苯氧甲基青霉素分離技術及其應用研究進展

張小雙　趙志普

摘 要：本文對青霉素V的分析方法、提取分離技術及應用進行了闡述。重點介紹了其應用特別是在下游產品生產技術方面的優勢。同時，對今后青霉素V技術發展方向進行了展望。

關鍵詞：青霉素;青霉素V;分離技術

一、青霉素概述

1929年Flemming發現了青霉素（Penicillins），這是世界上最著名的抗生素，也是人類應用于臨床的第一種抗生素。青霉素是臨床抗感染的首選藥物之一，長期以來，國內外臨床一致證實青霉素具有抗菌作用強、療效高、毒性低等優點，目仍廣泛應用于臨床，而且在治療很多感染疾病中仍為首先藥物。青霉素是由青霉菌所產生的一類抗生素的總稱，它們是由不同菌種或同一菌種在不同培養條件下培養所得的同一類化學物質。青霉素是臨床抗感染的首選藥物之一，同時又是裂解生產6 APA（6氨基青霉烷酸）和7 ADCA（7氨基3去乙酰氧基頭孢烷酸）等半合成抗生素中間體的重要原料，是當今β內酰胺抗生素市場的基石。青霉素發酵液中含有5種以上天然青霉素（如青霉素F、G、X、K、F和V等），其共同的化學結構如圖。

1.2青霉素V概述

苯氧甲基青霉素又稱青霉素V，最初是由Behrens等于1947年采用生產青霉素G菌種，在發酵過程中加入正（2羥乙基）苯氧乙酰胺特殊前體試制成功，并于1955年生產出口服制劑并應用于臨床。青霉素V對酸穩定性高，不易被胃酸破壞，口服吸收好，其口服劑尤其適合兒童使用。而且作注射針劑使用時，可不做皮試，安全性高。目前，美國、英國、德國等國家均有規模生產，并在美國、日本、西班牙、荷蘭和西歐等一些國家的臨床上廣泛使用。青霉素 V分子結構主要由β-內酰胺環和四氫噻唑環組成，其中β-內酰胺環起到主要的抗菌作用，含有苯氧甲基的側鏈結構對青霉素 V 的理化性質也有較大的影響。青霉素分子中含有 3個不對稱碳原子，故具有旋光性。青霉素 V 用青霉素酶失活后，在 268nm 和 274nm 有兩個苯環吸收峰，其消光系數分別為 1330 和 1100，比值為 1.2。青霉素 V為白色晶體，青霉素 V 鉀為白色晶體，屬三斜晶系。

二、青霉素V提取技術研究

目前國內外有關青霉素V生產提取的文獻報道較少，并且大多是早期的研究工作。國內許多公司基本上沿用青霉素G的生產工藝來生產青霉素V，只是將部分工藝條件進行了調整。溶劑萃取法和沉淀法是目前青霉素V生產過程中主要的分離提純方法。

2.1溶劑萃取法

青霉素V的p Ka為2.7，且耐酸性能好。在較低的p H值時，大部分青霉素V以未解離酸分子形式存在，在水中溶解度較低但易溶于有機溶劑，因此可用溶劑萃取技術提取青霉素V。溶劑萃取法提取青霉素雖然有對設備要求高、過程易乳化、溶媒消耗量相對較大等缺點，但是此技術相對成熟，具有濃縮倍數大、生產周期短、效率高和易實現高效的連續生產等優點，故仍是青霉素V提取普遍采用的方法。溶劑萃取分物理萃取和反應萃取兩大類。目前在青霉素提取過程中普遍采用的是碳-鍵合氧給予體類型的萃取劑，即碳氫化合物和取代的碳氫化合物溶劑，在p H值為2.0左右進行萃取青霉素，萃取收率服從分配定律，稱為物理萃取。從一些國外的專利來看，工業上青霉素V常以鉀鹽的形式提取且和青霉素G鹽提取工藝相似，由于青霉素V耐酸性好，不易降解，因此采用乙酸丁酯等溶劑萃取法生產青霉素V比生產青霉素G具有優勢而普遍采用。但是國內目前由于青霉素V提取技術不成熟，在工藝控制、收率和質量上還與國外有一定的差距，有待進一步研究。

