專利名稱:一種采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種抗生素的提取方法,更具體涉及一種采用陽離子交換樹脂提取氨基糖苷類抗生素西索米星的方法。
背景技術(shù):
氨基糖苷類抗生素是繼青霉素之后發(fā)現(xiàn)較早的一類抗生素。西索米星(sisomicin,簡稱SISO)是小單孢菌生物合成的一種氨基糖苷類抗生素,不但能直接用于生產(chǎn)西索米星針劑,而且是半合成抗生素奈替米星(Netilmicin)的原料。西索米星和奈替米星均列入中國國家基本藥物名錄,對大多數(shù)革蘭氏陽性菌和陰性菌有很強的抗菌作用。
西索米星具有抗菌譜廣、療效好、性質(zhì)穩(wěn)定和生產(chǎn)工藝簡單等優(yōu)勢,對許多致病菌有抗生素后效應(yīng)的特點,廣泛應(yīng)用于臨床治療敗血癥、細(xì)菌性心內(nèi)膜炎、嚴(yán)重的呼吸道感染、腎及尿路感染、皮膚組織和軟組織感染、燒傷及手術(shù)周圍性細(xì)菌感染等,在市場上占有相當(dāng)?shù)姆蓊~,中國生產(chǎn)的西索米星原料藥約占世界產(chǎn)量的80%。因此,研究西索米星的制備方法具有一定的指導(dǎo)意義和廣闊的市場前景。
自1970年美國Schering公司的Weinstein等報道了Micromonospora inyoensis能生物合成西索米星后,30多年來,國內(nèi)外西索米星生產(chǎn)菌主要有美國Schering公司的M.inyoensis及其誘變菌株、福建省微生物研究所的M.inyoensis var dengjiangensis和福州大學(xué)的M.inyoensis F003。以發(fā)酵液中抗生素生物總效價計,發(fā)酵120h三者最高水平可分別達(dá)到1300,600和1350U/mL。當(dāng)以純組分計,M.inyoensis F003發(fā)酵96~100h時,發(fā)酵液中西索米星濃度可達(dá)0.9~1.1g/L[陳劍鋒等,西索米星分批發(fā)酵的動力學(xué)特性,過程工程學(xué)報,20055(4)430-433]。
西索米星是一種含有雙鍵的水溶性、多元弱堿性氨基糖苷類抗生素,分子量447.26,分子中含有4個氨基和1個甲氨基,在水溶液中存在5級離解平衡。因此,西索米星在不同pH值的水溶液體系中能以不同的電化學(xué)狀態(tài)存在,不同價態(tài)離子呈現(xiàn)多級解離平衡狀態(tài),隨著溶液的pH值由高到低而出現(xiàn)逐級解離。當(dāng)pH=9.7時,西索米星99%以上以0價存在;當(dāng)pH值降至8.0時,0價降為61.3%,而+1價升至33.2%,并開始有5%的西索米星處于+2價;西索米星流加發(fā)酵結(jié)束時,發(fā)酵液的正常pH值為7.2~7.4,此時約75%的西索米星以+1和+2價的形式存在;當(dāng)pH值降至菌體生長初期時的生理pH條件下(6.6~6.8),則+2和+3價形式占75%以上,并有5%~10%的+4價。當(dāng)pH值降至4.6時,有96.2%的西索米星是以+4價形式存在,其余的均為+3價。
由于西索米星為多元弱堿性生物有機堿,根據(jù)離子交換理論,在堿性條件下,尤其是pH值>8.0時,西索米星主要以分子狀態(tài)存在,可選用大孔吸附樹脂進(jìn)行分離純化;但在酸性和中性條件下,西索米星是以陽離子狀態(tài)存在,宜采用陽離子交換樹脂提取西索米星。
離子交換樹脂主要是以苯乙烯、丙烯酸或酚醛等材料為原料,經(jīng)人工合成固態(tài)高分子化合物為疏水性骨架,具有不溶于一般的酸堿溶液、穩(wěn)定性好、機械強度高、遇水膨脹率低、交換容量大等特點,有機酸、抗生素等小分子物質(zhì)宜用疏水性結(jié)構(gòu)的離子交換樹脂分離。
離子交換樹脂可交換功能團(tuán)中的活性離子決定此樹脂的主要性能,功能團(tuán)的電離程度決定了樹脂的酸性或堿性的強弱。按功能團(tuán)分,通常將樹脂分為強酸性、弱酸性陽離子交換樹脂和強堿性、弱堿性陰離子交換樹脂等四大類,四大類離子交換樹脂性能比較見表1。
表1四大類離子交換樹脂性能比較 離子交換樹脂的主要性能有交換選擇性、離子交換速度和交換量等。通常,影響離子交換選擇性的因素有離子水化半徑、離子的化合價和溶液的酸堿度等。離子與樹脂之間的親和力越大,就越容易被吸附;在低濃度水溶液和常溫條件下,離子的化合價越高,就越容易被吸附;在無機離子的交換中,水化半徑較小的離子越容易吸附。各種一價離子對樹脂的親和力大小排序如下采用強酸型陽離子交換樹脂時,H+<Li+<K+=Na+<NH4+<Ro+<Cs+<Ag+<Ti+;采用弱酸型陽離子交換樹脂時,Li+<K+=Na+<NH4+<Ro+<Cs+<Ag+<Ti+<H+。
