33 化工学报第 57 卷中的含量与 CPC 相比, 大约占其 15% ~0%. 在下游分离纯化 CPC 过程中, 经过非极性大孔吸附 [ 3] 树脂对 CPC 和 DCPC 实现分离, 但是, 极性相对较强的 DCPC 不被树脂吸附, 随其他杂质流出后作为废弃液排放. 随着新型头孢类抗生素的研究

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胡支
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1 第 57 卷第期化工学报 Vol.57 No. 006 年月 Journal of Chemical Industry and Engineering (China) February 006 檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭研究论文利用活性炭分离去乙酰基头孢菌素犆于海军 1, 陈立功 1, 赵子荐, 董荣梅, 谭清钟 ( 1 天津大学化工学院, 天津 30007; 河北中润制药有限公司, 河北石家庄 ) 摘要 : 利用粉状活性炭为吸附剂, 处理头孢菌素 C 生产过程中的废弃液, 实现了去乙酰头孢菌素 C(DCPC) 和头孢菌素 C(CPC) 及其他杂质的有效分离. 以乙醇水和异丙醇水体系作为洗脱剂, 得到纯度 80% 的 DCPC 溶液. 乙醇水体系收率可达 75%, 异丙醇水体系收率可达 80%. 实验表明,15% 乙醇水和 15% 异丙醇水体系分离效果较差 ;10% 乙醇水和 10% 异丙醇水体系洗脱力较弱 ;1%~13% 乙醇水和 1%~13% 异丙醇水体系的洗脱和分离效果较好 ;13% 异丙醇水体系优于 13% 乙醇水体系. 关键词 : 粉状活性炭 ; 去乙酰头孢菌素 C; 乙醇水 ; 异丙醇水中图分类号 :TQ08.8;TQ 文献标识码 :A 文章编号 : (006) 犐狊狅犾犪狋犻狅狀狅犳犱犲狊犪犮犲狋狔犾犮犲狆犺犪犾狅狊狆狅狉犻狀犆犫狔犪犮狋犻狏犪狋犲犱犮犪狉犫狅狀犢犝犎犪犻犼狌狀 1, 1 犆犎犈犖犔犻犵狅狀犵, 犣犎犃犗犣犻犼犻犪狀, 犇犗犖犌犚狅狀犵犿犲犻, 犜犃犖犙犻狀犵狕犺狅狀犵 ( 1 犛犮犺狅狅犾狅犳犆犺犲犿犻犮犪犾犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵犪狀犱犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔, 犜犻犪狀犼犻狀犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔, 犜犻犪狀犼犻狀 30007, 犆犺犻狀犪 ; 犎犲犫犲犻犣犺狅狀犵狉狌狀犘犺犪狉犿犪犮犲狌狋犻犮犪犾犆狅., 犔狋犱., 犛犺犻犼犻犪狕犺狌犪狀犵 , 犎犲犫犲犻, 犆犺犻狀犪 ) 犃犫狊狋狉犪犮狋 :TheefectiveseparationofdesacetylcephalosporinC(DCPC)fromcephalosporinC(CPC)and otherimpuritieswasachievedbyusingthepowderyactivatedcarbonasanadsorbenttodealwiththewaste drainagefromthecurrentprocessforcpc production.byelutingthecarboncake withethanol water systemorisopropanol watersystem,adcpcsolutionof80% puritywasobtained. Theyieldforethanol watersystem was75%,andthatforisopropanol watersystemcouldreach80%.theexperimentsshowed thatseparation wasnotgoodbyelutingtheadsorbent with15% ethanolsolutionor15% isopropanol solution,and10% ethanolsolutionor10%isopropanolsolutionwasweakinelution.thegoodresultsof elutionandseparation wereobtainedbyusing1% 13% ethanolsolutionor1% 13% isopropanol solution;furthermore,13%isopropanolsolutionhadabeterefectthan13% ethanolsolution. 