2.2沉淀法

沉淀法是分離青霉素V酸的最簡單而經濟的方法。青霉素V酸生產可以通過加入無毒的弱酸或部分有機強酸到青霉素V發酵濾液或鹽溶液中調節pH值獲得。酸性相對較弱的酸離解常數常選擇在（1.3～6.6）×105的一元脂肪酸，如乙酸、丙酸等，或二元脂肪酸，如丁二酸等。強酸的離解常數至少為1.7×104，如硫酸、鹽酸、磷酸、檸檬酸等。酸化過程中強酸的存在可以使青霉素V酸沉淀完全。為了獲得較高的收率，通常先加入弱酸，然后緩慢加入強酸或部分強酸與弱酸同時加入，大部分青霉素V酸沉淀后，加入剩余的強酸。利用沉淀法直接從發酵液中回收分離和提純青霉素V優點很多，如節省或不用溶媒，收率高;操作費用降低;設備簡單，工藝路線短;對羥基青霉素V酸化后存在液相中等。但是在青霉素V酸化過程易形成黏性的油狀物，過濾處理存在一定的問題。

三、青霉素V的應用研究

由于青霉素V與青霉素G抗菌譜相似，可作為有效的抗菌藥物，特別是青霉素V耐酸性好，不易被胃酸破壞，口服吸收好，可以直接加工成青霉素V鉀鹽口服制劑;同時用作注射針劑時使用方便，可不做皮試，有較高的安全性。但是由于青霉素G在臨床上長期使用，造成抗藥菌的普遍產生，進而使療效下降，因而大部分青霉素V、青霉素G被用作原料來生產6 APA、7 ADCA、β內酰胺中間體等下游產品。盡管目前采用青霉素G/青霉素G酰化酶系統結合在酶法工業生產6 APA中占有主導地位，然而由青霉素V/青霉素V酰化酶系統結合技術在底物濃度、操作條件等方面具有一定的技術和經濟上的優勢。

（1）在萃取過程中青霉素V在水溶液中，特別是在低pH值條件下穩定性較高;生產青霉素V的菌株可以承受較高的苯氧乙酸的濃度，進而可以提高單位發酵液青霉素V的收率;青霉素V在水相中較高的穩定性還可以提高酶法生產6 APA的收率。但是由于青霉素V提取技術等原因導致在原料上青霉素V酰化酶系統的成本比青霉素G要高10%～15%，這也是青霉素V和青霉素V酰化酶結合工藝推廣應用的主要障礙之一。

（2）青霉素V酰化酶可以水解較高的底物濃度而獲得6 APA較高的水相濃度進而提高沉淀收率，同時還可以省去在青霉素G酰化酶系統中的反滲透濃縮設備。據報道，青霉素V酰化酶在高濃度的底物條件下比青霉素G酰化酶轉化率要高。在pH值為7.0時，青霉素V酰化酶水解12%的青霉素V溶液轉化率為98%，而青霉素G酰化酶水解12%的青霉素G溶液轉化率為90%;在pH值為8.0時，水解20%的青霉素溶液轉化率分別是99.5%，97.5%。

（3）可以在中性溫和、適宜的pH值下操作，降低青霉素V和6 APA的降解。絕大部分青霉素G酰化酶是在pH值為7.8～8.5使用，而青霉素V酰化酶為pH值為5.6～8.5，并且多數在pH值為7.0或低于7.0。青霉素V還可以生產半合成頭孢菌素類。一般先將青霉素V五元環通過化學擴展法等轉變為六元環頭孢類（Ceph V），然后通過化學兩步水解法或一步酶法生產7 ADCA。工藝類似于6 APA的生產。青霉素V雖然在生產6 APA和7 ADCA有一定的優勢，但是生產青霉素V的細胞培養的發展和有效地制備青霉素V固定酰化酶仍然是將青霉素G轉向青霉素V工程的瓶頸。

總結

為拓展青霉素V利潤和生存空間，只有盡快調整其產品結構，大力發展高質量、高附加值的下游產品，采用新技術和工藝降低生產成本，同時注重清潔生產。

參考文獻

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