目前,世界范圍內(nèi)樹脂產(chǎn)品的種類繁多,分類方法也各不相同。國內(nèi)生產(chǎn)流通的主要陽離子交換樹脂商品,根據(jù)聚合反應(yīng)的類型可分成縮聚型樹脂和加聚型樹脂;根據(jù)樹脂骨架的化學(xué)組成劃分則主要有苯乙烯系、丙烯酸系、酚醛系、環(huán)氧系、乙烯吡啶系、脲醛系和氯乙烯系等陽離子交換樹脂產(chǎn)品;根據(jù)樹脂的品牌則可劃分為華東理工大學(xué)和南開大學(xué)化工廠的001系列強酸性陽離子交換樹脂[如001×2(商品名735)、001×4(商品名734)、001×7(商品名732)、001×8、001×11、001×13]和112、110、122系列弱酸性陽離子交換樹脂[如112×1(商品名724)、112×4(商品名101)、110、122]等產(chǎn)品,上海羅門哈斯公司(中美合資)的Amberlite系列[如Amberlite IR-120(強酸)、Amberlite IRC-50(弱酸)],浙江漂萊特(中英合資)的Dowex系列(如Dowex 50(強酸)等陽離子交換樹脂產(chǎn)品。
西索米星純品為白色無定形粉末,易溶于熱水以及甲醇、乙醇、丙酮等親水性溶劑中,微溶于乙酸乙酯和氯仿,在乙醚、石油醚、苯中不溶。由于西索米星為多元弱堿性生物有機堿,在酸性和中性條件下,主要是以陽離子狀態(tài)存在,其硫酸鹽易溶于水,不溶于有機溶劑。因此,對吸附在陽離子交換樹脂上的西索米星,可以采用含有H+、K+、Na+、NH4+等無機離子的洗脫劑進(jìn)行洗脫,該洗脫劑可以是酸性、中性或堿性溶液。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法,該方法不僅設(shè)備簡單、分離效果好、產(chǎn)品收率高,而且樹脂使用壽命長、生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明的采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法是這樣實現(xiàn)的含有西索米星的溶液,用陽離子交換樹脂吸附至飽和,用水洗去未發(fā)生離子交換的殘留液和吸附力較弱的雜質(zhì),再用一定濃度的洗脫劑洗脫西索米星組分,洗脫液經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、干燥成西索米星粗品。
本發(fā)明采用強酸型陽離子交換樹脂時,優(yōu)先選用含NH4+的溶液,如NH4OH、NH4Cl、(NH4)2SO4等;采用弱酸型陽離子交換樹脂時,優(yōu)先選用稀酸溶液,如HCl、H2SO4等;優(yōu)先選用上述陽離子交換樹脂的主要優(yōu)點為1.強酸型陽離子交換樹脂的功能團(tuán)中的活性離子為—SO3H,pka<1,pH值對其洗脫能力影響不大;洗脫能力主要與洗脫劑的濃度和價態(tài)有關(guān),洗脫劑的濃度和價態(tài)越高,其對吸附在強酸型陽離子交換樹脂上物質(zhì)的洗脫能力就越大。但弱酸型陽離子交換樹脂的功能團(tuán)中的活性離子為—COOH,pKa=4.0~5.6,pH值對其洗脫能力影響較大;洗脫能力不但與洗脫劑的濃度和價態(tài)有關(guān),更重要的影響因素是洗脫劑的pH值,當(dāng)洗脫劑的pH值<pKa時,導(dǎo)致弱酸型陽離子交換樹脂的功能團(tuán)不發(fā)生解離而呈現(xiàn)分子狀態(tài),失去了與陽離子進(jìn)行交換的能力,吸附在樹脂上的物質(zhì)容易被洗脫下來。
2.在等摩爾濃度條件下,各種離子對樹脂的親和力大小排序如下采用強酸型陽離子交換樹脂時,H+<SISO+<Li+<K+=Na+<NH4+<Ro+<Cs+<Ag+<Ti+<SISO2+,選用NH4OH、NH4Cl、(NH4)2SO4等含NH4+的溶液可達(dá)到洗脫西索米星組分的目的;采用弱酸型陽離子交換樹脂時,SISO+<Li+<K+=Na+<NH4+<Ro+<Cs+<Ag+<Ti+<SISO2+<H+,采用HCl、H2SO4等稀酸溶液更容易達(dá)到洗脫西索米星組分的目的。
