CN111118097A - 一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-adca的方法 - Google Patents

一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-adca的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7‑ADCA的方法，以头孢氨苄结晶母液为原料，向原料中加入碱性试剂和头孢氨苄裂解酶，经过脉冲超声处理，分离出裂解酶和苯甘氨酸固体，过滤出的液体经过结晶得到7‑ADCA固体，本发明通过降低酶解反应时的pH值，不仅7‑ADCA的收率没有下降，收率在98.5%以上，而且7‑ADCA的品质大幅度提升，同时还能够得到头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体，具有工艺简单、绿色环保、适合大规模工业化生产等优点。

Description

一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法
技术领域
本发明涉及一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，属于化学医药领域。
背景技术
头孢氨苄是第一代半合成头孢菌素，属于国家基本药物，为礼来公司上世纪七十年代原研上市产品。7-氨基去乙酰氧基头孢烷酸(简称7-ADCA)是一种合成头孢类抗菌素的重要中间体，在医药工业上主要用于合成头孢氨苄、头孢拉定和头孢羟氨苄等头孢菌素，由于头孢菌素具有抗菌谱广，毒副作用小，无过敏反应及可以口服等特点，临床应用广泛，因此7-ADCA在医药行业中占有重要地位。
头孢氨苄的制备工艺一般以7-ADCA为起始原料，制备方法有化学合成法和酶促合成法两种，两种合成方法都会产生大量残留头孢氨苄的结晶母液(即本发明的原料-头孢氨苄结晶母液)，目前多采用β-萘酚复合方式回收结晶母液，但β-萘酚毒性大，使用后在药品中会有微量残留，给药品带来质量风险。
李丽娟等在《树脂吸附法回收头孢氨苄工艺研究》中阐述了一种采用树脂吸附法从头孢氨苄结晶母液中回收头孢氨苄的方法，需经过吸附、解析、解析液浓缩等工艺步骤，相对本发明步骤多、工艺时间长、难度大。
王艳艳等在《酶法合成头孢氨苄工艺研究》中提到一种从头孢氨苄结晶母液中回收7-ADCA的方法，但反应过程中需要纳滤浓缩，工艺难度大，工艺时间长。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，能够回收头孢氨苄结晶母液中的有效成分，得到的7-ADCA收率高、品质好，同时还能够回收头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，以头孢氨苄结晶母液为原料，向原料中加入碱性试剂和头孢氨苄裂解酶，经过脉冲超声处理，分离出头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体，过滤出的液体经过结晶得到7-ADCA固体。
本发明技术方案的进一步改进在于：包括如下步骤：
A.调节pH值：将头孢氨苄结晶母液用碱性试剂调节pH值为7.0～8.0，控制温度得到反应液；
B.酶解反应：向反应液中加入头孢氨苄裂解酶进行酶解反应，在酶解反应开始后对酶解体系采用脉冲超声处理一段时间，直至头孢氨苄残留合格，终止酶解反应；
C.过滤得到头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体：过滤分离出头孢氨苄裂解酶、苯甘氨酸固体和过滤液，过滤液进行脱色处理，得到脱色液；
D.结晶得到7-ADCA：将脱色液用酸性试剂调节pH值进行结晶，控制结晶温度，养晶一段时间，然后过滤、洗涤、干燥得到7-ADCA。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中结晶母液中头孢氨苄初始含量为(15～20)mg/ml，碱性试剂为氨水或三乙胺，浓度为0.5mol/L，温度为10～20℃。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤A中头孢氨苄裂解酶用量为结晶母液中所含头孢氨苄理论重量的0.5～1倍。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤B中头孢氨苄含量≤0.5mg/ml时残留合格，终止酶解反应，检测方式采用HPLC检测，脉冲超声处理条件为：频率20kHz，功率10W/L～50W/L、工作/间歇比为0.5s/1s～5s/1s，处理时间10-60min。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤C中酶解后的结晶母液经过筛网过滤器得到头孢氨苄裂解酶，过滤后的悬浊液经过离心机4500rpm离心10～20min得到苯甘氨酸固体。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述筛网过滤器的筛网目数为80～120目。
