頭孢克洛晶體粒度控制及應(yīng)用

張立斌，賈全，田洪年，魏寶軍

（華北制藥河北華民藥業(yè)有限責(zé)任公司，河北 石家莊 052165）

頭孢類抗生素是臨床應(yīng)用較為廣泛的抗菌藥物，半合成頭孢菌素是一類抗菌譜廣、療效高、毒性低、抗菌活性強(qiáng)的抗生素[1]。頭孢克洛為第二代口服頭孢菌素，1975年由美國Lilly 公司研發(fā)[2]，1982年在美國上市，對產(chǎn)青霉素酶和不產(chǎn)青霉素酶的金葡菌，凝固酶陰性葡萄球菌、肺炎鏈球菌、A 組溶血性鏈球菌[3]等大部分菌株具良好抗菌作用。對大腸埃希菌、奇異變形桿菌、沙門菌屬、志賀菌屬、流感嗜血桿菌和淋球菌亦有一定抗菌活性。

頭孢克洛化學(xué)法工藝生產(chǎn)過程中，副反應(yīng)多，產(chǎn)品雜質(zhì)高，并且使用大量有機(jī)溶劑[4]，不利于環(huán)保；酶法綠色工藝純水相反應(yīng)、結(jié)晶，條件溫和副反應(yīng)少，不使用有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保，且能夠滿足下游口服制劑一致性評價需求。市售頭孢克洛有多種劑型如片劑，膠囊、緩釋片或干混懸劑，如果頭孢克洛原料藥的粒徑較為單一，則不能滿足各種劑型的要求，試驗(yàn)在頭孢克洛酶法合成工藝的基礎(chǔ)上，使用不含有機(jī)溶劑的結(jié)晶液，以等電點(diǎn)的結(jié)晶方式[5]，進(jìn)行篩選合適的產(chǎn)品粒度分布控制條件，提升酶法工藝結(jié)晶技術(shù)水平，使產(chǎn)品的粉體學(xué)指標(biāo)更適用于頭孢克洛口服制劑生產(chǎn)，從而解決原料藥的粉體學(xué)屬性對下游制劑生產(chǎn)工藝的制約。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

儀器：高效液相色譜儀（agilengt 1260，安捷倫）；卡爾費(fèi)休式水分儀（V20，梅特勒-托利多儀器有限公司）；機(jī)械攪拌器（Rw-20，德國IKA）；小型冷卻水循環(huán)裝置（CCA-1111，東京理化、上海愛朗儀器有限公司）；偏光顯微鏡（BK-POL，重慶奧特光學(xué)儀器有限公司）。

主原料：7-ACCA（浙江東邦），D-苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽（國藥威奇達(dá)），固定化青霉素?；福ê细砀瘢?。

試劑：精制氨水和稀硫酸采用工業(yè)級，純化水為實(shí)驗(yàn)室自制純化水。

1.2 實(shí)驗(yàn)

根據(jù)參考文獻(xiàn)[6]，制備待結(jié)晶液，酶法合成及后處理：反應(yīng)瓶中加入純化水200 mL，7-ACCA 30 g，控溫滴加氨水，使7-ACCA 完全溶解，加入固定化青霉素?；?4 g，少量水沖洗瓶壁，加入29 g D-苯甘氨酸甲酯鹽酸鹽，加入少量晶種，控制pH 值為6.7，中速攪拌反應(yīng)3～4 h，取樣檢測轉(zhuǎn)化率在99%以上時，滴加稀硫酸，終止反應(yīng)，使用酶反應(yīng)分離器將酶與料液分離，分出的頭孢克洛混懸液使用稀硫酸調(diào)節(jié)pH 值，至完全溶解，加入0.5 g 活性炭，脫色20 min，經(jīng)除雜過濾，得待結(jié)晶液。

結(jié)晶：將反應(yīng)瓶中加入100 mL 純化水，攪拌狀態(tài)下加入晶種，控制pH 值= 3.0～4.5，將待結(jié)晶液持續(xù)加入反應(yīng)瓶中，加料結(jié)束，過濾，200 mL 純化水洗滌，在45 ℃條件下，濕粉真空干燥至水分≤5.5%，得產(chǎn)品。結(jié)晶實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 攪拌轉(zhuǎn)速的影響