犓犲狔狑狅狉犱狊 :powderyactivatedcarbon;desacetylcephalosporinc(dcpc);ethanol water;isopropanol water 引言 7 氨基头孢烷酸 (7 ACA) 是生产许多半合成头孢菌素类抗生素的重要中间体, 目前, 生产 7 ACA 方法是通过化学法或酶法裂解由发酵生产的头孢菌素 C(CPC) 而得到. 在发酵生产 CPC 生物合成的过程中, 去乙酰头孢菌素 C(DCPC) 是不可避免的中间产物 [1]. 作为发酵生产 CPC 的多步生物合成过程中的中间产物, 在以 CPC 为目标产物的生物合成反应达到终点时,DCPC 的浓度的高低主要与发酵使用的菌种有关. 目前, 在 CPC 的发酵生产中, 当判定反应结束时,DCPC 在发酵液收到初稿, 收到修改稿. 联系人 : 陈立功. 第一作者 : 于海军 (1964-), 男, 博士研究生, 高级工程师. 犚犲犮犲犻狏犲犱犱犪狋犲 : 犆狅狉狉犲狊狆狅狀犱犻狀犵犪狌狋犺狅狉 :Prof.CHEN Ligong. 犈 - 犿犪犻犾

2 33 化工学报第 57 卷中的含量与 CPC 相比, 大约占其 15% ~0%. 在下游分离纯化 CPC 过程中, 经过非极性大孔吸附 [ 3] 树脂对 CPC 和 DCPC 实现分离, 但是, 极性相对较强的 DCPC 不被树脂吸附, 随其他杂质流出后作为废弃液排放. 随着新型头孢类抗生素的研究开发, 如头孢克肟头孢地尼头孢丙烯, 尤其是第四代头孢类抗生素头孢吡肟等的出现, 人们发现 DCPC 或由其制备的中间体具有较为广阔的应用前景 [4 7]. 随着我国 7 ACA 生产规模的不断扩大, DCPC 排量的增加不仅造成资源的浪费, 同时对环境造成巨大压力. 因此, 结合目前的 CPC 生产工艺, 在不影响 CPC 生产的同时, 研究开发回收头孢菌素 C 生产过程中排放的 DCPC 技术, 具有较为重要的现实意义. 但是, 由于发酵产生的成分复杂, 极性和溶解性相近的物质混合为一体, 分离十分困难. 作者经过多次实验研究发现, 在废弃液中存在氨基酸糖类蛋白质及无机盐类等多种成分, 在利用常用的有效分离手段如大孔吸附树脂碱性或酸性离子交换树脂进行分离时, 其中多种成分形成竞争性吸附状态, 对目标产物 DCPC 的分离效果甚微. 本实验研究了粉状活性炭对废弃液中的 DCPC 成分分离效果, 发现利用醇类溶液作为洗脱剂时, 可以具有明显的分离和提纯作用. 本文以工业常用乙醇和异丙醇为例, 在大量前期实验数据基础上, 选取几种不同浓度洗脱剂进行分析说明, 以阐述粉状活性炭分离废弃液中 DCPC 的效果和规律. 1 实验部分 1 1 实验材料及设备粉状活性炭 ( 河北高邑维新活性炭厂 ), 乙醇 ( 工业级 ), 异丙醇 ( 工业级 ),DCPC 废弃液 ( 河北中润制药有限公司 ), 布氏漏斗 10 mm,000 ml 抽滤瓶.HPLC 为 Agilent1100series. 分离柱 ( 大连依利特 ):Lichrosorb 填料,10μm,4.6mm 50mm. 1 方法 1..1 实验操作取废弃液 L, 加入粉状活性炭 30g, 搅拌吸附 10 min, 用布氏漏斗真空抽滤分离, 用去离子水 50ml 洗涤炭饼一次. 用 10% 乙醇溶液洗脱炭饼 4~7 次, 每次 50 ml. 收集每次洗脱液, 用 HPLC 分析含量及纯度. 配制 13% 15% 的乙醇 (EtOH) 溶液, 分别重复上述操作. 改用 10% 1% 13% 15% 异丙醇 (IPA) 溶液洗脱, 重复上面操作. 1.. 去乙酰头孢菌素 C 的检测 HPLC 流动相 : % 乙腈 +98% 乙酸钠 (0.0mol L -1 ),ph=5.7; 检测 60nm; 流速 1 ml min -1 ; 进样 0μl. 取样 1ml, 以去离子水稀释, 并用 50ml 容量瓶定容. 