苯氧甲基青霉素分离技术及其应用研究进展

张小双　赵志普

摘 要：本文对青霉素V的分析方法、提取分离技术及应用进行了阐述。重点介绍了其应用特别是在下游产品生产技术方面的优势。同时，对今后青霉素V技术发展方向进行了展望。

关键词：青霉素;青霉素V;分离技术

一、青霉素概述

1929年Flemming发现了青霉素（Penicillins），这是世界上最著名的抗生素，也是人类应用于临床的第一种抗生素。青霉素是临床抗感染的首选药物之一，长期以来，国内外临床一致证实青霉素具有抗菌作用强、疗效高、毒性低等优点，目仍广泛应用于临床，而且在治疗很多感染疾病中仍为首先药物。青霉素是由青霉菌所产生的一类抗生素的总称，它们是由不同菌种或同一菌种在不同培养条件下培养所得的同一类化学物质。青霉素是临床抗感染的首选药物之一，同时又是裂解生产6 APA（6氨基青霉烷酸）和7 ADCA（7氨基3去乙酰氧基头孢烷酸）等半合成抗生素中间体的重要原料，是当今β内酰胺抗生素市场的基石。青霉素发酵液中含有5种以上天然青霉素（如青霉素F、G、X、K、F和V等），其共同的化学结构如图。

1.2青霉素V概述

苯氧甲基青霉素又称青霉素V，最初是由Behrens等于1947年采用生产青霉素G菌种，在发酵过程中加入正（2羟乙基）苯氧乙酰胺特殊前体试制成功，并于1955年生产出口服制剂并应用于临床。青霉素V对酸稳定性高，不易被胃酸破坏，口服吸收好，其口服剂尤其适合儿童使用。而且作注射针剂使用时，可不做皮试，安全性高。目前，美国、英国、德国等国家均有规模生产，并在美国、日本、西班牙、荷兰和西欧等一些国家的临床上广泛使用。青霉素 V分子结构主要由β-内酰胺环和四氢噻唑环组成，其中β-内酰胺环起到主要的抗菌作用，含有苯氧甲基的侧链结构对青霉素 V 的理化性质也有较大的影响。青霉素分子中含有 3个不对称碳原子，故具有旋光性。青霉素 V 用青霉素酶失活后，在 268nm 和 274nm 有两个苯环吸收峰，其消光系数分别为 1330 和 1100，比值为 1.2。青霉素 V为白色晶体，青霉素 V 钾为白色晶体，属三斜晶系。

二、青霉素V提取技术研究

目前国内外有关青霉素V生产提取的文献报道较少，并且大多是早期的研究工作。国内许多公司基本上沿用青霉素G的生产工艺来生产青霉素V，只是将部分工艺条件进行了调整。溶剂萃取法和沉淀法是目前青霉素V生产过程中主要的分离提纯方法。

2.1溶剂萃取法

青霉素V的p Ka为2.7，且耐酸性能好。在较低的p H值时，大部分青霉素V以未解离酸分子形式存在，在水中溶解度较低但易溶于有机溶剂，因此可用溶剂萃取技术提取青霉素V。溶剂萃取法提取青霉素虽然有对设备要求高、过程易乳化、溶媒消耗量相对较大等缺点，但是此技术相对成熟，具有浓缩倍数大、生产周期短、效率高和易实现高效的连续生产等优点，故仍是青霉素V提取普遍采用的方法。溶剂萃取分物理萃取和反应萃取两大类。目前在青霉素提取过程中普遍采用的是碳-键合氧给予体类型的萃取剂，即碳氢化合物和取代的碳氢化合物溶剂，在p H值为2.0左右进行萃取青霉素，萃取收率服从分配定律，称为物理萃取。从一些国外的专利来看，工业上青霉素V常以钾盐的形式提取且和青霉素G盐提取工艺相似，由于青霉素V耐酸性好，不易降解，因此采用乙酸丁酯等溶剂萃取法生产青霉素V比生产青霉素G具有优势而普遍采用。但是国内目前由于青霉素V提取技术不成熟，在工艺控制、收率和质量上还与国外有一定的差距，有待进一步研究。