頭孢克洛溶液在過飽和狀態(tài)下中，晶體生長受機(jī)械力的影響較為明顯，不同的攪拌轉(zhuǎn)速產(chǎn)生的剪切力，使產(chǎn)品在晶形粒度方面有較明顯的區(qū)別，試驗(yàn)考察了攪拌轉(zhuǎn)速為100 r/min、200 r/min、300 r/min 和400 r/min 時，產(chǎn)品的晶體粒徑變化，圖2 中為不同攪拌轉(zhuǎn)速的制備的產(chǎn)品晶體粒徑的對比。

圖2 不同轉(zhuǎn)速的產(chǎn)品顯微鏡照片F(xiàn)ig.2 Microscope photos of the product at different rotational speeds

由顯微鏡照片對比可得知，慢速攪拌條件下，晶體粒徑較大，但不均勻，個別晶體由晶種引晶后增長明顯，切粒徑偏大。提升攪拌轉(zhuǎn)速，可使頭孢克洛晶徑在剪切力的影響下體粒降低，但攪拌轉(zhuǎn)速過快，造成晶體破碎，導(dǎo)致部分晶體細(xì)小，粒度不均。

表1 為不同攪拌狀態(tài)結(jié)晶的粉體學(xué)參數(shù)。從粉體學(xué)參數(shù)可看出，快速攪拌制備的產(chǎn)品粉體流動性差，松密度值較低，隨著攪拌轉(zhuǎn)速的降低，低剪切力狀態(tài)結(jié)晶可提升粉體流動性，增加堆積密度。依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，300 r/min 轉(zhuǎn)速攪拌下，對晶體分散及成長較有利。

表1 不同攪拌狀態(tài)結(jié)晶的粉體學(xué)參數(shù)Tab.1 Powder parameters of crystallization in different agitation states

2.2 晶種加入時間對粒度分布的影響

不同的粒度分布頭孢克洛適用于不同的口服劑型，根據(jù)口服劑型的需要，開展粒度分布的影響因素研究。試驗(yàn)選擇在不同飽和度條件下進(jìn)行結(jié)晶，結(jié)晶器中加入100 mL 水，控溫連續(xù)將結(jié)晶液注入結(jié)晶器中，選擇適當(dāng)時機(jī)加入晶種，使溶液在不同的飽和度下結(jié)晶。恒定結(jié)晶液加入速率，從加入開始計時，第15 min 時，體系自發(fā)成核，加入4 min 時體系達(dá)到飽和狀態(tài)，試驗(yàn)分別選擇在加料4 min、9 min、14 min時加入晶種，考察產(chǎn)品粒度分布。試驗(yàn)結(jié)果見表2 和圖3。

圖3 不同加入時間結(jié)晶的產(chǎn)品粒度分布Fig.3 Particle size distribution of crystallized products at different adding time

表2 不同飽和狀態(tài)結(jié)晶的粒度分布Tab.2 Particle size distribution of crystallization at different saturation states

由試驗(yàn)結(jié)果可得知，料液加入4 min 后體系濃度達(dá)到飽和狀態(tài)，頭孢克洛含量為10 mg/mL，此時加入晶種后，在體系飽和狀態(tài)下，晶種逐漸增長，伴隨后期二次成核，產(chǎn)品粒徑偏大且粒度分布略寬，產(chǎn)品流動性較好；當(dāng)加入14 min 后，結(jié)晶液過飽和度處于介穩(wěn)區(qū)邊緣，加入晶種引晶，體系在已入晶核和自發(fā)成核的雙因素下，快速產(chǎn)生較多晶核，晶核隨著高濃度料液的加入逐漸增長，此濃度下出晶的產(chǎn)品粒度較小，且分布較窄，但流動性較差；中間條件選擇在9 min 時加入晶種，既能使引入的晶種適度增長，又能刺激二次成核量，使晶體力度分布適中。依據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)象可知，不同過飽和度條件下誘發(fā)結(jié)晶，對產(chǎn)品的粒度影響明顯。