本發(fā)明采用陽離子交換樹脂吸附西索米星組分至飽和,再用一定濃度的洗脫劑洗脫西索米星組分的工藝方法的主要優(yōu)點為采用離子交換技術(shù)分離純化西索米星的主要依據(jù)是離子交換樹脂對西索米星和雜質(zhì)的親和力不同。離子交換樹脂對西索米星的親和力主要取決于西索米星的理化性質(zhì)、樹脂的功能團(tuán)特點以及溶液中其它雜質(zhì)的影響。由于西索米星發(fā)酵液中除西索米星離子外,還可能有K+、Na+、NH4+、Ca2+、Mg2+等陽離子,以及在酸性條件下以陽離子狀態(tài)存在的氨基酸、蛋白質(zhì)等兩性電解質(zhì),在選擇離子交換技術(shù)分離純化西索米星時,可采取2個策略①選擇對無機離子和雜蛋白親和力較強,而對西索米星親和力較弱的樹脂與條件,使雜質(zhì)在上柱時被吸附在樹脂上,而西索米星大量流出,起到西索米星與雜質(zhì)分開的目的。②或者相反,選擇對西索米星親和力較強,而對無機離子、氨基酸和蛋白質(zhì)等雜質(zhì)親和力較弱的樹脂與條件,使西索米星被大量吸附在樹脂上,然后通過解吸附的方式,用一定濃度的洗脫劑洗脫西索米星組分。與第①種策略相比,第②種策略不但可以達(dá)到西索米星與雜質(zhì)的高效分開,而且對西索米星組分具有明顯的富集濃縮效果。
本發(fā)明制備方法的主要優(yōu)點在于充分利用了在pH值5.8~7.6條件下陽離子交換樹脂對目標(biāo)活性物質(zhì)西索米星的親和力與對蛋白質(zhì)、多糖、氨基酸、色素、無機鹽等雜質(zhì)的親和力的差異,以及一定濃度的洗脫劑溶液對吸附在離子交換樹脂上的西索米星與蛋白質(zhì)、氨基酸、無機鹽等雜質(zhì)的洗脫能力的不同,真正達(dá)到了西索米星與雜質(zhì)的高效分離。
具體實施例方式
本發(fā)明采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法,其方法步驟為含有西索米星的溶液,在pH值5.8~7.6條件下,用陽離子交換樹脂吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量(V/V)的水洗去未發(fā)生離子交換的殘留液和吸附力較弱的雜質(zhì),再用4~8倍樹脂量(V/V)的0.25~1.2mol/L濃度的陰離子,以1~3倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、干燥成西索米星粗品。
其中,含有西索米星的溶液可以是來源于生物合成的西索米星發(fā)酵液、西索米星結(jié)晶母液、其它手段獲得的西索米星提取液或洗脫液中的一種或幾種。
陽離子交換樹脂骨架的化學(xué)組成可以是聚苯乙烯、聚丙烯酸或酚醛中的一種或幾種,優(yōu)先選用聚苯乙烯或聚丙烯酸。
洗脫劑的陽離子組成可以是H+、K+、Na+、NH4+等無機離子中的一種或幾種,洗脫劑可以是酸性、中性或堿性溶液中的一種或幾種。
本發(fā)明制備物的理化參數(shù)測定方法如下(1)西索米星含量的測定采用高效液相色譜法,以鄰苯二甲醛和巰基乙酸為衍生化試劑,對西索米星進(jìn)行柱前衍生。測定條件Agilent 1100型高效液相色譜儀(DAD二極管陣列檢測器),Waters Nova-Pak C18色譜柱(Φ4.6×150mm,5μm),流動相為甲醇∶水∶乙酸(內(nèi)含庚烷磺酸鈉12mmol/L,pH 6.3)=70∶25∶5(V/V/V),流速1.0ml/min,柱溫30℃,進(jìn)樣量20μL,檢測波長250nm。以西索米星(純度99%)(購自Sigma公司)為對照。
(2)多糖含量測定采用苯酚-硫酸法,以葡萄糖或D-半乳糖為對照。蛋白質(zhì)含量測定采用FoLin-酚法,以小牛血清白蛋白為對照。無機離子含量測定采用試劑盒測定,其中SO42-的測定采用氯化鋇沉淀法,Cl-測定采用硝酸銀沉淀法,Ca2+和Mg2+的測定采用甲基百里香酚藍(lán)絡(luò)合法。
本發(fā)明干燥方法如下(1)噴霧干燥條件為進(jìn)料液濃度10~20波美度(60℃),PG-5型噴霧干燥機進(jìn)口溫度160~250℃,出口溫度60~110℃,離心轉(zhuǎn)頭工作壓力1.6~3.0kgf/cm2。
(2)冷凍干燥條件為干燥溫度-10~-60℃,升華溫度35~70℃,壓力0.05~0.18mbar,干燥時間20~40h。
(3)真空干燥條件為干燥溫度45~75℃,壓力-0.06~-0.095MPa,干燥時間15~50h。
