全 文 :第 13卷第 1期
2015年 1月
生 物 加 工 过 程
Chinese Journal of Bioprocess Engineering
Vol 13 No 1
Jan 2015
doi:10 3969 / j issn 1672-3678 2015 00 017
收稿日期:2013-12-16
基金项目:国家科技支撑计划(2008BAI76B04)
作者简介:闫同顺(1977—),男,山东昌乐人,工程师,研究方向:生化药物的提取、纯化,E⁃mail:13581069217@ 163 com
奥利司他低温溶析结晶条件的优化
闫同顺1,杨金艳2
(1 鲁南制药集团股份有限公司 国家手性制药工程技术研究中心,山东 临沂 276006;
2 临沂大学 生命科学学院,山东 临沂 276000)
摘 要:为了寻找一种高效的奥利司他结晶工艺,对溶剂种类、晶种、反溶剂加入量、待结晶溶液浓度、搅拌转速和
降温速度等因素进行了研究。 通过静态结晶实验,确立了甲醇 /水为最佳的结晶体系及其比例,加入晶种能明显提
高奥利司他的析晶温度,提高产品含量和纯度。 在此基础上,经正交试验设计 L9(34),通过 50 L 结晶罐动态考察
了各因素对奥利司他结晶产品含量和收率的影响,并进一步优化了加水方式。 结果表明:按照 2 ℃ / h速率降温,初
始奥利司他质量浓度为 30 g / L,反溶剂水的加量为 25%(体积分数),分 2次加入,析晶前加入产品质量 0 1%的晶
种,搅拌转速 250 r / min条件下,所得奥利司他晶体含量和收率最高。 经高效液相色谱(HPLC)检测,奥利司他含量
可达 98 6%,收率可达 85 3%。
关键词:奥利司他;溶析结晶;溶析剂;优化
中图分类号:Q799 文献标志码:A 文章编号:1672-3678(2015)01-0101-05
Optimization of solvent⁃out crystallization conditions of
orlistat at lower temperature
YAN Tongshun1,YANG Jinyan2
(1 National Engineering Research Center of Chiral drugs,Lunan Pharmaceutical Group Corporation,Linyi 276006,China;
2 School of Life Science,Linyi University,Linyi 276000,China)
Abstract:The crystallization of orlistat was studied by the single factor test and the orthogonal experiment
design Factors influencing the orlistat crystallization,such as solvent types,seed,the amount of water,the
concentration of the solution,stirring speed and cooling speed were investigated By static crystallization
experiments, the crystallization of methanol / water as the best system and its proportion were
established Also adding crystal seed can obviously improve the crystallization temperature of orlistat,as
well as improving product purity and content Based on single factor test,the orthogonal experiment design
L9( 34 ) was carried out with all dynamic factors in 50 L crystallization reactor, as well as further
optimization of water addition Results show that the highest orlistat crystal content and recovery were
