头孢氨苄酶法合成影响因素分析

周凤庆

哈药集团制药总厂150000

【摘要】头孢氨苄是我国应用较为广泛的头孢菌素抗生素药物，在临床应用中，多用于革兰阳性菌以及阴性菌的抑制。我国制药行业当中，虽然头孢氨苄是其中较为重要的一类药物，但是在生产工艺的选择上，由于化学合成法仍然有较广的应用范围，该制药方式会造成较为严重的环境污染，同时加工步骤繁琐，所以酶法合成的应用范围越来越广泛。本文针对酶法合成的影响因素进行了分析和总结，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。

【关键词】头孢氨苄；青霉素G酰化酶；酶法合成

头孢氨苄药物也称头孢立新或先锋霉素，在水中有微溶性，在乙醇、氯仿以及乙醚溶液当中不溶。其作用机制是与细菌的青霉素结合蛋白形成结合，避免其合成细胞壁，导致细菌自溶，从而起到抗菌效果。在抗菌效果上，大约为普通青霉素药物的20倍，同时可以在进入机体后迅速完成吸收，生物利用率较高，在临床应用当中，多用于呼吸道以及尿道感染的治疗。本文针对头孢氨苄酶合成法的影响因素进行了分析和总结。

一、头孢氨苄酶合成法简介

头孢氨苄最早研制于1967年，于1970年大规模投放市场，为第一代口服头孢菌素药物。近年来，头孢氨苄药物在我国的用量连年递增，年产量较大，已经达到了千吨，成为了头孢菌素药物当中产量、用量较大的一类，现在我国的头孢氨苄药物已经可以满足于应用需要，同时也实现了出口。随着在临床应用范围的不断拓展，该药物的生产工艺也在不断得到改进，结合制药原理的不同，可以分为化学法以及生物酶法。化学法是应用苯甲醛作为原料，经过化学拆分工序后，在活化作用下形成混酐。该合成法在过去应用较为广泛，但是整个制药流程需要经过10个化学反应步骤，生产出的药物与废品的比例高达1：30。

头孢氨苄药物的酶法制药当中，其直接应用青霉素进行发酵，其生产出的青霉素g成分经过化学扩环反应而得到扩环酸物质，再经过进一步裂解反应，即可以得到7-ACDA，该物质可以作为母核，苯甘氨酸可以作为侧链供体使用，结合青霉素G酰化酶的作用，即可以制成头孢氨苄药物。该工艺最早在日本制药企业当中得到应用。

而后随着技术的推广和普及，荷兰制药企业灰酶法制备头孢氨苄的工艺上也进行了进一步探索，截至1998年，该药物的生产收率已经超过化学法，已经可以成为头孢氨苄药物合成的首选。关于酶法合成头孢菌素药物在我国的研究最早可以追溯到上个世纪八十年代，但在很长一段时间内，该研究都局限于实验室之中，无法实现大规模生产。与化学法合成制药工艺相比起来，酶法制药的反应条件更为简单，同时合成步骤简单，反应周期短，同时也无需应用有机溶剂，所以有效地减轻了对环境的污染、降低了三废的排放量。

二、酶法合成头孢氨苄影响因素

（一）不同形式的固定化青霉素G酰化酶对反应的影响

近年来，酶的固定化发展迅猛，为酶促反应的良好发展打下坚实基础。固定化酶的特征通常是由酶与载体性质共同决定的。两者的相互作用赋予固定化酶特殊的化学性质、生化特征以及机械和动力学性质。陈晖等将青霉素G酰化酶共价结合到聚丙烯腈纤维衍生物上合成头孢氨苄，使用50批次后保留酶活力仍可达83．9％，比以前的氧化铝固定青霉素G酰化酶有较大提高。Susana等把固定到二氧化硅磁性微粒上青霉素G酰化酶和游离青霉素G酰化酶做比较，表明过量的酰基供体能提高头孢氨苄的转化率，PGME／7一ADCA投料摩尔比为3时，转化率最高，合成／水解LL(S／H)可以得到明显提高，并且固定化酶的使用寿命已经大大延长，半数失活(half-ife)批次可以达到130批，但是侧链过高消耗，并在产品中引入了不需要的杂质，对生产来说特别不经济。