本發(fā)明制備方法的實施例陳述如下實施例1pH值為6.76、西索米星濃度為0.7g/L的發(fā)酵液,采用Amberlite IR-120強酸性陽離子交換樹脂,以0.78倍樹脂量/小時的上柱流速(V/V),動態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用4倍樹脂量的1.2mol/L NaCl溶液(V/V),以2倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、真空干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率89.7%,西索米星的純度為75.5%。
實施例2pH值為9.89、西索米星濃度為185.6g/L的結(jié)晶母液,用純水稀釋10倍后,用鹽酸溶液調(diào)pH值至7.59,采用724弱酸性陽離子交換樹脂,在85r/min的攪拌轉(zhuǎn)速條件下,靜態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用8倍樹脂量的0.50mol/LHCl溶液(V/V),以3倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、真空干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率90.9%,西索米星的純度為76.3%。
實施例3pH值為8.23、西索米星濃度為89.6g/L的提取液,用純水稀釋10倍后,用鹽酸溶液調(diào)pH值至5.98,采用Dowex 50強酸性陽離子交換樹脂,以0.78倍樹脂量/小時的上柱流速(V/V),動態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用8倍樹脂量的0.65mol/L NH4OH溶液(V/V),以1倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、真空干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率87.3%,西索米星的純度為75.2%。
實施例4pH值為7.23、西索米星濃度為1.1g/L的發(fā)酵液,采用Amberlite IRC-50弱酸性陽離子交換樹脂,以0.56倍樹脂量/小時的上柱流速(V/V),動態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用4倍樹脂量的0.25mol/L H2SO4溶液(V/V),以3倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、噴霧干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率86.7%,西索米星的純度為74.6%。
實施例5pH值為9.36、西索米星濃度為213.7g/L的結(jié)晶母液,用純水稀釋10倍后,用鹽酸溶液調(diào)pH值至5.78,采用732強酸性陽離子交換樹脂,在60r/min的攪拌轉(zhuǎn)速條件下,靜態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用7倍樹脂量的1.2mol/LNH4OH溶液(V/V),以1倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、噴霧干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率87.1%,西索米星的純度為74.5%。
實施例6pH值為9.68、西索米星濃度為136.5g/L的提取液,用純水稀釋10倍后,用鹽酸溶液調(diào)pH值至7.03,采用734強酸性陽離子交換樹脂,以0.96倍樹脂量/小時的上柱流速(V/V),動態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用8倍樹脂量的0.4mol/L HCl∶NH4Cl(1∶2)溶液(V/V),以2倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、噴霧干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率85.9%,西索米星的純度為72.2%。
實施例7pH值為7.45、西索米星濃度為1.5g/L的發(fā)酵液,采用強酸性陽離子交換樹脂732∶735(2∶1)(V/V),以1.03倍樹脂量/小時的上柱流速(V/V),動態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用8倍樹脂量的1.2mol/L NH4Cl溶液(V/V),以1倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、冷凍干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率88.4%,西索米星的純度為74.9%。
