CN102796150A

CN102796150A - 一种高纯度西索霉素的分离纯化方法

Info

Publication number: CN102796150A
Application number: CN2012103159824A
Authority: CN
Inventors: 徐建国; 葛帅卡; 蒋立欣; 甘华平; 宋联; 付静; 吴敏; 李晓明
Original assignee: WUXI FORTUNE PHARMACEUTICAL CO LTD
Current assignee: WUXI FORTUNE PHARMACEUTICAL CO LTD
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2012-11-28

Abstract

一种高纯度西索霉素的分离纯化方法，属于有机化合物的膜分离结合连续色谱分离纯化技术领域。本发明利用连续色谱分离技术从西索霉素解析液中分离纯化得到高纯度的西索霉素。采用超、纳滤膜技术结合连续色谱分离系统，在膜分离生产过程中控制合理的温度条件，减少降解产物的生成，同时可以降低生产成本，缩短生产周期，提高产品质量，减少废水的排放量，西索霉素料液经连续色谱分离系统后能够更有效地得到分离纯化。高效液相色谱HPLC法测定分离纯化后产品的西索霉素纯度≥95%。

Description

一种高纯度西索霉素的分离纯化方法

技术领域

本发明涉及高纯度西索霉素的分离纯化方法，主要是应用了超、纳滤膜技术，通过控制膜分离过程中的温度条件，从而减少西索霉素的降解物质的产生；并运用连续色谱分离技术对西索霉素提取过程中产生的副产物进行分离纯化得到高纯度西索霉素的方法。属于有机化合物的膜分离结合连续色谱分离纯化技术领域。

背景技术

西索霉素是一种氨基糖苷类抗生素，该抗生素对革兰氏阳性和阴性菌均有较强的抗菌作用。临床疗效与卡那霉素相似，但对肾脏和第八对脑神经的毒性明显小于卡那霉素，临床上已广泛用于治疗感染性疾病，西索霉素也是奈替米星的前体物质。

目前西索霉素的生产方法普遍采用发酵液用树脂吸附后解析、浓缩、脱色，分离纯化前其中含有的主要成分为西索霉素、杂质及色素。其结构特征及性质都比较相似，并且在层析解离过程中它们之间的结构特征及性质差异比较小，用固定床树脂分离法分离虽然可以获得HPLC≥85%的西索霉素，但杂质较难分离需要反复上柱。目前提纯氨基糖苷类抗生素主要采用的是固定床树脂分离法，而此种方法在分离西索霉素过程中，由于上述原因导致分离效果不理想，特别是要得到高纯度（HPLC≥95%）的西索霉素存在生产收率低、成本高、周期长等缺点。

1) 生产周期很长，一批料液从发酵到西索霉素成品需要10天的生产周期。由于树脂量大，树脂利用率非常低，固定床在一次性投资时数量大，占地面积大。

由于西索霉素分离纯化前其中含有的主要成分结构和特征都比较相似，并化学极性差值比较小，现在为了得到高纯度（HPLC≥95%）的西索霉素在生产设备上必须让树脂离子交换柱柱径比1:6以上，让其各组分通过与树脂的交换，使其各组分在树脂上分别被树脂按强弱、多少及上下吸附，然后通过氨水及流速的控制对各组分进行解离，从而得到纯度相对比较高的西索霉素。这种生产工艺存在生产能力低下，产量提不上去，生产周期很长，固定投资巨大，占地面积大等缺点。

2) 由于树脂用量大，活化树脂需要的酸碱用量也大(包括用水)，每公斤西索霉素单耗酸为25公斤浓盐酸、10公斤液碱、5公斤液氨，废水排放量大，特别是含氨的废水，环保压力大。

3) 西索霉素与主要杂质性质极为相似，分离效果差，在树脂解吸收集液中，西索霉素与杂质混合液所占比重大；西索霉素收集液纯度低，一次合格率低，需要反复上柱分离，收率仅为45%-60%。

发明内容

本发明的目的在于针对目前西索霉素固定床树脂分离提纯工艺所存在的缺点，设计一种生产高纯度西索霉素的方法——采用超、纳滤膜技术组合连续色谱分离系统，使西索霉素解析液经连续色谱分离系统后能够更有效地得到分离纯化，在膜分离生产过程中控制合理的温度条件，减少降解产物的生成，同时可以降低生产成本，缩短生产周期，提高产品质量，减少废水的排放量。