（二）参加反应的各物质对反应的影响

(1)反应物浓度：底物浓度高能够提高转化率，生产上为了降低酶缩合反应的逆反应．酶解反应对正反应产率的不利影响，PGM的投料量大大超过7-ADCA的投料，才能达到工业上可接受的产率。Pan等在采用固定化青霉素G酰化酶水解头孢菌素G制备7-ADCA时，发现7-ADCA对青霉素G酰化酶具有竞争性抑制作用，但是抑制作用不是特别明显，因此7-ADCA的浓度一般为300～600mmol／L不易过高。青霉素G酰化酶具有酯酶活性，可以将PGM水解为苯甘氨酸和甲醇，因此PGM的浓度也不易过高，不然副产物太多影响终产物头孢氨苄的分离纯化。现在母核7-ADCA与侧链PGM的投料摩尔比已经降至1：2以下，刘力强等将摩尔比降至1：1．05，转化率也能达到97％，不但节约成本，还降低了副产物含量。

(2)反应温度：温度的变化对底物、青霉素G酰化酶、反应速率和转化率都有影响。温度增高反应速率会增大，达到最大转化率的时间会缩短，但高温降低青霉素G酰化酶的稳定性，侧链加速分解。低温时有较高的转化率，但是反应速率降低，达到最大转化率的时间延长，低温环境又会增加能耗。

(3)PH：青霉素G酰化酶在碱性条件下(pH7．5～8．5)能催化水解反应，而在酸性或中性条件下(pH4．0～7．0)催化合成反应。有关研究学者报道固定化青霉素G酰化酶合成头孢氨苄的适宜pH范围为6．0～7．0，该合成反应在酸性条件下反应pH值高于6．5时，会加速侧链的分解速度，导致合成速率随pH上升而下降。

(4)投酶量：青霉素G酰化酶在此反应中为催化剂，若加量较少时，反应速率较低，增大反应时间，随着酶量的增加，转化率会呈现上升的趋势。头孢氨苄的合成为可逆反应，当加入酶量过多时，会催化产物的分解和侧链的分解，降低转化率，也会增加终产物中的副产物。

(5)非水介质：酶不仅能在水溶液中发挥其催化作用，也能在有机溶剂中保持其催化活性和稳定性，从20世纪80年代Kim等用固定化酶在几乎无水的有机溶剂中成功合成了肽和手性醇，酶在非水介质中的研究也越来越多。詹选治等在二甲亚砜(DMSO)一水共溶剂体系中，用聚丙烯腈纤维固定青霉素G酰化酶催化合成头孢氨苄，发现40％DMSO一水体系时7一ADCA转化率达90％。在15次反复合成头孢氨苄期间，转化率保持90％以上。Carolina等发现低温时，头孢氨苄初始合成水解比(S／H)增加，合成产率从82．8％(在水性缓冲液中的产率)增加到97．6％，而在20℃时，可从68．8％增加到78．7％。

三、总结

在前文分析中我们不难发现，对于现阶段的制药行业的发展过程来说，酶法合成抗生素工艺有着极为广阔的发展前景，并且也在一定程度上代表了制药行业未来的发展方向。将其推广应用，替代原有的生产工艺，可以有效地减少制药生产当中的化合物，同时也可以缓解环境污染的问题。基于对酶合成法影响因素的分析，可以对青霉素G酰化酶进行必要的改造，提高酶的合成活性，同时也可以起到一定的降低水解的作用。可以看出，对于酶合成法的影响因素进行分析，对于改进制药工艺来说有一定的积极作用。

参考文献

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