小试链霉素(二)
链霉素的一次提纯采用改性沸石,经测定,交换当量约一万至一万五千单位/克,这些沸石小颗粒被装进 3 个并联的巨大的吸附柱中,这些柱子外壳的材料主要是玻璃。
提纯开始的时候,离发酵日已经过了七八天。李来和张君宝两个学生面带困意,这段时间的倒班让他们有些疲惫,正打着哈欠,只见张枭和稗野士两位首长一起来了,赶紧恢复了正常的神情。
稗野士是过来指导小试工作的,提纯工艺怎么能少了这个材料大神。
工人们在稗野士的指导下,先用淡盐水润湿洗脱沸石柱内的填料直至洗脱液澄清,然后上样。他们将使用沸石柱以真正的层析法精制链霉素。 在吸附过程中,沸石柱的压力、流量都要保持均衡,柱内沸石页面应保持一定高度,防止干化走短路。
待链霉素溶液完全吸附后,张君宝便开启压缩空气,将配制好的 3%氯化钠溶液压入沸石柱中,先洗去部分杂质,然后切换到 20%浓度的氯化钠溶液洗脱链霉素。在这种条件下,链霉素以稳定层的形式沿柱移动,在没有离子交换树脂的年代,这种方法曾被用来精密地提纯链霉素。
工人们立即用做好数字标记的容器承接洗脱液,最初和最后一段的洗脱液中链霉素浓度较低,同时可能含有较多的杂质,但作为小试研究,每一段组分都留下了足够的样品送到实验室进行检验分析。
洗脱结束后,工人们将中间几段洗脱液合并,进入精制阶段。
精制阶段的树脂则采用的是高交联度的磺酸型酚醛树脂,自从季思退、齐楚秦搞定重整催化制苯和精馏塔技术后,酚醛树脂的产能也得到了提升,稗野士便顺势搞起了新的阳离子交换树脂。精制柱与沸石柱结构类似,操作相似。目的是除去阳离子化的有机小分子杂质和上一步洗脱液带入的金属离子。 先通入蒸馏水挤压,将上一步的氯化钠洗脱,再以 8%稀硫酸溶液单罐循环洗脱 3-4 次,得到的便是主要含硫酸链霉素的洗脱液,其中还有部分未成盐的稀硫酸需要中和。
这时候,稗野士让李来和张君宝将洗脱液分成两部分,一部分直接使用氢氧化钠中和稀硫酸,另一部分则继续上阴离子交换柱。最后这两部分链霉素将分别进行干燥,用以研究质量上的差异。
交联壳聚糖阴离子交换树脂的作用是中和除酸,并且能进一步除去其他阴离子杂质,最后得到纯度高、杂质少的链霉素精制液。精制液中仍有残余色素、热原、蛋白质、Fe+++等,需进一步用活性炭脱色,脱色后用氢氧化钙调节 pH 至 4.0-4.5,在此范围内链霉素较稳定,过滤除去硫酸钙沉淀,进入薄膜蒸发器进行浓缩。
薄膜蒸发器装置热交换面积大,流动速度快,链霉素受热时间短,可以减少链霉素因长时间受高温而分解、变质、失效等问题。浓缩温度控制在 35℃ 以下,最终浓度达到 33-36 万单位/毫升,以适应喷雾干燥的要求。由于蒸发后浓度提高,加上热破坏因素,透光度下降,甚至可能产生其他杂质。为确保成品质量,进一步除去色素、热原和少量催化破坏链霉素的金属离子,改善成品色级及稳定性,将进行二次脱色。 成品浓缩液的最后提取有两种方式,一种是用甲醇萃取经低压冷冻干燥获得成品,另一种是经无菌过滤后送入喷雾干燥器进行干燥。链霉素车间设计的工业化生产采用的是后者。
张枭看完这次试生产的最终报告后,便去了化工部找稗野士。
“稗大神,啥时候能出真正的离子交换树脂啊?你看我们都小试过好多次了,有高产菌株,发酵单位产量平均 2.17 万个单位/毫升,已经跟 1991 年的全国平均水平差不多了,可是总收率只有 50%啊,比 1991 年的全国平均水平差低了 20 多个百分点,咱这离子交换材料还得再改进才行。”张枭心痛地说。
“什么?才低 20 多个百分点?那挺好啊。”稗野士一脸无所谓,又说:“你知道为了搞这些材料,我死了多少脑细胞吗?石化一日不搞起来,你基础有机原材料都凑不够,三烯三苯一炔一萘,你自己算算还差多少。”
“那能怎么办?硬着头皮上咯,咱们连胎盘球蛋白和无籽西瓜都搞出来了,尿素还得靠人尿法收集,这科技树已经歪得不能再歪了。”张枭没好气地说。