本发明技术方案的进一步改进在于：步骤C中脱色剂为活性炭或白土，脱色剂的加入量为原料质量的1～10％，脱色时间为0.5～1h。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述步骤D中酸性试剂为HCl气体、Cl2气体、CO2气体中任意一种，所述脱色液进行两次结晶。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述第一次结晶的pH值范围为4.5～5.0，反应温度为20～40℃，养晶时间为30～120min；第二次结晶的pH值范围为3.5～4.0，反应温度为0～20℃，养晶时间为30～90min。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明提供了一种头孢氨苄结晶母液的酶法回收方法，利用青霉素酰化酶对β-内酰胺类药物的酶解特性，在温和条件和水相体系将结晶母液中的头孢氨苄酶解为7-ADCA，整个过程操作简单，节能环保，得到的7-ADCA品质纯净，可以套用到后续生产中，提高产品收率，降低产品成本。
2、本发明成功避开了β-萘酚复合处理母液方法的β-萘酚残留风险，解决了头孢氨苄结晶母液中残留较大的问题和药物合成中环境污染严重的问题。减少了环境污染和资源浪费，并且该方法能耗低、操作简单，还能为企业带来可观的经济效益，适合工业化生产应用。
3、本发明降低了酶解反应的pH值，pH值范围为7.0～8.0，同时采用超声波处理，超声波处理能够促进苯甘氨酸析出，不会影响7-ADCA结晶，提高7-ADCA产品的纯度，同时超声波处理能使生物质高分子的形态结构和超微结构发生明显变化，适宜的超声处理能提高固定化酶活力和化学反应性能，使酶解产物的7-ADCA得率提高15％～25％，大大提高了酶解效率和产物的得率。
4、本发明采用80～120目筛网过滤器得到头孢氨苄裂解酶，头孢氨苄裂解酶能够回收利用，过滤后的悬浊液经过离心机4500rpm离心10～20min得到苯甘氨酸固体，苯甘氨酸可用于上游原料制备，降低生产成本。
5、本发明采用酸性试剂为HCl气体、Cl2气体、CO2气体，具有高扩散性等特性，反应更迅速，更有利于除杂，尤其是当酸性试剂通入流量为1～5L/min，第一次结晶的pH值范围为4.5～5.0，养晶时间为30～120min，第二次结晶的pH值范围为3.5～4.0；养晶时间为30～90min时，7-ADCA结晶效果最佳，晶体形态更均一，流动性好，有关物质指标符合企业内控要求，适用于酶法头孢氨苄合成反应套用。
附图说明
图1是本发明实施例1的检测图；
图2是本发明对比例1的检测图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，以头孢氨苄结晶母液为原料，向原料中加入碱性试剂和头孢氨苄裂解酶，经过脉冲超声处理，分离出头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体，过滤出的液体经过结晶得到7-ADCA固体。本发明能够回收头孢氨苄结晶母液中的有效成分，可以套用到后续生产中，提高产品收率，降低产品成本，得到的7-ADCA含量在98.5％以上，有关物质等质量指标均符合企业内控标准。本发明方法具有工艺简单、绿色环保、适合大规模工业化生产等优点。
头孢氨苄在裂解酶作用下酶解过程如下：
Figure BDA0002324943180000041
包括如下步骤：
A.调节PH值：将头孢氨苄结晶母液用碱性试剂调节pH值为7.0～8.0，控制温度得到反应液；
结晶母液中头孢氨苄初始含量为(15～20)mg/ml，碱性试剂为氨水或三乙胺，浓度为0.5mol/L，温度为10～20℃，头孢氨苄裂解酶用量为结晶母液中所含头孢氨苄理论重量的0.5～1倍；
B.酶解反应：向反应液中加入头孢氨苄裂解酶进行酶解反应，在酶解反应开始后对酶解体系采用脉冲超声处理一段时间，直至头孢氨苄残留合格，终止酶解反应；
头孢氨苄含量≤0.5mg/ml时残留合格，终止酶解反应，检测方式采用HPLC检测，脉冲超声处理条件为：频率20kHz，功率10W/L～50W/L、工作/间歇比为0.5s/1s～5s/1s，处理时间10-60min；
C.过滤得到头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体：过滤分离出头孢氨苄裂解酶、苯甘氨酸固体和过滤液，过滤液进行脱色处理，得到脱色液；
酶解后的结晶母液经过筛网过滤器得到头孢氨苄裂解酶，筛网过滤器的筛网目数为80～120目，过滤后的悬浊液经过离心机4500rpm离心10～20min得到苯甘氨酸固体；脱色剂为活性炭或白土，脱色剂的加入量为原料质量的1～10％，脱色时间为0.5～1h；
D.结晶得到7-ADCA：将脱色液用酸性试剂调节pH值进行结晶，控制结晶温度，养晶一段时间，然后过滤、洗涤、干燥得到7-ADCA；
酸性试剂为HCl气体、Cl2气体、CO2气体中任意一种，所述脱色液进行两次结晶，第一次结晶的pH值范围为4.5～5.0，反应温度为20～40℃，养晶时间为30～120min；第二次结晶的pH值范围为3.5～4.0，反应温度为0～20℃，养晶时间为30～90min。
实施例1.