西索霉素

英文名：Sisomicin；

化学名：O-3-去氧-4-C-甲基-3-甲氨基-β-阿拉伯糖吡喃糖基（1→4)-O〔2,6-二氨基-2,3,4,6-四去氧-α-D-甘油基-4-烯己吡喃糖基-(1→6)〕-2-去氧-L-链霉胺；

化学结构式：

Figure 2012103159824100002DEST_PATH_IMAGE001

分子式： C₁₉H₃₇N₅O₇

西索霉素为白色或类白色粉末，无臭或几乎无臭，味微苦；有引湿性。在水中易溶，在甲醇、乙醇、丙酮、氯仿及乙醚中几乎不溶。本品及溶液在pH中性和碱性条件下很稳定，在酸性条件下容易失活，西索霉素游离碱是白色固体。

生产工艺过程

（1）西索霉素解析液的制备

软水冲洗：将已吸附西索霉素发酵液的饱和树脂装入离交柱，用软水反冲至洗水无悬浮物，澄清透明。

稀酸洗涤：将软水冲洗后的饱和树脂，用0.20±0.02mol/L的HCL以3000L/h左右流量洗涤至Ca²⁺、Mg²⁺符合规定。

再次软水冲洗：将稀酸洗涤后的饱和树脂，用软水冲洗至pH4~5。

去离子水冲洗：将再次软水冲洗后的饱和树脂，用去离子水冲至CL^-符合规定。

稀氨水洗涤：用0.20±0.02mol/L氨水，开足流量冲洗732树脂至出口洗水样呈中性后，将流量降为1000L/h，洗涤至有旋光单位。

解析、收集：将稀氨水换成浓氨水（3.0±0.3mol/L）解析，至732树脂柱出口有旋光单位开始收集。

（2）西索霉素浓缩液的制备

超滤：将解析液进行超滤。

纳滤：将超滤清液纳滤浓缩至质量浓度为5%-20%

将上述西索霉素浓缩液，上连续色谱柱分离。

本发明的技术方案：一种高纯度西索霉素的分离纯化方法，分离纯化步骤为：

（a）膜分离：西索霉素解析液通过超滤膜去除大分子物质，得到超滤清液，操作压力为0.1-0.8MPa，操作温度为5-35℃，透析水量以体积百分计占进料解析液体积的90%-120%；超滤清液使用截留分子量为200以下的纳滤或反渗透膜浓缩，操作压力为0.15-0.3MPa，操作温度为5-35℃，得到质量浓度为5%-20%的西索霉素浓缩液；

（b）连续色谱分离：西索霉素浓缩液经连续离交色谱柱，除去杂质，得到高纯度的西索霉素，连续色谱柱分离纯化西索霉素所采用的色谱柱数量是20-30根单元，树脂为强碱性阴离子交换树脂，树脂孔径为16-50目；树脂总量0.18m³；质量浓度为5%-20%的西索霉素浓缩液进料量0.5~0.6L/h；连续色谱分离纯化整合在圆盘传送式顺向转动的连续色谱系统中，分离纯化工艺分以下几个区域：

(1) 解析区：1~6号或1~9号单元，

在该解析区，用连续洗脱方式，全部采用正进料，各单元离交柱串联，洗脱剂为2~3N氨水，从1号柱单元进料，流量为4L/h，从6号或9号柱单元收集解析液，解析液主要为西索霉素；

(2) 分离区：7~16号或10~26号单元，

在该分离区，用连续洗脱方式，全部采用正进料，各单元离交柱串联，西索霉素浓缩液进入11或18号柱单元进料，洗脱剂为2~3N氨水，从7号或10号柱单元进料，流量为1L/h，16或26柱单元出料为杂质，根据其质量决定是否需要回收；

(3) 再生区：17~20号或27~30号单元，

该区 4个单元均单独进料，且为逆向或顺向进料，每一单元再生后的冲洗水或溶液均运用混合器来配制试剂从而达到再利用；

所用进料再生液，其中17号或27号为水，流量为5L/h；18号或28号为1N氢氧化钠，流量为3L/h；19号或29号为水，流量为5L/h；20号或30号为2 N盐酸，流量为3L/h；