obtained Under the optimal conditions, the rate of the cooling temperature was 2 ℃ / h, the initial
concentration of orlistat was 30 g / L,adding the amount of the solvent water was 25%(V / V),twice to
add,the 0 1% seed by weight of orlistat was added before crystallization,the condition of stirring speed
was 250 r / min By HPLC analysis,orlistat content was 98 6%,and yield was 85 3%
Keywords:orlistat;solvent⁃out crystallization;diluent solvent;optimization
奥利司他(orlistat)是一种非全身作用的、具有
良好耐受性和有效性的新型减肥药物,可不用食欲
抑制剂而治疗肥胖,为肥胖症的药物治疗开辟了新
途径[1]。 该药品目前已在全球 100 多个国家上市,
拥有近千万使用者。
奥利司他可以通过生物发酵或全合成 2种方法
获得,生物发酵由于收率高、成本低而被广泛采用。
但是,生物发酵所得产品由于相似杂质多,难以提
纯,有关奥利司他纯化的工艺报道大多采用硅胶柱
层析或制备液相技术[2-4],成本较高。 结晶是纯化
大多数化学药物的有效方法,常用的结晶方法有冷
却结晶、共沸结晶和溶析结晶等。 对于冷却结晶,
溶质的过饱和度是由降温方式决定的,是影响冷却
结晶最为重要的因素[5],产品析晶前后,搅拌转速
对晶体粒度分布、大小、纯度都具有非常显著的影
响[6]。 而溶析结晶,是通过加入反溶剂,使溶质的
溶解度降低到过饱和状态而结晶,溶析剂的加入
量、加入方式对结晶有明显影响[7-9]。 在物质的结
晶过程中,有控制地加入一定量的小晶种到结晶溶
液中,以获得最大结晶产品的收率及使最终产品达
到预定的要求[10],但是加晶种时溶液的饱和度不宜
过高,否则容易造成晶种和二次成核的聚结[11]。 总
之,提高奥利司他产品质量的关键在于结晶过程的
优化和控制。
本文将冷却结晶和溶析结晶 2 种方式结合,通
过结晶参数和结晶过程优化,力求寻找一条结晶温
度适中,产品质量较好的结晶工艺。
1 材料与方法
1 1 试剂与仪器
奥利司他粗品,质量分数 93%,纯度为 95%,其制
备方法为发酵液经溶剂浸提、过滤、萃取、浓缩等多步
操作处理得奥利司他中间体,中间体用庚烷溶解后,
经钯炭氢化,制成奥利司他氢化液,庚烷结晶 1 次后
即得奥利司他粗品。 奥利司他晶种及对照品,质量分
数 99 2%,纯度 99 5%。 奥利司他粗品及晶种和对
照,均为实验室发酵生产自制。 分析纯甲醇、丙酮、乙
醇均为西陇化工股份有限公司,色谱纯乙腈为国药集
团化学试剂有限公司,医药级甲醇为淄博市临淄天德
精细化工研究所。
Agilent 1100 高效液相色谱仪(HPLC),Agilent
Technologies;DLSB 30 / 40 型低温循环制冷机,郑
州长城科工贸有限公司;GR 50L 双层玻璃反应
釜,郑州长城科工贸有限公司;BT100 2J 型蠕动
泵,保定兰格恒流泵有限公司;SHB B88 型水循环
真空泵,郑州长城科工贸有限公司;30 cm 布氏漏
斗,10L 抽滤瓶,蜀牛玻璃仪器有限公司; Nikon
Eclipse E100 型显微镜,尼康(中国)有限公司;BC /
BD 270SH 型冰柜,海尔集团;DZF 605B 型真空
干燥箱,巩义市英峪高科仪器厂;YC7144型油泵,临
海市春华电机厂。
1 2 实验方法
1 2 1 奥利司他静态结晶
取一定量的奥利司他粗品,加入含一定体积纯
化水的溶剂中,40 ℃加热至完全溶解,放入-5 ℃冰
柜中,使其自然降温析晶。
1 2 2 晶种对奥利司他结晶的影响
对放入冰柜内甲醇 /水结晶体系,分加晶种和
不加晶种进行结晶处理,开始析晶时用温度计测析
晶温度,所得产品低温抽滤,25 ℃真空干燥得干粉。
1 2 3 奥利司他动态结晶
取 1 kg奥利司他粗品加热至 40 ℃使其在甲醇
中完全溶解,过滤得透明滤液,将澄清的溶液移入
