头孢克洛晶体粒度控制及应用

张立斌，贾全，田洪年，魏宝军

（华北制药河北华民药业有限责任公司，河北 石家庄 052165）

头孢类抗生素是临床应用较为广泛的抗菌药物，半合成头孢菌素是一类抗菌谱广、疗效高、毒性低、抗菌活性强的抗生素[1]。头孢克洛为第二代口服头孢菌素，1975年由美国Lilly 公司研发[2]，1982年在美国上市，对产青霉素酶和不产青霉素酶的金葡菌，凝固酶阴性葡萄球菌、肺炎链球菌、A 组溶血性链球菌[3]等大部分菌株具良好抗菌作用。对大肠埃希菌、奇异变形杆菌、沙门菌属、志贺菌属、流感嗜血杆菌和淋球菌亦有一定抗菌活性。

头孢克洛化学法工艺生产过程中，副反应多，产品杂质高，并且使用大量有机溶剂[4]，不利于环保；酶法绿色工艺纯水相反应、结晶，条件温和副反应少，不使用有机溶剂，绿色环保，且能够满足下游口服制剂一致性评价需求。市售头孢克洛有多种剂型如片剂，胶囊、缓释片或干混悬剂，如果头孢克洛原料药的粒径较为单一，则不能满足各种剂型的要求，试验在头孢克洛酶法合成工艺的基础上，使用不含有机溶剂的结晶液，以等电点的结晶方式[5]，进行筛选合适的产品粒度分布控制条件，提升酶法工艺结晶技术水平，使产品的粉体学指标更适用于头孢克洛口服制剂生产，从而解决原料药的粉体学属性对下游制剂生产工艺的制约。

1 实验部分

1.1 实验材料

仪器：高效液相色谱仪（agilengt 1260，安捷伦）；卡尔费休式水分仪（V20，梅特勒-托利多仪器有限公司）；机械搅拌器（Rw-20，德国IKA）；小型冷却水循环装置（CCA-1111，东京理化、上海爱朗仪器有限公司）；偏光显微镜（BK-POL，重庆奥特光学仪器有限公司）。

主原料：7-ACCA（浙江东邦），D-苯甘氨酸甲酯盐酸盐（国药威奇达），固定化青霉素酰化酶（湖南福来格）。

试剂：精制氨水和稀硫酸采用工业级，纯化水为实验室自制纯化水。

1.2 实验

根据参考文献[6]，制备待结晶液，酶法合成及后处理：反应瓶中加入纯化水200 mL，7-ACCA 30 g，控温滴加氨水，使7-ACCA 完全溶解，加入固定化青霉素酰化酶24 g，少量水冲洗瓶壁，加入29 g D-苯甘氨酸甲酯盐酸盐，加入少量晶种，控制pH 值为6.7，中速搅拌反应3～4 h，取样检测转化率在99%以上时，滴加稀硫酸，终止反应，使用酶反应分离器将酶与料液分离，分出的头孢克洛混悬液使用稀硫酸调节pH 值，至完全溶解，加入0.5 g 活性炭，脱色20 min，经除杂过滤，得待结晶液。

结晶：将反应瓶中加入100 mL 纯化水，搅拌状态下加入晶种，控制pH 值= 3.0～4.5，将待结晶液持续加入反应瓶中，加料结束，过滤，200 mL 纯化水洗涤，在45 ℃条件下，湿粉真空干燥至水分≤5.5%，得产品。结晶实验装置如图1所示。

2 实验结果与讨论

2.1 搅拌转速的影响

头孢克洛溶液在过饱和状态下中，晶体生长受机械力的影响较为明显，不同的搅拌转速产生的剪切力，使产品在晶形粒度方面有较明显的区别，试验考察了搅拌转速为100 r/min、200 r/min、300 r/min 和400 r/min 时，产品的晶体粒径变化，图2 中为不同搅拌转速的制备的产品晶体粒径的对比。

图2 不同转速的产品显微镜照片Fig.2 Microscope photos of the product at different rotational speeds

由显微镜照片对比可得知，慢速搅拌条件下，晶体粒径较大，但不均匀，个别晶体由晶种引晶后增长明显，切粒径偏大。提升搅拌转速，可使头孢克洛晶径在剪切力的影响下体粒降低，但搅拌转速过快，造成晶体破碎，导致部分晶体细小，粒度不均。

表1 为不同搅拌状态结晶的粉体学参数。从粉体学参数可看出，快速搅拌制备的产品粉体流动性差，松密度值较低，随着搅拌转速的降低，低剪切力状态结晶可提升粉体流动性，增加堆积密度。依据实验数据判断，300 r/min 转速搅拌下，对晶体分散及成长较有利。

