CN102993214B - 一种头孢菌素的脱色方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种头孢菌素的脱色方法，首先向弱碱性丙烯酸系阴离子交换树脂柱中通入碳酸氢盐溶液，然后再用水洗涤，将树脂转型为碳酸氢型；然后将头孢菌素的大孔吸附树脂解吸液连续流过碳酸氢型的阴离子交换树脂柱，在柱出口处收集头孢菌素的脱色液。本发明通过对头孢菌素的大孔吸附树脂解吸液脱色用的阴离子交换树脂进行改型：由醋酸型改进为碳酸氢型，既保证了脱色的效果，又避免了醋酸根离子对环境的压力和对酶法裂解的影响；而且还能够取得明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于头孢菌素的制备技术领域，涉及一种头孢菌素的脱色方法。
背景技术
头孢菌素抗菌活性弱，基本无临床价值，但以头孢菌素为起始原料，可以得到7-ACA与7-ADCA两大β-内酰胺类抗生素的母核，进而经化学修饰可生产数十种临床常用的头孢类药物，而头孢类药物是目前国内用量最大的一类抗生素，可见头孢菌素的生产具有重要的战略价值。
7-ACA与7-ADCA母核的制备以前多采用化学裂解法，毒性大、污染重，环保压力极大。为了满足日益严苛的环保要求，7-ACA与7-ADCA的主流生产工艺已转为酶法裂解。酶法裂解所用的酶催化剂价格昂贵且对醋酸根敏感而易失活。而经典的头孢菌素分离纯化一般采用大孔吸附树脂吸附发酵液中的头孢菌素，用醋酸钠洗脱后所得解吸液经阴离子交换树脂脱色，所用阴离子树脂为醋酸型，显然这两步主要的头孢菌素生产工艺均会产生大量的醋酸根离子。为了适应新的酶法工艺，需要对原有分离纯化工艺进行改进。
有的厂家先通过纳滤浓缩、结晶的方法去除脱色液中的醋酸，得到头孢菌素的结晶，再将头孢菌素制成不含醋酸的溶液进行酶法裂解，很明显这是以延长工序、降低收率、提高生产成本为代价的。主流的做法是对分离纯化工艺进行调整，将大孔吸附树脂的解吸液调整为碳酸氢钠溶液，而为了保证脱色效果，阴离子树脂仍保持为醋酸型不变。然而这种改进的洗脱工艺尽管已减少了脱色液中醋酸的浓度，但仍对酶法裂解造成不利影响。
现有工艺所采用的阴离子树脂为凝胶型丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂，典型代表为Amberlite IRA67或Amberlite FPA53等。该树脂出厂的离子形式为自由羟基型。生产实践中一般将其离子型转为醋酸型使用。但这种脱色操作方式除上述缺点外，仍有如下不足。首先，树脂转型所用原料——醋酸价格较高；其次，生产过程中产生的醋酸废液环保压力大。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种头孢菌素的脱色方法，采用阴离子树脂的碳酸氢型进行脱色，既保证了脱色效果，又避免了醋酸根离子对环境的压力和对酶法裂解的影响。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种头孢菌素的脱色方法，包括以下步骤：
1）阴离子交换树脂首次使用时，向柱中通入碳酸氢盐溶液，然后再用去离子水洗涤，将阴离子交换树脂转为碳酸氢型；
2）将头孢菌素的大孔吸附树脂解吸液连续流过碳酸氢型的阴离子交换树脂柱脱色，在柱出口处收集头孢菌素的脱色液；
3）待碳酸氢型的阴离子交换树脂的色素吸附能力接近饱和时，将其进行再生，并转型为碳酸氢型后进行下次脱色。
所述的阴离子交换树脂的功能集团为弱碱性叔胺集团，其骨架为丙烯酸系。
所述的碳酸氢盐溶液为浓度0.5～1.0mol/L的碳酸氢钠溶液、0.5～2.5mol/L的碳酸氢铵或0.5～2.5mol/L的碳酸氢钾溶液。