取头孢氨苄结晶母液300ml，头孢氨苄含量15mg/ml左右，控温10～15℃，加入氨水调节pH＝7.0～7.5，加入固定化酶2.25g，脉冲超声频率20kHz、功率10W/L、工作/间歇比为0.5s/1s、持续时间10min，继续搅拌反应120min，HPLC检测头孢氨苄残留≤0.5mg/ml，停止反应，采用80～120目筛网过滤器分离出酶和苯甘氨酸，滤液中加入活性炭0.2g，控温0～30℃脱色。
控制脱色液0～10℃，用5min滴加盐酸调节pH＝4.5～4.7，养晶30min，用60min滴加盐酸调节pH＝3.5～3.7，养晶90min，过滤，分别用水5ml、丙酮5ml洗涤，干燥得7-ADCA，摩尔收率98.9％。
实施例2.
取头孢氨苄结晶母液300ml，头孢氨苄含量15mg/ml左右，控温15～20℃，加入三乙胺调节pH＝7.5～8.0，加入固定化酶4.5g，脉冲超声频率20kHz、功率50W/L、工作/间歇比为5s/1s、持续时间60min，继续搅拌反应60min，HPLC检测头孢氨苄残留≤0.5mg/ml，停止反应，采用80～120目筛网过滤器分离出酶和苯甘氨酸，滤液中加入活性炭0.2g，控温0～30℃脱色。
控制脱色液10～20℃，用10min滴加稀硫酸调节pH＝4.7～5.0，养晶60min，用40min滴加稀硫酸调节pH＝3.7～4.0，养晶60min，过滤，分别用水5ml、丙酮5ml洗涤，干燥得7-ADCA，摩尔收率99.3％。
实施例3.
取头孢氨苄结晶母液300ml，头孢氨苄含量15mg/ml左右，控温10～15℃，加入三乙胺调节pH＝7.0～7.5，加入固定化酶2.25g，脉冲超声频率20kHz、功率30W/L、工作/间歇比为2.5s/1s、持续时间30min，继续搅拌反应160min，HPLC检测头孢氨苄残留≤0.5mg/ml，停止反应，采用80～120目筛网过滤器分离出酶和苯甘氨酸，滤液中加入活性炭0.2g，控温0～30℃脱色。
控制脱色液20～30℃，用15min滴加稀磷酸调节pH＝4.5～4.7，养晶90min，用20min滴加稀磷酸调节pH＝3.5～3.7，养晶30min，过滤，分别用水5ml、丙酮5ml洗涤，干燥得7-ADCA，摩尔收率98.7％。
实施例4.
取头孢氨苄结晶母液300ml，头孢氨苄含量15mg/ml左右，控温15～20℃，加入氨水调节pH＝7.5～8.0，加入固定化酶4.5g，脉冲超声频率20kHz、功率40W/L、工作/间歇比为4s/1s、持续时间40min，搅拌反应40min，HPLC检测头孢氨苄残留≤0.5mg/ml，停止反应，采用80～120目筛网过滤器分离出酶和苯甘氨酸，滤液中加入活性炭0.2g，控温0～30℃脱色。
控制脱色液30～40℃，用20min滴加盐酸调节pH＝4.7～5.0，养晶120min，用5min滴加盐酸调节pH＝3.7～4.0，养晶30min，过滤，分别用水5ml、丙酮5ml洗涤，干燥得7-ADCA，摩尔收率99.5％。
对比例1.
