH值）＞D（晶種用量）＞B（攪拌轉速）＞C（流加速率），其中一調pH值影響顯著，流加速率影響最小。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)分析，當磷酸調節(jié)析晶pH值過低時，溶液過飽和度較高，得到大量體積細小的晶體；當pH值過高，加入的晶種快速生長，形成表面積較大的長方形薄片，受攪拌剪切作用下相互碰撞，產(chǎn)生大量碎晶，攪拌轉速也不易過快，所以最優(yōu)水平方案：A2B2C2D2。最佳結晶工藝條件：一調pH值4.2，攪拌轉速200 r/min，流加速率1.25 mL/min，晶種用量1 %。

2.3 工藝試驗

根據(jù)優(yōu)化后工藝參數(shù)平行三批實驗，與現(xiàn)有工藝對比粒徑和收率情況見表5，由于自制樣品頭孢他啶晶體規(guī)則飽滿，無細粉漏晶現(xiàn)象，粉體流動性好，優(yōu)化后工藝的平均收率較現(xiàn)有工藝提升2.97 %，實驗過程順利，重復性好。

表5 平行試驗結果Tab.5 Parallel test results

2.4 質量研究

參考中國藥典等現(xiàn)行質量標準，對自制樣品、現(xiàn)有技術樣品、市售樣品進行樣品檢驗，開展晶體形貌、流動性、溶液顏色、有關物質、復溶時間等項目的質量研究。

2.4.1 晶體形貌考察

取現(xiàn)有技術樣品（圖6-1）與自制樣品1（圖6-2），通過顯微鏡觀察，晶體形貌明顯改變，現(xiàn)有技術制備樣品晶體破碎無規(guī)則形貌，在貯存和運輸過程中容易、結塊，優(yōu)化工藝制備頭孢他啶樣品，晶體外形美觀，顆粒均勻，流動性好，易于運輸和貯存。

圖6 顯微鏡下晶體形貌Fig.6 Crystal morphology under microscope

2.4.2 流動性考察

三批自制頭孢他啶樣品使用漏斗法測定休止角。將漏斗置于繪圖紙上方一定距離，把混合粉裝入到漏斗中，使粉末由漏斗下口自由流出，至漏下的粉末堆積形成圓錐體。休止角α為錐體斜面與水平面的夾角，計算公式：

其中R為錐體底面半徑，H為錐體高度。當θ≤40°時即可滿足生產(chǎn)過程中的流動性需求。表6結果表明，優(yōu)化工藝自制頭孢他啶樣品流動性指標均優(yōu)于現(xiàn)有技術，且滿足生產(chǎn)分裝要求。

表6 頭孢他啶流動性指標測定結果Tab.6 Determination results of ceftazidime fluidity index

2.4.3 溶液顏色考察

取頭孢他啶樣品0.6 g，加1%碳酸鈉溶液5 mL使溶解，與標準比色液比較。由表7結果可知，由于優(yōu)化工藝產(chǎn)生規(guī)則晶體形貌，粉體松散，易于干燥，所以樣品色號較小，溶液的顏色較淺。

表7 頭孢他啶色號對比表Tab.7 Ceftazidime color number comparison table

2.4.4 有關物質考察

色譜條件：用十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑；流動相A為乙腈，流動相B為磷酸鹽緩沖溶液（取磷酸二氫銨22.6 g加水溶解并稀釋至1 000 mL，用10%磷酸溶液調節(jié)pH值至3.9），柱溫為35 ℃；檢測波長為255 nm；進樣體積為20 μL。供試品溶液：取樣品，加流動相A-流動相B（7∶93）溶解并稀釋制成每1 mL中約含1.2 mg的溶液。對照溶液：精密量取供試品溶液1 mL，置100 mL量瓶中，用流動相A-流動相B（7∶93）稀釋至刻度，搖勻。

有關物質檢測項結果如表8所示。優(yōu)化工藝通過加入適量晶種，使出晶過程平緩，結晶粉沉降好、濕比容小，易于洗滌，所以樣品雜質較少。

表8 頭孢他啶有關物質對比表Tab.8 Comparison table of related substances of ceftazidime

2.4.5 復溶時間考察

將頭孢他啶和碳酸鈉按照分裝工藝混合，分裝成1.0 g規(guī)格的注射用頭孢他啶，每瓶含1 g頭孢他啶及118 mg碳酸鈉。參考注射用頭孢他啶使用說明書中記載的1 g靜脈注射給藥方法進行復溶操作：將注射器針頭插入藥瓶封口，注入10 ml 0.9% 的氯化鈉注射液，搖動至溶解，釋放出二氧化碳，采用秒表記錄至溶液澄清所需的時間。每個批號樣品平行操作兩次。

由圖7數(shù)據(jù)所示，自制制劑復溶速度與市售樣品基本一致，均優(yōu)于現(xiàn)有技術樣品，能夠滿足下游制劑客戶需求。通過觀察發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術樣品在溶解時藥品粉末易抱團，粘在瓶蓋與瓶頸之間，復溶時間較長；自制樣品由于晶體形貌規(guī)則、顆粒均勻，在溶解時能夠與碳酸鈉迅速反應；市售樣品雖然流動性較好，但在溶解時有少量大顆粒沉在瓶底，也會增加復溶時間。

圖7 復溶時間對比圖Fig.7 Comparison diagram of re solution time

3 結論

通過研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)正交試驗優(yōu)化的工藝（一調pH值4.2，攪拌轉速200 r/min，流加速率1.25 mL/ min，晶種用量1 %）制備出頭孢他啶產(chǎn)品晶體飽滿形貌規(guī)則，解決了現(xiàn)有技術產(chǎn)品在過濾洗滌時出現(xiàn)細粉漏晶的問題，產(chǎn)品收率可提升2.97 %；分裝成注射劑后復溶時間在80 秒左右，較現(xiàn)有技術產(chǎn)品具有明顯優(yōu)勢。優(yōu)化工藝得到的產(chǎn)品顆粒均勻，流動性好，復溶操作時藥粉迅速溶解，未有難溶大顆?；蚍勰┚劢Y，能夠滿足下游制劑客戶的需求。優(yōu)化工藝不僅操作簡單，穩(wěn)定可行，還降低了生產(chǎn)成本，適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。