2.2沉淀法

沉淀法是分离青霉素V酸的最简单而经济的方法。青霉素V酸生产可以通过加入无毒的弱酸或部分有机强酸到青霉素V发酵滤液或盐溶液中调节pH值获得。酸性相对较弱的酸离解常数常选择在（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。强酸的离解常数至少为1.7×104，如硫酸、盐酸、磷酸、柠檬酸等。酸化过程中强酸的存在可以使青霉素V酸沉淀完全。为了获得较高的收率，通常先加入弱酸，然后缓慢加入強酸或部分强酸与弱酸同时加入，大部分青霉素V酸沉淀后，加入剩余的强酸。利用沉淀法直接从发酵液中回收分离和提纯青霉素V优点很多，如节省或不用溶媒，收率高;操作费用降低;设备简单，工艺路线短;对羟基青霉素V酸化后存在液相中等。但是在青霉素V酸化过程易形成黏性的油状物，过滤处理存在一定的问题。

三、青霉素V的应用研究

由于青霉素V与青霉素G抗菌谱相似，可作为有效的抗菌药物，特别是青霉素V耐酸性好，不易被胃酸破坏，口服吸收好，可以直接加工成青霉素V钾盐口服制剂;同时用作注射针剂时使用方便，可不做皮试，有较高的安全性。但是由于青霉素G在临床上长期使用，造成抗药菌的普遍产生，进而使疗效下降，因而大部分青霉素V、青霉素G被用作原料来生产6 APA、7 ADCA、β内酰胺中间体等下游产品。尽管目前采用青霉素G/青霉素G酰化酶系统结合在酶法工业生产6 APA中占有主导地位，然而由青霉素V/青霉素V酰化酶系统结合技术在底物浓度、操作条件等方面具有一定的技术和经济上的优势。

（1）在萃取过程中青霉素V在水溶液中，特别是在低pH值条件下稳定性较高;生产青霉素V的菌株可以承受较高的苯氧乙酸的浓度，进而可以提高单位发酵液青霉素V的收率;青霉素V在水相中较高的稳定性还可以提高酶法生产6 APA的收率。但是由于青霉素V提取技术等原因导致在原料上青霉素V酰化酶系统的成本比青霉素G要高10%～15%，这也是青霉素V和青霉素V酰化酶结合工艺推广应用的主要障碍之一。

（2）青霉素V酰化酶可以水解较高的底物浓度而获得6 APA较高的水相浓度进而提高沉淀收率，同时还可以省去在青霉素G酰化酶系统中的反渗透浓缩设备。据报道，青霉素V酰化酶在高浓度的底物条件下比青霉素G酰化酶转化率要高。在pH值为7.0时，青霉素V酰化酶水解12%的青霉素V溶液转化率为98%，而青霉素G酰化酶水解12%的青霉素G溶液转化率为90%;在pH值为8.0时，水解20%的青霉素溶液转化率分别是99.5%，97.5%。

（3）可以在中性温和、适宜的pH值下操作，降低青霉素V和6 APA的降解。绝大部分青霉素G酰化酶是在pH值为7.8～8.5使用，而青霉素V酰化酶为pH值为5.6～8.5，并且多数在pH值为7.0或低于7.0。青霉素V还可以生产半合成头孢菌素类。一般先将青霉素V五元环通过化学扩展法等转变为六元环头孢类（Ceph V），然后通过化学两步水解法或一步酶法生产7 ADCA。工艺类似于6 APA的生产。青霉素V虽然在生产6 APA和7 ADCA有一定的优势，但是生产青霉素V的细胞培养的发展和有效地制备青霉素V固定酰化酶仍然是将青霉素G转向青霉素V工程的瓶颈。

总结

为拓展青霉素V利润和生存空间，只有尽快调整其产品结构，大力发展高质量、高附加值的下游产品，采用新技术和工艺降低生产成本，同时注重清洁生产。

参考文献

[1]方成开周庆卢志生，青霉素提炼新工艺研究及经济效益评估（上），湿法冶金，2001，20（2）：57～65

[2]申淑锋常志东孙兴华等，苯氧甲基青霉素分离技术及其应用研究进展，化工进展，2004，23（10）：1081～1085