（c）薄膜浓缩：解析区所得解析液再用蒸汽加热真空薄膜浓缩，操作条件为真空度0.04-0.1MPa，操作温度为45-65℃，浓缩至西索霉素质量浓度为25%-35%的浓缩液；

（d）喷雾干燥：25%~35%的浓缩液用活性炭脱色后用喷雾干燥的方法获得西索霉素固体产品，喷雾干燥条件如下：塔顶温度110-125℃，塔底温度70-85℃，进料流量15-35L/h，高效液相色谱HPLC法测定产品西索霉素纯度≥95%。

利用连续色谱分离技术从西索霉素解析液中分离纯化西索霉素，上连续色谱柱的进料液的西索霉素浓度控制在5%-20%，pH 10-13。

所述超滤膜的材质选用聚砜、聚丙烯腈、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或陶瓷膜，截留分子量为2000-12000；纳滤膜材质选用醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜或聚乙烯醇，截留分子量为50-400；反渗透膜的材质选用芳香族聚酰胺低压复合膜或醋酸纤维素膜。

西索霉素连续色谱分离（以20个柱单元为例）提纯工艺：

西索霉素料液经过连续色谱分离系统，取代了原有的固定床分离设备，使得原有的固定床的吸附、淋洗、洗脱、再生等整个工段整合在圆盘传送式顺向转动的连续色谱分离系统内，它将原有的固定床中的整段树脂分割成若干段，在原工艺方法传质区前面的那部分树脂重新位于一个或几个小的树脂柱内，这样可以重新进入吸附、洗脱、再生等循环内，利用起原来未被起用的部分树脂，树脂利用率就大大提高了，同时还可以减少化学试剂、水等的消耗量。圆盘传送式连续色谱分离系统拥有大量的柱(分离)单元，也使得它们能非常有效地应用于连续分级生产过程。根据西索霉素料液中各成分的特性，本发明所选择的树脂为强碱性阴离子交换树脂，树脂颗粒直径在16-50目，均匀度95%以上，并将连续色谱分离整个流程20个分离小单元分为三个区域，各个区域组成如下：

1) 解析区：该解析区共6个柱单元(1至6号色谱柱串联)，色谱柱用氨水解析，且采用正进料，从1号柱单元进料，收集最后的6号柱单元出口的解析液，通过TLC检测，此时6号柱单元出口收集的应为西索霉素解析液。

2) 分离区：该区域共10个柱单元(7~16号色谱柱串联)，氨水从7号柱单元进口，西索霉素浓缩液进入11号柱单元进口，通过控制氨水流速，16号柱单元出口流出的液体为杂质，进三废中心处理。

3)再生区：该区共4个柱单元（17、18、19及20号色谱柱），均单独进料，为正，逆向进料，每一单元再生后的冲洗水或溶液均运用混合器来配制试剂从而达到再利用。

本发明的有益效果：本发明与固定床树脂分离工艺比较，优点在于：

1)将原固定床工艺的所有步骤都整合在圆盘传送式顺向转动的连续色谱系统中，使系统简单化，并减少工艺管道的布置，系统紧凑，可实现自动化控制；占地面积节约80%，厂房高度只需要固定床高度的1/3，同样生产能力的固定资产投资节约30%以上。

2)树脂利用率高，使产品的浓度、纯度及收率最优化；本发明工艺与固定床树脂分离工艺比较，其生产相同量单位的西索霉素需要的树脂总用量为原固定床树脂分离工艺所用的树脂量的30%，并且在树脂内部可以比较容易进行正、逆流，可以疏松树脂，防止其结块。

3) 减少化学试剂与水的用量，减少废水的排放；利用此工艺可以对物料进行回套使用，达到循环利用。

4) 系统采用自控装置，减少劳动负荷。

5) 提高生产效率，提高产能，生产周期相对于原固定床树脂分离工艺减少了1/3时间。

附图说明

图1西索霉素连续色谱分离（20个单元）的分离纯化流程图。

具体实施方式

实施例1：

下面结合图1对实施例进行详细说明：

本发明离交色谱柱所选树脂为强碱性阴离子交换树脂，如711树脂，树脂孔径为16-50目，树脂柱尺寸为Φ600×800mm，树脂柱实际体积为0.22m³，每个树脂柱填装量为0.18m³，实际填装比为82%。系统总尺寸约为5m×5m×6m(长×宽×高)，所有的离交色谱柱整合在以圆盘传送式顺向转动的连续色谱系统中。