以 CPC DCPC 标准品外标定量计算 CPC DCPC 含量. 结果与讨论活性炭因其具有较大的比表面积, 相比吸附树脂氧化铝等是良好的吸附剂, 尤其是对具有活性基团的物质如 COOH NH OH 等具有较强的吸附作用 [8]. 在遴选活性炭实验中, 粉状活性炭表现出对头孢菌素具有较强的吸附力. 经 HPLC 分析废弃液,DCPC 含量 615μg ml -1, 占 41%, CPC 含量 314μg ml -1, 占 1%, 其他未知杂质占 38%. 利用合适的洗脱剂, 可以有效地分离纯化 DCPC. 经实验发现醇类溶液洗脱结果较好. 1 犈狋犗犎犎犗体系洗脱本实验对 10% 13% 和 15% 的 EtOH H O 溶液的洗脱进行了研究..1.1 EtOH H O 体系的洗脱收率以 DCPC 含量为纵坐标得到洗脱曲线 ( 图 1).10% EtOH H O 溶液洗脱曲线较为拖曳平缓, 洗脱最高峰值含量仅 350μg ml -1.13% 和 15% EtOH H O 溶液洗脱曲线呈尖锐峰, 洗脱最高峰值含量 675 μg ml -1. 曲线与横坐标围成的面积为洗脱量. 显然,13% 和 15% EtOH H O 溶液洗脱收率远高于 10%EtOH H O 溶液. 而且洗脱次数少, 节省洗脱剂. 以目标产物 DCPC 计, 以活性炭表面吸附 DCPC 为基准,13% EtOH H O 的洗脱收率为 75%..1. EtOH H O 体系的洗脱质量以 HPLC 分析 DCPC 纯度为纵坐标作洗脱曲线得到图.15% EtOH H O 溶液洗脱曲线平缓, 洗脱的纯度均在 70% 左右. 结合其以含量为纵坐标的图 3, 可知, 15% EtOH H O 在洗脱过程中, 部分 CPC 被洗脱下来,CPC 的纯度可达 0% 左右, 其余为未知杂质.10% 和 13% EtOH H O 溶液洗脱的纯度较好, 不含 CPC,DCPC 纯度在 80%~100% 范围. 分别对 10% 13% 和 15%EtOH H O 体系做 3 批平行实验 ( 见表 1). 单批间洗脱液质量和收率

3 第期于海军等 : 利用活性炭分离去乙酰基头孢菌素 C 333 犜犪犫犾犲 1 犚犲狊狌犾狋狊狅犳狆犪狉犪犾犲犾犲犾狌狋犻狀犵犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋狊犫狔犈狋犗犎犎犗狊狔狊狋犲犿 Items purity yield Mosterrorof purityincycles Mosterror ofyieldin cycles 10%EtOH HO %EtOH HO %EtOH HO Fig.1 Elutingcurvesofconcentrationof EtOH HOsolutions Fig. Elutingcurvesofpuritiesof EtOH HOsolutions Fig.3 Elutingcurvesofconcentrationof 15% EtOH HOsolution 最大误差均小于 4%. 研究表明, 吸附操作对洗脱液的纯度和收率具有较大影响, 尤其是 15% EtOH H O 体系更为明显. 分析原因, 活性炭吸附过饱和, 残聚在活性炭孔中的吸附液随洗脱液一起流出, 造成洗脱液纯度降低 ; 另一方面, 吸附质在活性炭过渡孔微孔的表面吸附分布不均匀, 由于 15%EtOH H O 体系具有较强的洗脱力和较差的选择性, 致使洗脱液 DCPC 纯度和收率产生较大波动, 因此, 单批之间洗脱液质量和收率产生的误差较大. 综合分析, 可以得到 EtOH H O 体系对吸附在粉状活性炭分子表面上的去乙酰头孢菌素 C 的洗脱情况 :10% 乙醇溶液的分子与 DCPC 分子间相互作用力较弱, 但是强于与杂质和 CPC 分子之间的作用, 因此, 洗脱的吸附质 DCPC 浓度较低, 但纯度较高.15% EtOH H O 体系, 虽可得到较高的收率, 但溶液分子与 CPC 和杂质的作用力较强, 不能实现 DCPC 和 CPC 的有效分离. 在此实验中, 由 13%EtOH H O 体系作为洗脱剂, 以吸附在活性炭表面上 DCPC 为基准, 洗脱收率为 75%. 对比被吸附溶液的纯度, 洗脱后混合液纯度 80%, 质量提高了 40%. 