50 L玻璃反应釜中,用甲醇调配至所需浓度,开启
低温浴槽降温、循环,开启机械搅拌,向溶液中流加
纯化水,体系变混前加入晶种,降温至奥利司他结
晶析出,养晶 1 h,待降温至一定温度,布氏漏斗过滤
得晶体,用体积分数 75%预冷的甲醇 /水洗涤,25 ℃
真空干燥即得奥利司他干粉。
1 2 4 奥利司他含量和收率的计算
所得奥利司他晶体干燥后,用高效液相色谱
(HPLC)按照 USP35 指定的外标法(略有改进)进
行含量的测定。 纯度计算按照面积归一化法。 奥
利司他母液浓度采用事先制作的标样曲线,流动相
稀释 10倍后,过 0 45 μm 滤膜,按进样量 20 μL 进
行 HPLC分析,计算浓度和收率。 色谱系统条件:色
谱柱 C 18 柱(4 6 mm×250 mm,5 μm);流动相
V(乙腈) ∶ V(85%磷酸) ∶ V(水)= 860 ∶ 0 05 ∶ 140;检
测波长 195 nm;进样量 20 μL;流速 1 2 mL / min;柱
温 30 ℃。
2 结果与讨论
2 1 结晶溶剂的选择
选择一种合适的结晶溶剂,不但要考虑结晶
的除杂效果、晶体的过滤速度、结晶收率,更要考
虑该种溶剂的价格。 从甲醇、乙醇、丙酮 3 种溶剂
201 生 物 加 工 过 程 第 13卷
出发,配制质量浓度 30 g / L的奥利司他,通过向溶
剂中加入 25%(体积分数)的纯化水,使其在-5 ℃
冰柜内自然降温结晶。 利用 Nikon Ecipse E100 型
显微镜观察晶形。 图 1 为奥利司他分别在甲醇、
乙醇、丙酮 3 种溶剂中的晶形照片。 由图 1 可知:
奥利司他在乙醇、丙酮中结晶完过滤时,母液质量
浓度分别为 7 5 和 5 2 g / L,收率较低,此 2 种溶剂
不适合作为结晶溶剂,而且乙醇结晶时,所得奥利
司他晶形为圆球形与针状共存,晶形细,较难过
滤,不适合工业化生产。 甲醇 /水析晶温度高
(5 ℃), 5 ℃过滤时母液质量浓度 3 5 g / L,能保
证结晶的收率,晶形为长针状、粗壮、均匀,较好过
滤,除杂明显且价格便宜,所以选择甲醇为后续的
实验结晶溶剂。
图 1 奥利司他在不同溶剂中的结晶晶形照片(×400)
Fig 1 Images of different crystal forms of orlistat on different solvent types (×400)
2 2 晶种对奥利司他结晶的影响
一般情况下,加入晶种可以抑制初级成核,有
利于晶体生长。 本实验中加入溶质质量分数为
0 1%的奥利司他作为晶种,结果见图 2。 从温度计
测量结果可知,加入晶种能显著提高奥利司他的析
出温度,从6 ℃提高至 10 ℃;由图 2 可知,加入晶种
有利于结晶过程的控制和杂质的去除,但在最后过
滤时对奥利司他收率无明显影响。 这可能与奥利
司他在甲醇 /水结晶体系比例确定的前提下,溶解
度为一定值有关。 加入晶种所得奥利司他产品纯
度及含量明显高于不加晶种结晶所得产品与高海
见等[12]研究结果一致。
图 2 晶种对奥利司他结晶的影响
Fig 2 Effects of seed on orlistat crystallization
2 3 动态结晶工艺的优化
通过静态实验,初步确定了甲醇 /水为奥利司
他最佳结晶溶剂体系,结晶过程中加入晶种可以较
好地控制结晶过程。 在此基础上,动态结晶实验采
用 50 L结晶罐,以奥利司他结晶后产品含量和收率
为考察指标,通过正交实验 L9(34)(表 1)对结晶过
程中水的加入量、待结晶溶液浓度、搅拌转速和降
温速度等因素进行了研究,结晶实验均在 0℃过滤,
收集晶体、洗涤、真空干燥。 从表 2 可以看出:以奥
利司他结晶所得产品含量为响应值,结晶过程中以
溶剂水的加入量为主要因素,对奥利司他产品含量
影响显著,其次为待结晶产品浓度,降温速度影响
最小,以含量为考察指标的最佳水平组合为
A2B2C2D2。 以结晶收率为响应值,由表 3 可知:水
的加入量对结晶收率影响最为明显,而转速和降温
速度对结晶收率影响最小,其最佳组合为 A3 B3 C3
D2,综合含量和收率,最优组合为 A2B2C2D2。 从正
交试验可以得出:在奥利司他结晶过程中,水的加
入量对产品含量和收率影响最为显著,其次是待结
晶溶液浓度,而搅拌转速和降温速度影响较小。 因
此,奥利司他结晶时,一定要控制好水的加入量,在
控制收率的同时,避免水的过量加入,这样可以有
效去除杂质,保证结晶产品的质量。
2 4 加水方式对奥利司他结晶的影响