2.3 結(jié)晶溫度的影響

溫度對頭孢克洛的溶解度，過飽和介穩(wěn)區(qū)均有聯(lián)系，同時也會對晶形的成長有一定的影響。試驗(yàn)選擇不同溫度條件進(jìn)行結(jié)晶，分別為10 ℃、20 ℃和30 ℃結(jié)晶溫度，考察產(chǎn)品的晶形及粒度分布。結(jié)果見圖4～5。

圖4 不同結(jié)晶溫度條件下的產(chǎn)品晶形對比Fig.4 Comparison of crystal shape of products at different crystallization temperatures

圖5 不同結(jié)晶溫度條件下的產(chǎn)品粒度分布對比Fig.5 Comparison of grain size distribution at different crystallization temperatures

由試驗(yàn)結(jié)果可得知，不同的結(jié)晶溫度，對產(chǎn)品的晶形及粒度分布均有影響，10 ℃結(jié)晶所得產(chǎn)品的晶形偏細(xì)長，晶體粒徑小，且粒度分布范圍較窄；隨著溫度的升高，20 ℃條件下，產(chǎn)品晶體粒徑增大，晶形趨于粗短，且粒度分布的范圍增大，產(chǎn)品外觀流動性提升；30 ℃條件結(jié)晶所得產(chǎn)品，個別顆粒明顯增大，產(chǎn)品粒度分布寬。由此可得結(jié)晶溫度對頭孢克洛的晶形及粒度分布影響明顯。

3 結(jié)論

通過對攪拌轉(zhuǎn)速、晶種加入時間及結(jié)晶溫度的參數(shù)考察，結(jié)合產(chǎn)品粒徑、晶形、粒度分布及粉體學(xué)參數(shù)的數(shù)據(jù)分析，總結(jié)了不同條件參數(shù)對產(chǎn)品結(jié)晶的影響。頭孢克洛結(jié)晶過程中采用300 r/min 的中速攪拌，有利于晶體成長，并有效提升產(chǎn)品流動性及堆積密度；晶種引入時機(jī)與體系料液濃度的對應(yīng)關(guān)系，有著密切聯(lián)系，選擇適當(dāng)?shù)牧弦簼舛葪l件下引入晶種，可有效選擇產(chǎn)品粒度；結(jié)晶溫度對產(chǎn)品晶體粒度分布有較大影響，可根據(jù)對產(chǎn)品粒度分布的需求選擇合適參數(shù)進(jìn)行控制。

參照研究結(jié)論及控制條件，開展了連續(xù)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品摩爾收率85%以上，工藝可操作性強(qiáng)，批間粒徑差異小，選用粒度分布D（0.9）為70～78 μm 的原料藥制備頭孢克洛制劑，可滿足制劑分裝適用性，結(jié)果見表3，且溶出曲線與參比制劑基本一致，結(jié)果見圖6。依據(jù)優(yōu)化工藝制備的原料藥其他質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)完全滿足一致性評價需求，并與中化帝斯曼制藥（淄博）有限公司的產(chǎn)品進(jìn)行了質(zhì)量對比，完全達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的水平。自制樣品進(jìn)行了加速試驗(yàn)考察，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn) 定，結(jié)果見表4。

圖6 頭孢克洛制劑在不同介質(zhì)中的溶出曲線Fig.6 Dissolution curves of cefaclor preparations in different media

表3 原料藥粉體學(xué)參數(shù)檢測結(jié)果Tab.3 Test results of powder parameters of API

表4 自制原料藥加速穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of accelerated stability test of self-made API

按照溶出曲線測定與比較指導(dǎo)原則，制劑產(chǎn)品15 min 的平均溶出量應(yīng)不低于85%，結(jié)果顯示自制制劑在以下四種介質(zhì)中的溶出度均符合要求，溶出量均接近100%，且與參比制劑的溶出曲線相似，表明該研究參數(shù)的頭孢克洛原料藥結(jié)晶效果良好，在制劑適用性方面有重要的參考意義。