所述从阴离子交换树脂柱的下端通入树脂柱体积2～6倍的碳酸氢盐溶液，流速为1～5BV/h；然后用3～10倍树脂柱体积的去离子水以2～10BV/h的流速洗涤，将阴离子交换树脂转为碳酸氢型。
所述的大孔吸附树脂解吸液以10～25BV/h的流速流过碳酸氢型的阴离子交换树脂柱；当流过50～150倍的树脂柱体积之后进行树脂的再生。
所述的碳酸氢型的阴离子交换树脂再生并转型为碳酸氢型为：
先用2～6倍树脂柱体积的0.5～1.5mol/L的NaOH溶液流过树脂层，然后用水洗涤至流出液pH为8.5～9.5；再用2～6倍树脂柱体积的碳酸氢盐溶液流过树脂层，最后用3～10倍树脂柱体积的去离子水洗涤。
所述的NaOH溶液的流速为1～5BV/h，碳酸氢盐溶液的流速为1～5BV/h，去离子水的流速为2～10BV/h。
所述的碳酸氢盐溶液为浓度0.5～1.0mol/L的碳酸氢钠溶液、0.5～2.5mol/L的碳酸氢铵或0.5～2.5mol/L的碳酸氢钾溶液。
所述的阴离子交换树脂柱包括多个阴离子交换树脂柱轮换吸附脱色。
所述的阴离子交换树脂柱采用旋转木马方式轮换。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的头孢菌素的脱色方法，通过对头孢菌素的大孔吸附树脂解吸液脱色用的阴离子交换树脂进行改型：由醋酸型改进为碳酸氢型，既保证了脱色的效果，又避免了醋酸根离子对环境的压力和对酶法裂解的影响；而且还能够取得明显的经济效益：一方面延长了酶的使用寿命，还由于醋酸价格较高，而碳酸氢型树脂转型原料——碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢铵价格远低于醋酸，在改用了碳酸氢型之后节省了原料成本；另一方面，改型或再生所产生的含碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢铵废液无毒，且可与现有的大孔吸附树脂解吸废液合并处理，环保设施可共用，节省了环保处理成本。
本发明提供的头孢菌素的脱色方法，阴离子树脂碳酸氢型的整体脱色效果与其醋酸型相当，其脱色效果能够满足现有的要求：在同样条件下对头孢菌素的大孔吸附树脂解吸液脱色（透光率64.3%），在处理1500ml的解吸液后，Amberlite FPA53醋酸型的脱色液透光率为97.2%，而其碳酸氢型的脱色液透光率为97.6%；处理10500ml后，Amberlite FPA53醋酸型的脱色液透光率为73.7%，而其碳酸氢型的脱色液透光率为75.2%。
本发明提供的头孢菌素的脱色方法，操作简单，效果明显，易于推广。仅需要对原有的树脂进行改型即可，而树脂的改型只需用碳酸氢盐溶液流过树脂柱即可实现。
附图说明
图1为旋转木马方式（Merry-go-round mode）进行连续脱色的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种头孢菌素的脱色方法，将阴离子交换树脂转为碳酸氢型，头孢菌素大孔树脂解吸液连续流过树脂床层实现脱色。下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明所关注的是对阴离子交换树脂的阴离子的改型，并不对具体的树脂类型限定。而现有常用的阴离子交换树脂为丙烯酸系的弱碱性阴离子交换树脂：其功能集团为弱碱性叔胺集团，其骨架为丙烯酸系。
而将弱碱性丙烯酸系阴离子树脂改型为碳酸氢型只需将树脂中通入碳酸氢盐溶液即可实现，所采用的碳酸氢盐溶液为浓度0.5～1.0mol/L的碳酸氢钠溶液、0.5～2.5mol/L的碳酸氢铵或0.5～2.5mol/L的碳酸氢钾溶液。
为便于与醋酸型脱色效果进行对比，下面实施例以阴离子交换树脂的醋酸型作为对照。