奥利司他甲醇结晶过程中,水的加入量对产品
含量和收率影响极为显著,在综合考虑产品质量与
收率的情况下,确定了加入结晶体系 25%(体积分
数)的水为最佳值。 在正交试验优化基础上,对水
301 第 1期 闫同顺等:奥利司他低温溶析结晶条件的优化
表 1 正交试验结果 L9(34)
Table 1 Results of orthogonal experiment
方
案
加水量
(A) /
%
溶液浓度
(B) /
(g·L-1)
搅拌转速
(C) /
(r·min-1)
降温方式
(D) /
(℃·h-1)
含量 /
%
收率 /
%
1 10 10 100 6 96 5 75 1
2 10 30 250 2 98 6 77 3
3 10 60 450 4 94 8 78 0
4 25 10 250 4 98 1 77 5
5 25 30 450 6 97 2 84 6
6 25 60 100 2 95 9 85 3
7 50 10 450 2 94 1 87 4
8 50 30 100 4 93 8 87 8
9 50 60 250 6 93 5 88 6
表 2 正交试验结果分析(以产品含量为响应值)
Table 2 Analysis results of orthogonal experiment on content
因素 K1 K2 K3 R 最优水平
A / % 96 6 97 1 93 8 3 3 25
B / (g·L-1) 96 2 96 5 94 7 1 8 30
C / (r·min-1) 95 4 96 7 95 4 1 3 250
D / (℃·h-1) 95 7 96 2 95 6 0 6 2
表 3 正交试验结果分析(以产品收率为响应值)
Table 3 Analysis results of orthogonal experiment on yield
因素 K1 K2 K3 R 最优水平
A / % 76 8 82 5 87 9 11 1 50
B / (g·L-1) 80 0 83 2 84 0 4 00 60
C / (r·min-1) 82 7 81 1 83 3 2 20 450
D / (℃·h-1) 82 8 83 3 81 1 2 20 2
的加入方式分 3 种情况进行考察:①结晶降温前
一次性全部加入;②结晶降温前一次性先加入 1 / 2
体积,等温度降至 5 ℃时 30 min 内再流加完剩余
的1 / 2体积;③降温至 5 ℃时 1 h一次性流加完,结
果见图 3。 通过 HPLC 分析母液计算出 3 种加水
方式结晶收率均为 85 3%,由此可知,在加水量确
定的情况下,加水方式对结晶收率无影响。 由图 3
可知:纯水在结晶前分 2 次加入与在 5 ℃ 1 h流加
完所得奥利司他晶体含量、纯度都较好,且两种方
式产品质量相当,从时间角度考虑,采用第二种方
式加水(流加时间为第三种方式的一半),此时得
到的奥利司他的含量为 98 6%,收率为 85 3%。
A—降温前一次全部加入; B—5 ℃前后分两次加入;
C—5 ℃一次全部加入
图 3 纯水加入方式对奥利司他结晶的影响
Fig 3 Effects of pure water adding code on
orlistat crystallization
纯水在降温前一次性全部加入,所得晶体含量和
纯度较差,这可能与水的一次性快速加入,导致产
品析晶过快,晶种起不到应有的作用,析晶过程难
以控制有关。
3 结论
通过对奥利司他低温溶析结晶溶剂的考察,选
择了甲醇 /水为最佳的结晶体系,在此体系中结晶
产品收率高、纯度好,晶体较好过滤,加入晶种可以
显著提高结晶温度,改善产品质量。 在此基础上,
通过正交试验,考察了水的加入量、待结晶溶液浓
度、搅拌转速和降温速度等因素对结晶的影响,并
进一步明确了水的加入方式。 最终确定了一条奥
利司他结晶新工艺:按照 2 ℃ / h 速率降温,初始奥
利司他为 30 g / L,水的加量为 25%(体积分数),分 2
次加入,析晶前加入 0 1%的晶种,搅拌转速 250
r / min条件下,所得奥利司他晶体含量和收率最高。
经 HPLC检测,奥利司他含量可达 98 6%,收率可达
85 3%。 本实验甲醇 /水结晶条件的优化为奥利司
他的精制除杂提供了一种有益的参考,对其工业化
生产具有较强的指导价值。
参考文献:
[ 1 ] 马微,付丽,王海波,等.新型减肥药奥利司他的研究进展[ J] .