犐犘犃犎犗体系洗脱本实验对 10% 1% 13% 和 15% 的 IPA H O 溶液的洗脱进行了研究...1 IPA H O 体系的洗脱收率以 DCPC 含量为纵坐标作洗脱曲线得图 4. 从 DCPC 含量洗脱曲线分析, 可以得到各种不同浓度下的 DCPC 洗脱收率 :13%IPA H O>1%IPA H O>15%IPA H O>10%IPA H O. 其中,13%IPA H O 体系洗脱呈正态分布, 出现最高值可达 1500 μg ml -1. 说明洗脱初期主要在大孔表面进行, 中期吸附在过渡孔和微孔深处的大量的 DCPC 被洗脱. 10%IPA H O 体系与 10%EtOH H O 体系相似, 收率仍然很低.15%IPA H O 体系具有较强洗脱能力, 因此伴有大量的 CPC 被洗脱 ( 图 5), 选择性差. 尤其在洗脱后期, 洗脱液中 CPC 含量超过 DCPC, 所以, 目标产物 DCPC 的收率很低... IPA H O 体系的洗脱质量以 HPLC 分析的 DCPC 纯度为纵坐标作洗脱曲线得到图 6. 15%IPA H O 溶液洗脱曲线呈迅速下降. 因为部分 DCPC 被洗脱的同时,CPC 及大量杂质在后期被迅速洗脱. 因此,15%IPA H O 洗脱液纯度很低,DCPC 为 50% 左右, 没有达到有效分离 CPC 的效果.10% 1% 和 13%IPA H O 体系, 在洗脱后期, 纯度呈上升趋势. 说明在此 3 种浓度体系下, 溶液分子与活性炭表面的 CPC 和杂质作用力

4 334 化工学报第 57 卷犜犪犫犾犲犚犲狊狌犾狋狊狅犳狆犪狉犪犾犲犾犲犾狌狋犻狀犵犲狓狆犲狉犻犿犲狀狋狊犫狔犐犘犃犎犗狊狔狊狋犲犿 Items purity yield Mosterrorof purityincycles Mosterror ofyieldin cycles 10%IPA HO %IPA HO %IPA HO %IPA HO Fig.4 Elutingcurvesofconcentrationof IPA HOsolutions 需要说明的是, 在表 1 和表实验中, 需要在质量收率和洗脱剂用量 ( 成本 ) 之间有平衡点. 低浓度洗脱剂, 洗脱次数较多, 虽洗脱纯度较高, 但浓度太低, 基本没有回收意义. 高浓度洗脱剂, 选择性差, 从中期开始, 洗脱纯度明显降低, 但是有时含量仍然较高, 需要尽量收集. 因此, 洗脱剂的选择尚与下一步处理工艺有关. 综合分析 IPA H O 体系,13% IPA H O 体系洗脱效果较好,DCPC 收率可达 80%, 纯度 8%. Fig.5 Elutingcurvesofconcentrationof 15%IPA HOsolution 比较两个洗脱体系 : 对比图 3 和图 5,15% IPA H O 与 15%EtOH H O 比较, 两种体系均对 DCPC 和 CPC 的洗脱选择性较差, 但都具有较强的洗脱力. 在 10% ~13% 范围内,IPA H O 体系比 EtOH H O 体系具有较好选择性和洗脱力. 3 结论以粉状活性炭为吸附剂, 处理头孢菌素 C 生产过程中的废弃液, 将其中 DCPC 和残留 CPC 及其他杂质进行吸附, 以乙醇溶液和异丙醇溶液为洗脱剂进行洗脱, 可以有效地分离 DCPC, 得到纯度 Fig.6 Elutingcurvesofpuritiesof IPA HOsolutions 较弱, 这些物质被洗脱下的量较少. 可以得到 DCPC 纯度 85% 左右的洗脱液, 同时实现与 CPC 较好的分离. 分别对 10% 1% 13% 和 15%IPA H O 体系做 3 批平行实验 ( 见表 ). 其批间洗脱液质量最大误差小于 3.5%, 批间收率最大误差小于 4.%. 分析原因,10%IPA H O 体系洗脱力较弱, 但选择性较强, 纯度误差最小, 其收率误差主要由洗脱次数造成 ;15%IPA H O 洗脱力较强, 但选择性差, 在洗脱目标产物 DCPC 时, 伴有大量杂质和 CPC 洗脱, 质量和收率很不稳定, 误差较大. 为 80% 的 DCPC 溶液. 乙醇水体系收率 75%, 异丙醇水体系收率 80%.15% 乙醇水和 15% 异丙醇水体系分离效果较差,10% 乙醇水和 10% 异丙醇水体系洗脱力较弱,1%~13% 乙醇水和 1% ~13% 异丙醇水体系的洗脱和分离效果较好, 13% 异丙醇水体系优于 13% 乙醇水体系. 