“是啊,那棵歪脖子树,还天天盯着你们呐!”稗野士用一种瘆人的口吻说到。 张枭无奈地摇摇头,他知道虽然这两年制药工业取得了很大的进步,但是明显后继乏力,现在药品开发已经进入瓶颈期了,要想再有大突破,只有等基础工业突破才行了。
检验室里,赵艳梅正指导她的学生赵武瑱对送来的链霉素样品进行检验。
“拿到样品,首先要检查外观,链霉素应该是白色或类白色的粉末,无臭或几乎无臭。然后才能开始下一步检验,药品生产中最基本的测试是确认样品是否就是我们的目标产物,我们叫鉴别试验,就是利用药品的某些特殊性质产生的结果进行判断。”赵艳梅一边讲解,一边演示,“我现在做的试验叫改进的艳梅反应,它利用了链霉素分子中的胍基的颜色反应。但是,双氢链霉素也有同样的反应。”
只见她将链霉素样品用蒸馏水溶解后,加入氢氧化钠溶液以及 1 毫升 8-羟基喹啉,在冰浴中冷至 15℃,再加次溴酸钠 3 滴,即显橙红色。
“老师,那我们如何区分链霉素与双氢链霉素呢?”赵武瑱问道。
“这就要用到另外一个鉴别方法,链霉素分子中的链霉糖经碱水解后,生产麦芽酚,可以与 Fe+++产生络合物显紫红色。双氢链霉素无此反应,因此,我们可以用来区分两者。至于与链霉素结合的硫酸根,就用氯化钡进行鉴别,这个反应你们是学过的。”赵艳梅解释到,然后又演示了一次。
“是的,硫酸钡不溶于水。”赵武瑱答道。
完成鉴别试验后,赵艳梅又开始了链霉素的有关物质检验,并知道赵武瑱准备相关试剂。
“我们现在要做的是纸层析法检验链霉素。层析法对复杂混合物、不稳定物质和异构体等的分离检查有独特的优点,该法在抗生素药品的分析方面,主要用于鉴别、杂质异构体的限度试验和多组分抗生素的组分分析等。”赵艳梅对赵武瑱说道,“链霉素中的杂质,除含量较多的链霉胍之外,还有一种链胍双氢链糖。此物无抑菌作用,毒性较低。这个杂质可能是链霉素生物合成的一个主要中间体,此杂质可导致链霉素制品的生物效价下降甚至造成产品不合格。”
“老师,都准备好了。”赵武瑱答道。
“好,下面我们就用五氯苯酚-丁醇系统进行链霉素及其相似化合物的色层分析,这个方法不受样品含盐量的干扰,且能得到良好的分离效果。来,你动手,我指导。”赵艳梅吩咐道。
于是赵武瑱按照赵艳梅的指示,取出滤纸,切成适当大小,用 2%磷酸盐缓冲液浸湿,使滤纸缓冲至中性,取出干燥,然后用毛细管蘸取少量链霉素和标准品,分别滴至滤纸上,干燥后即将滤纸放在层析缸中层离。
“这个层离时间有点长,你记下开始时间,等 18 个小时后再来处理。到时候取出纸条放在通风处干燥,再用乙醚进行洗涤,除去五氯苯酚,这样有助于显色。显色法你们平时练习都操作过的,用 0.005M 过碘酸丙酮溶液浸湿,在室温下干燥 3-4 分钟,再喷联苯胺溶液,干燥后,背景呈深蓝色,并显黄色或白色斑点。这个色点不稳定,要及时用铅笔描记。还有,主要个人防护,五氯苯酚和联苯胺毒性较大。”
“好的,老师。”赵武瑱道,“动物试验我们要做吗?”
“不必了,动物试验是郑明姜元老的冷泉港负责。样品已经送过去,她们会完成异常毒性试验、热原试验、降压物质试验。我们还有最重要的效价试验要做。”赵艳梅解释道。
“老师,效价测试主要是为了检测链霉素的效果吗?”
“对,效价是确认抗生素效果的指标。效价检测分为微生物测定法和化学测定法,微生物测定法又分为杯碟法、稀释法和比浊法,由于后两者需要用到光电比色仪,我们选择杯碟法进行检验。化学测定法也有多种方法,氧化亚硝酸铁氰化钠法和落叶松皮素法也需要用分光光度计,所以我们通常选择亚砷酸盐滴定法,不需要高级的仪器。”赵艳梅道。
“老师,我有个小小的疑问,为什么我们不用高级仪器呢?”赵武瑱感觉有些奇怪。
赵艳梅突然意识到自己说得太多了,只好勉强圆谎,道:“使用高级仪器需要向企划院打申请,影响我们工作效率。”