华西药学杂志,2009,24(4):431⁃433.
[ 2 ] 赵志全,刘茂田.一种生产制备奥利司他的方法:中国,
201010505171.1[P].2010⁃10⁃13.
[ 3 ] 朱国荣,应雪肖,邓传亮,等.一种提纯奥利司他的方法:中
国,200910169508.3[P].2009⁃09⁃08.
[ 4 ] Hadvary P,Hochuli E,Kupfer E,et al. Leucine derivatives:US,
4598089 [P].1986⁃07⁃01.
401 生 物 加 工 过 程 第 13卷
[ 5 ] 杨立斌,杜鹃,沙作良,等.十水硫酸钠冷却结晶动力学的研
究[J] .无机盐工业,2009,41(4):18⁃20.
[ 6 ] 刘宝树,王静康,龚俊波,等.克拉维酸钾反应结晶研究[ J] .中
国抗生素杂志,2005,30(11):656⁃698.
[ 7 ] 赵茜,高大伟,陈永泉,等.红霉素溶析结晶过程中原溶剂对
其晶形及纯度的影响研究[ J] .中国抗生素杂志,1999,24
(6):410⁃414.
[ 8 ] 李晓娜,尹秋响,陈魏,等.溶剂对对苯二酚晶体晶形的影响
[J] .化工学报,2006,57(3):480⁃485.
[ 9 ] 陈葵,朱家文,纪利俊,等.红霉素溶析结晶过程的介稳特性
[J] .高校化学工程学报,2006,20(5):847⁃851.
[10] Stanfan K H. An underrestimated critical success factor for
crystallization [ C] / / The Proceedings of the 14th International
Symposium on Industrial Crystallization ( ISIC14 ) . Cambridge:
Davis Building,1999.
[11] 张纲,王静康,熊晖.沉淀结晶过程中的添加晶种技术[ J] .化
学世界,2002,43(6):326⁃328.
[12] 高海见,尹秋响,张美景,等.晶种对硝酸硫胺结晶的影响[ J] .
化学工业与工程,2005,22(2):108⁃111.
(责任编辑 荀志金)
(上接第 93页)
[ 4 ] Lomnitsky L,Grossman S,Bergman M,et al. In vitro and in vivo
effects of beta⁃carotene on rat epidermal lipoxygenases[J] . Int J
Vitamin Nutrition Res,1997,67:407⁃414.
[ 5 ] 李福枝,刘飞,曾晓希,等.天然类胡萝卜素的研究进展[ J] .食
品工业科技,2007,28(9):227⁃232.
[ 6 ] 马兴周,邓春明.流化床型式在酵母干燥中的对比分析[ J] .广
西轻工业,2010(12):3⁃4.
[ 7 ] 张长新.HunterLab色差仪:食品颜色的有效测量工具[ J] .食
品安全导刊,2009(3):43.
[ 8 ] Jin Z,Hsieh F,Huff H E.Extrusion cooking of corn meal with soy
fiber,salt,and sugar[J] .Cereal Chem,1994,71(3):227⁃234.
[ 9 ] Altan A,McCarthy K L,Maskan,M. Evaluation of snack foods
from barley⁃tomato pomace blends by extrusion processing[ J] . J
Food Eng,2008,84(2):231⁃242.
[10] 曹新志,明红梅,陈永京.微波和红外干燥对胡萝卜品质的影
响[J] .四川理工学院学报:自然科学版,2009,22(1):59⁃61.
[11] 张智勇,孙辉,王春,等.利用色彩色差仪评价面条色泽的研
究[J] .粮油食品科技,2013,21(2):55⁃58.
[12] 韩梅,葛向阳,钱和,等.锁掷酵母高产类胡萝卜素的发酵条
件的研究[J] .食品工业科技,2011,32(12):239⁃242.
[13] Sapers D M, Douglas J. Analysis of the association of official
agricultural chemists [ M]. 10th ed. Gaithersbury: Association of
Offical Analytical Chemists (SCAOAC),1987.
(责任编辑 管 珺)
501 第 1期 闫同顺等:奥利司他低温溶析结晶条件的优化