實施例8pH值為10.38、西索米星濃度為196.8g/L的結(jié)晶母液,用純水稀釋10倍后,用鹽酸溶液調(diào)pH值至7.4,采用112弱酸性陽離子交換樹脂,在90r/min的攪拌轉(zhuǎn)速條件下,靜態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用5倍樹脂量的0.35mol/LHCl∶NaCl(2∶1)溶液(V/V),以2倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、冷凍干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率90.3%,西索米星的純度為79.3%。
實施例9pH值為9.24、西索米星濃度為119.4g/L的提取液,用純水稀釋10倍后,用鹽酸溶液調(diào)pH值至6.85,采用001×13強酸性陽離子交換樹脂,以0.72倍樹脂量/小時的上柱流速(V/V),動態(tài)吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量的水(V/V)洗去極性雜質(zhì),再用4倍樹脂量的0.25mol/L(NH4)2SO4溶液(V/V),以3倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、冷凍干燥成西索米星粗品。經(jīng)測定,西索米星的回收率89.6%,西索米星的純度為71.6%。
以上實施例旨在進(jìn)一步舉例描述本發(fā)明,而不是以任何方式限制本發(fā)明。
本發(fā)明構(gòu)思新穎,工藝簡單,提取效率高,生產(chǎn)成本低,具有較大的推廣意義。
權(quán)利要求
1.一種采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法,其特征在于含有西索米星的溶液,用陽離子交換樹脂吸附至飽和,用水洗去未發(fā)生離子交換的殘留液和吸附力較弱的雜質(zhì),再用一定濃度的洗脫劑洗脫西索米星組分,洗脫液經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、干燥成西索米星粗品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法,其特征在于含有西索米星的溶液,在pH值5.8~7.6條件下,用陽離子交換樹脂吸附至飽和,先用不少于1倍樹脂量(V/V)的水洗去未發(fā)生離子交換的殘留液和吸附力較弱的雜質(zhì),再用4~8倍樹脂量(V/V)的0.25~1.2mol/L濃度的洗脫劑,以1~3倍樹脂量/小時的流速(V/V)洗脫西索米星組分,洗脫液在-0.06~-0.095MPa、50~80℃條件下,經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、干燥成西索米星粗品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法,其特征在于陽離子交換樹脂骨架的化學(xué)組成是聚苯乙烯、聚丙烯酸或酚醛中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法,其特征在于洗脫劑是酸性、中性或堿性溶液中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法,其特征在于洗脫劑的陽離子組成是H+、K+、Na+、NH4+等無機離子中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用陽離子交換樹脂提取西索米星的方法。該方法的步驟為含有西索米星的溶液,用陽離子交換樹脂吸附至飽和,用水洗去未發(fā)生離子交換的殘留液和吸附力較弱的雜質(zhì),再用一定濃度的洗脫劑洗脫西索米星組分,洗脫液經(jīng)減壓回收溶劑、真空濃縮、干燥成西索米星粗品。本發(fā)明構(gòu)思新穎,工藝簡單,提取效率高,生產(chǎn)成本低,具有較大推廣性。
文檔編號C07H1/00GK1948327SQ200610135209
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月3日
發(fā)明者陳劍鋒, 陳浩 申請人:福州大學(xué)