对比例1与实施例1的区别在于不采用脉冲超声处理，其余工艺步骤及参数与实施例1相同。
对比例2.
对比例2与实施例1的区别在于酶解反应时加入氨水调节pH＝8.1～8.3，不采用脉冲超声处理，其余工艺步骤及参数与实施例1相同。
将实施例1～3及对比例1～2得到的7-ADCA进行检测，检测结果如表1所示。
表1 7-ADCA质量检测结果
Figure BDA0002324943180000071
Figure BDA0002324943180000081
根据表1中的检测结果可以看出，对比例1酶解反应时的pH＝7.0～7.5，不采用脉冲超声处理,制备的7-ADCA收率低，只有75.9％，同时品质不好；对比例2酶解反应时的pH＝8.1～8.3，不采用脉冲超声处理，制备的7-ADCA收率比对比文件1有提高，达到85.9％，同时品质也不好；而实施例1～3使用脉冲超声处理的7-ADCA摩尔收率比不经脉冲超声处理的提升15％～25％，同时7-ADCA的品质也大大提升。本发明制备的7-ADCA纯度好、色级低，纯化后产品质量稳定，各实施例中含量、有关物质水平相当，工艺可再现性好，使用本发明的精制后各项指标符合企业制备头孢匹胺酸的要求。

Claims (10)

1.一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：以头孢氨苄结晶母液为原料，向原料中加入碱性试剂和头孢氨苄裂解酶，经过脉冲超声处理，分离出头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体，过滤出的液体经过结晶得到7-ADCA固体。
2.根据权利要求1所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A．调节PH值：将头孢氨苄结晶母液用碱性试剂调节pH值为7.0～8.0，控制温度得到反应液；
B．酶解反应：向反应液中加入头孢氨苄裂解酶进行酶解反应，在酶解反应开始后对酶解体系采用脉冲超声处理一段时间，直至头孢氨苄残留合格，终止酶解反应；
C．过滤得到头孢氨苄裂解酶和苯甘氨酸固体：过滤分离出头孢氨苄裂解酶、苯甘氨酸固体和过滤液，过滤液进行脱色处理，得到脱色液；
D．结晶得到7-ADCA：将脱色液用酸性试剂调节pH值进行结晶，控制结晶温度，养晶一段时间，然后过滤、洗涤、干燥得到7-ADCA。
3.根据权利要求2所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：所述步骤A中结晶母液中头孢氨苄初始含量为（15～20）mg/ml，碱性试剂为氨水或三乙胺，浓度为0.5mol/L，温度为10～20℃。
4.根据权利要求3所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：所述步骤A中头孢氨苄裂解酶用量为结晶母液中所含头孢氨苄理论重量的0.5～1倍。
5.根据权利要求2所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：所述步骤B中头孢氨苄含量≤0.5mg/ml时残留合格，终止酶解反应，检测方式采用HPLC检测，脉冲超声处理条件为：频率20kHz，功率10W/L～50W/L、工作/间歇比为0.5s/1s～5s/1s，处理时间10-60min。
6.根据权利要求2所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：所述步骤C中酶解后的结晶母液经过筛网过滤器得到头孢氨苄裂解酶，过滤后的悬浊液经过离心机4500rpm离心10～20min得到苯甘氨酸固体。
7.根据权利要求6所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：所述筛网过滤器的筛网目数为80～120目。
8.根据权利要求2所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：步骤C中脱色剂为活性炭或白土，脱色剂的加入量为原料质量的1～10%，脱色时间为0.5～1h。
9.根据权利要求2所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：所述步骤D中酸性试剂为HCl气体、Cl2气体、CO2气体中任意一种，所述脱色液进行两次结晶。
10.根据权利要求9所述的一种超声辅助头孢氨苄裂解酶制备7-ADCA的方法，其特征在于：所述第一次结晶的pH值范围为4.5～5.0，反应温度为20～40℃，养晶时间为30～120min；第二次结晶的pH值范围为3.5～4.0，反应温度为0～20℃，养晶时间为30～90min。
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