西索霉素连续色谱分离（20个单元）提纯工艺分以下几个区域：

(1) 解析区（1~6单元）

在该解析区，用连续洗脱方式，全部采用正进料，串联进2~3N氨水，解析液收集主要为西索霉素。

(2) 分离区(7～16单元)

在该分离区，用连续洗脱方式，分离区全部采用正进料，串联进2~3N氨水，出口为杂质，根据其质量决定是否需要回收。

(3) 再生区(17~20号单元)

该区 4个单元均单独进料，且为逆向或顺向进料，每一单元再生后的冲洗水均运用混合器来配制试剂从而达到再利用。

其中17号为水；18号为氢氧化钠；19号为水；20号为盐酸。

本实例主要设计参数如下：

西索霉素质量浓度为5%-20%的浓缩液：进料量0.5L/h；每个单元柱树脂总量0.18m³；

分离区：(2~3N氨水) 1L/h；

解析区：(2~3N氨水) 4L/h；

再生区：各单元再生分别为：2 N盐酸3L/h；水洗5 L/h； 1 N氢氧化钠3L/h；水洗 5 L/h。

分离纯度：6号柱单元所收集部分能够满足下游工艺的要求。

在本连续色谱分离系统内，可以做到批内回用，在各步试剂再生后的水洗过程中的水可以回用到各再生的试剂中，水和试剂都可以回收利用。

运行费用以及经济效益分析：

1)运行费用：连续色谱分离系统的运行费用主要集中在树脂、酸碱、水这三部分，而主系统的电耗量极少(外围泵的电耗除外)。在进料1m³/d的情况下，系统树脂用量为3.6m³，寿命与固定床一样；

酸碱物料：酸 5 T /d；

液碱 5T/d；

水用量20 T/d。

2)经济效益分析：连续色谱分离系统应用于西索霉素的纯化分离，具有如下效益：

①减少树脂用量，减少再生试剂和水的消耗；

树脂用量减少了50%，酸碱用量减少了60%~70%，水用量减少了50%。

②收率提高；目前固定床西索霉素收率为 45%~60%，而连续色谱分离收率可以做到 65%~80%，平均提高收率20%以上。

③除了以上直接的收益，连续色谱分离系统还将会带来占地面积的减少、操作的简便、生产周期的缩短等诸多益处。

Claims

1.一种高纯度西索霉素的分离纯化方法，其特征在于分离纯化步骤为：

（b）连续色谱分离：西索霉素浓缩液经连续离交色谱柱，除去杂质，得到高纯度的西索霉素，连续色谱分离纯化西索霉素所采用的色谱柱数量是20-30根单元，树脂为强碱性阴离子交换树脂，树脂孔径为16-50目；每个树脂柱填装量为0.18m³；质量浓度为5%-20%的西索霉素浓缩液进料量0.5~0.6L/h；连续色谱分离纯化整合在圆盘传送式顺向转动的连续色谱系统中，分离纯化工艺分以下几个区域：

(1) 解析区：1~6号或1~9号单元，

(2) 分离区：7~16号或10~26号单元，

(3) 再生区：17~20号或27~30号单元，

2.根据权利要求1所述的高纯度西索霉素的分离纯化方法，其特征在于，利用连续色谱分离技术从西索霉素解析液中分离纯化西索霉素，上连续色谱柱的进料液的西索霉素浓度控制在5%-20%，pH 10-13。

3.根据权利要求1所述的高纯度西索霉素的分离纯化方法，其特征在于，所述超滤膜的材质选用聚砜、聚丙烯腈、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯或陶瓷膜，截留分子量为2000-12000；纳滤膜材质选用醋酸纤维素、磺化聚砜、磺化聚醚砜或聚乙烯醇，截留分子量为50-400；反渗透膜的材质选用芳香族聚酰胺低压复合膜或醋酸纤维素膜。