将洗脱液进一步经过纳滤浓缩脱色和结晶, 可以得到纯度较高的 DCPC 干粉. 本研究对于生产实践具有一定指导意义. 犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊 [1] DíezB,MeladoE,Rodríguez M,FoucesR,BarredJL. Recombinant microorganisms forindustrial production of antibiotics. 犅犻狅狋犲犮犺狀狅犾. & 犅犻狅犲狀犵., 1997,55 (1):

5 第期于海军等 : 利用活性炭分离去乙酰基头孢菌素 C [] WangYimin ( 王益民 ),ChenChang ( 陈昶 ).Studyonthe separation of 7 aminocephalosporanic acid (7 ACA)and cephalosporin C (CPC)by macroporousadsorptionresin. 犆犺犻狀犲狊犲犑狅狌狉狀犪犾狅犳犃狀狋犻犫犻狅狋犻犮狊 ( 中国抗生素杂志 ),1995,0 (4):78 81 [3] LeeJW,ParkH C,MoonH. Adsorptionanddesorptionof cephalosporinconnonionicpolymericsorbents. 犛犲狆犪狉犪狋犻狅狀犪狀犱犘狌狉犻犳犻犮犪狋犻狅狀犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔,1997,1:1 11 [4] YamanakaH,ChibaT,KawabataK,TakasugiH,Masugi T,Takaya T. Studies on β lactam antibiotics (Ⅸ ): Synthesis and biological activity of a new oraly active cephalosporin,cefixime(fk07). 犑. 犃狀狋犻犫犻狅狋犻犮狊,1985,38 (1): [5] Gonz lez M,RodríguezZ,TolónB,RodríguezJC,Velez H,ValdésB,LópezM A,FiniA. Analternativeprocedure forpreparationofcefdinir. 犐犔犉犪狉犿犪犮狅,003,58: [6] KamachiH,NaritaY,OkitaT,AbeY,IimuraS,Tomatsu K,YamasakiT,OkumuraJ,NaitoT,OkiT,Kawaguchi H.Synthesisandbiologicalactivityofanewcephalosporin, BMY 83andits prodrug type estersfor oraluse. 犑. 犃狀狋犻犫犻狅狋犻犮狊,1988,41 (11): [7] NaitoT,AburakiS,KamachiH,Narito Y,OkumuraJ, KawaguchiH.Synthesisandstructure activityrelationshipof a new series of cephalosporins,bmy 814 and related compounds. 犑. 犃狀狋犻犫犻狅狋犻犮狊,1986,36 (8): [8] GuJuefen ( 顾觉奋 ),WangLuyan ( 王鲁燕 ),NiMengxiang ( 倪孟祥 ). Antibiotic ( 抗生素 ).Shanghai:Shanghai Scientific& TechnicalPublishers,001:

殐殐 27 1 Vol.27 No ImagingScienceandPhotochemistry Jan.,2009 檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐 *O! "# #B) 1,CDE 1, 2, 1 (1., ;2., ) $ %:3 J = 2J4

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