实施例1
一种头孢菌素的脱色方法，包括以下步骤：
1）树脂转型
各取100mL Amberlite FPA53（聚丙烯酸骨架，功能集团为叔胺，出厂离子形式为自由羟基）装柱，分别将其转为碳酸氢型与醋酸型。
具体的，以碳酸氢型为例，先从Amberlite FPA53层析柱的下端通入400mL 1.0mol/L碳酸氢钠溶液，流速为4BV/h；再从层析柱的上端通入500mL去离子水洗涤，流速5BV/h，洗涤完成后得到碳酸氢型的树脂。
醋酸型的转型方法与上述步骤基本一致，只需将上述的1.0mol/L碳酸氢钠溶液改为1.0mol/L醋酸溶液。
2）料液脱色
分别将透光率64.3%（透光率检测采用分光光度法，仪器：721可见分光光度计，检测波长为420nm，检测池厚度为1cm）的大孔吸附树脂解吸液以20BV/h的流速流过步骤1）所制备的碳酸氢型和醋酸型的两个树脂床层脱色，在出口处收集头孢菌素的脱色液，结果见表1。透光率检测表明碳酸氢型树脂的脱色效果与醋酸型相当。
表1弱碱性阴离子树脂Amberlite FPA53不同型脱色效果比较
3）树脂的再生与转型
一般当流过50～150倍的树脂柱体积的大孔吸附树脂解吸液之后树脂失效，需要进行树脂的再生。
再生时，先将1.0mol/L NaOH溶液400mL以4BV/h的流速通入失效的树脂柱层，再用去离子水洗至流出液pH 9.0为左右，然后用1.0mol/L碳酸氢钠溶液600mL以3BV/h的流速流过树脂床层转型，最后用500mL去离子水洗涤，流速10BV/h。
此时树脂已完成再生与转型，可直接进行下一批次的脱色使用。
实施例2
仍以醋酸型树脂作为对照。
1）树脂转型
各取100mL Amberlite IRA67装柱，分别将其转为碳酸氢型与醋酸型。
具体的，以碳酸氢型为例，先从Amberlite IRA67层析柱的下端通入250mL 1.5mol/L碳酸氢铵溶液，流速为2.5BV/h；再从层析柱的上端通入600mL去离子水洗涤，流速6BV/h，洗涤完成后得到碳酸氢型的树脂。
醋酸型的转型方法与碳酸氢型基本一致，只需将上述的1.5mol/L碳酸氢铵溶液改为1.5mol/L醋酸溶液。
2）料液脱色
分别将透光率67.4%（透光率检测同实施例1）的大孔吸附树脂解吸液以18BV/h的流速流过步骤1）所制备的碳酸氢型和醋酸型的两个树脂床层脱色，在出口处收集头孢菌素的脱色液，结果见表2。
表2阴离子树脂Amberlite IRA67不同型脱色效果比较
3）树脂的再生与转型
一般当流过50～150倍的树脂柱体积的大孔吸附树脂解吸液之后树脂失效，需要进行树脂的再生。
再生时，先将1.0mol/L NaOH溶液400mL以4BV/h的流速通入失效的树脂床层，再用去离子水洗至流出液pH 9.0左右，然后用1.0mol/L碳酸氢铵溶液600mL以3BV/h的流速流过树脂床层，最后用500mL去离子水洗涤，流速2BV/h。
此时树脂已完成再生与转型，可直接进行下一批次的脱色使用。
实施例3
1）料液脱色
将透光率64.3%的大孔吸附树脂解吸液5000mL以15BV/h的流速流过实施例1再生、转型后的Amberlite FPA53碳酸氢型的树脂柱脱色，在柱出口处收集头孢菌素的脱色液。
2）树脂的再生与转型
再生时，先将0.5mol/L NaOH溶液500mL以2BV/h的流速通入失效的树脂柱层，再用去离子水洗至流出液pH 9.5左右。转型时，用1.0mol/L碳酸氢钾溶液500mL以3BV/h的流速流过树脂床层，最后用1000mL去离子水洗涤，流速10BV/h。
此时树脂已完成再生与转型，可直接进行下一批次的脱色使用。
实施例4
1）料液脱色