表1 不同搅拌状态结晶的粉体学参数Tab.1 Powder parameters of crystallization in different agitation states

2.2 晶种加入时间对粒度分布的影响

不同的粒度分布头孢克洛适用于不同的口服剂型，根据口服剂型的需要，开展粒度分布的影响因素研究。试验选择在不同饱和度条件下进行结晶，结晶器中加入100 mL 水，控温连续将结晶液注入结晶器中，选择适当时机加入晶种，使溶液在不同的饱和度下结晶。恒定结晶液加入速率，从加入开始计时，第15 min 时，体系自发成核，加入4 min 时体系达到饱和状态，试验分别选择在加料4 min、9 min、14 min时加入晶种，考察产品粒度分布。试验结果见表2 和图3。

图3 不同加入时间结晶的产品粒度分布Fig.3 Particle size distribution of crystallized products at different adding time

表2 不同饱和状态结晶的粒度分布Tab.2 Particle size distribution of crystallization at different saturation states

由试验结果可得知，料液加入4 min 后体系浓度达到饱和状态，头孢克洛含量为10 mg/mL，此时加入晶种后，在体系饱和状态下，晶种逐渐增长，伴随后期二次成核，产品粒径偏大且粒度分布略宽，产品流动性较好；当加入14 min 后，结晶液过饱和度处于介稳区边缘，加入晶种引晶，体系在已入晶核和自发成核的双因素下，快速产生较多晶核，晶核随着高浓度料液的加入逐渐增长，此浓度下出晶的产品粒度较小，且分布较窄，但流动性较差；中间条件选择在9 min 时加入晶种，既能使引入的晶种适度增长，又能刺激二次成核量，使晶体力度分布适中。依据试验现象可知，不同过饱和度条件下诱发结晶，对产品的粒度影响明显。

2.3 结晶温度的影响

温度对头孢克洛的溶解度，过饱和介稳区均有联系，同时也会对晶形的成长有一定的影响。试验选择不同温度条件进行结晶，分别为10 ℃、20 ℃和30 ℃结晶温度，考察产品的晶形及粒度分布。结果见图4～5。

图4 不同结晶温度条件下的产品晶形对比Fig.4 Comparison of crystal shape of products at different crystallization temperatures

图5 不同结晶温度条件下的产品粒度分布对比Fig.5 Comparison of grain size distribution at different crystallization temperatures

由试验结果可得知，不同的结晶温度，对产品的晶形及粒度分布均有影响，10 ℃结晶所得产品的晶形偏细长，晶体粒径小，且粒度分布范围较窄；随着温度的升高，20 ℃条件下，产品晶体粒径增大，晶形趋于粗短，且粒度分布的范围增大，产品外观流动性提升；30 ℃条件结晶所得产品，个别颗粒明显增大，产品粒度分布宽。由此可得结晶温度对头孢克洛的晶形及粒度分布影响明显。

3 结论

通过对搅拌转速、晶种加入时间及结晶温度的参数考察，结合产品粒径、晶形、粒度分布及粉体学参数的数据分析，总结了不同条件参数对产品结晶的影响。头孢克洛结晶过程中采用300 r/min 的中速搅拌，有利于晶体成长，并有效提升产品流动性及堆积密度；晶种引入时机与体系料液浓度的对应关系，有着密切联系，选择适当的料液浓度条件下引入晶种，可有效选择产品粒度；结晶温度对产品晶体粒度分布有较大影响，可根据对产品粒度分布的需求选择合适参数进行控制。

参照研究结论及控制条件，开展了连续产业化生产，产品摩尔收率85%以上，工艺可操作性强，批间粒径差异小，选用粒度分布D（0.9）为70～78 μm 的原料药制备头孢克洛制剂，可满足制剂分装适用性，结果见表3，且溶出曲线与参比制剂基本一致，结果见图6。依据优化工艺制备的原料药其他质量标准完全满足一致性评价需求，并与中化帝斯曼制药（淄博）有限公司的产品进行了质量对比，完全达到了国际同类产品的水平。自制样品进行了加速试验考察，产品质量稳 定，结果见表4。

图6 头孢克洛制剂在不同介质中的溶出曲线Fig.6 Dissolution curves of cefaclor preparations in different media

表3 原料药粉体学参数检测结果Tab.3 Test results of powder parameters of API

表4 自制原料药加速稳定性试验结果Tab.4 Results of accelerated stability test of self-made API

按照溶出曲线测定与比较指导原则，制剂产品15 min 的平均溶出量应不低于85%，结果显示自制制剂在以下四种介质中的溶出度均符合要求，溶出量均接近100%，且与参比制剂的溶出曲线相似，表明该研究参数的头孢克洛原料药结晶效果良好，在制剂适用性方面有重要的参考意义。