将透光率67.4%的大孔吸附树脂解吸液12000mL以24BV/h的流速流过实施例2再生、转型后的Amberlite IRA67碳酸氢型的树脂柱脱色，在柱出口处收集头孢菌素的脱色液。
2）树脂的再生与转型
再生时，先将1.2mol/L NaOH溶液200mL以2BV/h的流速通入失效的树脂柱层，再用去离子水洗至流出液pH8.5左右，然后用1.0mol/L碳酸氢铵溶液600mL以5BV/h的流速流过树脂床层，最后用800mL去离子水洗涤，流速8BV/h。
此时树脂已完成再生与转型，可直接进行下一批次的脱色使用。
所述的阴离子交换树脂柱可以采用单柱脱色，也可以采用多个阴离子交换树脂柱轮换吸附脱色与再生，即旋转木马方式（Merry-go-round mode）以实现过程的连续性。有关旋转木马方式可参考张涛，王文.《用离子交换纯化明胶的一些建议》，明胶科学与技术[J]，2005,25(3):153-155）。
具体的参见图1，所示为旋转木马的操作示意图。以脱色为例，料液首先通入柱A，在柱A的出口处收集脱色液，当A柱出口料液的透光率接近控制指标时，将A柱与B柱串联，在柱B的出口处收集脱色液。若B柱出口料液的透光率再次接近控制指标时，将B柱与C柱串联，在柱C的出口处收集脱色液，A柱再生；若C柱出口料液的透光率接近控制指标时，将C柱与A柱串联，B柱再生。如此周而往返。旋转木马操作方式的优点在于可实现过程的连续生产。图1所示为2柱串联模式，生产中可根据实际情况应用多柱串联。
Claims (7)
1.一种头孢菌素的脱色方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)阴离子交换树脂首次使用时，向阴离子交换树脂柱中通入碳酸氢盐溶液，然后再用去离子水洗涤，将阴离子交换树脂转为碳酸氢型；
所述的阴离子交换树脂的功能基团为弱碱性叔胺集团，其骨架为丙烯酸系；
所述的碳酸氢盐溶液是浓度为0.5～1.0mol/L的碳酸氢钠溶液、0.5～2.5mol/L的碳酸氢铵溶液或0.5～2.5mol/L的碳酸氢钾溶液；
2)将头孢菌素的大孔吸附树脂解吸液连续流过碳酸氢型的阴离子交换树脂柱脱色，在柱出口处收集头孢菌素的脱色液；
3)待碳酸氢型的阴离子交换树脂的色素吸附能力接近饱和时，将其进行再生，并转型为碳酸氢型后进行下次脱色。
2.如权利要求1所述的头孢菌素的脱色方法，其特征在于，从阴离子交换树脂柱的下端通入树脂柱体积2～6倍的碳酸氢盐溶液，流速为1～5BV/h；然后用3～10倍树脂柱体积的去离子水以2～10BV/h的流速洗涤，将阴离子交换树脂转为碳酸氢型。
3.如权利要求1所述的头孢菌素的脱色方法，其特征在于，所述的大孔吸附树脂解吸液以10～25BV/h的流速流过碳酸氢型的阴离子交换树脂柱；当流过50～150倍的树脂柱体积之后进行阴离子交换树脂的再生。
4.如权利要求1所述的头孢菌素的脱色方法，其特征在于，所述的阴离子交换树脂再生并转型为碳酸氢型为：
先用2～6倍树脂柱体积的0.5～1.5mol/L的NaOH溶液流过阴离子交换树脂柱，然后用水洗涤至流出液的pH为8.5～9.5；再用2～6倍树脂柱体积的碳酸氢盐溶液流过阴离子交换树脂柱，最后用3～10倍树脂柱体积的去离子水洗涤。
5.如权利要求4所述的头孢菌素的脱色方法，其特征在于，所述的NaOH溶液的流速为1～5BV/h，碳酸氢盐溶液的流速为1～5BV/h，去离子水的流速为2～10BV/h。
6.如权利要求1所述的头孢菌素的脱色方法，其特征在于，所述的阴离子交换树脂柱包括多个阴离子交换树脂柱轮换吸附脱色。
7.如权利要求6所述的头孢菌素的脱色方法，其特征在于，所述的阴离子交换树脂柱采用旋转木马方式轮换。
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