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活性炭在制药工业中发挥大作用

时间:2023-09-27   访问量:7801

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活性炭在制药业的应用相当广泛,无论是化学合成药、生物制剂、维生素、激素还是针剂、大输液等都可找到它的存在,而且活性炭还渗透到医疗制品或直接用于医疗药品。

化学合成药典型的例子是乙酰胺基苯酚(商品药名扑热息痛),这种药在我国产量很大,每年要消耗几千吨粉状活性炭。合成扑热息痛是从对硝基苯酚开始,经还原成对氨基苯酚,以乙酸酰化成乙酸氨基苯酚。合成生成的扑热息痛粗品是暗灰色的,必须再溶于水经活性炭脱色后重结晶。脱色时要加粗品质量5%~10%的活性炭,大多数液相脱色时活性炭加量一般都不超过3%。

化学合成药的种类很多,脱色功能也不尽相同。有的是合成最终产物的粗品精制,有的是合成原料单体的精制,活性炭的使用条件都应根据实际情况在实验室确定。有的脱色对象其有效成分价格昂贵,更应考虑有效成分被炭吸附带走,因此,炭的选择更显重要,因为质优适用的炭可减少投炭量,这样不但降低精制成本,更可减少有效成分因吸留而流失。

一、维生素

1.维生素A

利用活性炭能吸附胡萝卜素的性质,可将维生素A从胡萝卜素中分离出来,也可利用活性炭将维生素A和维生素D分离,将从鱼肝油制得的浓缩物溶解在庚烷里,并通过活性炭吸附柱过滤,然后,以新鲜庚烷洗提吸附物,则维生素D首先被洗脱,其次为维生素A。

2.维生素B1(硫胺素)

维生素B1对维持人体正常的糖代谢具有重要的作用,也是抗神经炎的因素。将酵母用水抽提,加入中性乙酸铅使一些杂质沉淀,过滤后滤液用氢氧化钡处理使胶质沉淀出来,过量的氢氧化钡用硫酸除去,溶液中的其他杂质用硫酸汞除去,并将活性炭加入滤液吸附硫胺素,最后用0.1mol/L盐酸的50%乙醇溶液来洗涤硫胺素。近年来也合成了结构和维生素B1相似的呋喃硫胺,又称“新B1”。

3.维生素B3

维生素B3,也称为烟酸或维生素PP,是人体必需的13种维生素之一,对于维持神经系统健康和脑机能的正常运作有着重要的作用。活性炭对维生素B3有着较强的吸附能力,吸附量可达100mg/g;同时也具备良好的缓释性能,在较长的时间内药物缓释平稳,从而实现长效的治疗目的。

4.维生素C

维生素C,即抗坏血酸,易被氧化成为去氢抗坏血酸,是一种强还原剂。工业上由山梨醇为原料制造,但粗品要经活性炭脱色后再结晶。维生素C粗液的脱色是一个很重要的程序,说它重要是因为维生素C太容易被氧化转化成去氢抗坏血酸,降低成品的品质。而这一转化程度又往往与炭的类型关系密切,所以对炭的选择就显得特别关键,因活性炭本身是促使转化的催化剂,例如含氮元素的炭具有很强的氧化能力,而只有含氧官能团的炭才具有还原性。另外,脱色时介质的氛围也很关键,在溶液中脱色时充氮或使用硫化钠、硫代硫酸钠浸渍活性炭也可减弱抗坏血酸的氧化。也有将活性炭制成湿炭使用,因活性炭浸水后可以将炭孔隙中的空气排走。但最好还是选择一种称为“抗氧化活性炭”的制品。除了炭的性能外,炭中含有的杂质也很关键,特别是含铁要很低,最好是100mg/kg以下。近年在开发使用颗粒活性炭装填吸附塔进行连续脱色。

5.维生素D

维生素D,为类固醇类衍生物,有五种化合物,存在于部分天然食物中,具有抗佝偻病的作用。利用活性炭(椰売活性炭)将维生素D从自溶酵母中吸附出,然后再用乙酸将维生素D洗涤出来。

6.维生素E

维生素E,是一种脂溶性维生素,溶于脂肪和乙醇等有机溶剂中,能够改善血液循环、促进性激素分泌。维生素E存在于芝麻油中,在用活性发胶麻油进行脱色处理的时候,会吸附部分维生素E。采用活性炭处理芝麻油时,维生素E的损失最小,损失量约为5%。

7.维生素G

维生素G,又叫核黄素,是体内黄酶类辅基的组成部分,缺乏时会影响机体生物氧化和新陈代谢。应用吸附剂从乳清中制备维生素G的浓缩物。乳清中的维生素,先在低温下用白土吸附,然后用热水洗涤出来。洗涤液中的维生素用活性炭吸附聚集,然后用乙醇-苯混合液解吸,之后蒸去乙醇和苯而得到维生素G。

8.维生素H

维生素H,是水溶性的维生素,是脂肪和蛋白质正常代谢不可缺少的物质,维持人体生长、发育和健康。利用活性炭从米糠中获得增浓60~90倍的维生素H(后来证明其为维生素B6和维生素B5的混合物)。这个过程之所以获得成功,是依赖于预先的几个步骤。经酸化的米糠提取液用白土来吸附维生素B1,滤液经中和后加以蒸干,进而用无水乙醇来萃取此固体干物质,萃取物利用水稀释后使用活性炭来吸附其中的维生素H。最后再用正丁醇或其他适当的溶剂将活性炭上的维生素H洗涤出来。

 二、抗生素

1.青霉素

青霉素是抗生素的一种,具有抗菌杀菌的作用。早期提取青霉素的方法主要是采用活性炭吸附,然后使用有机溶剂洗提。

将青霉素菌种接种在灭菌的适当肉汁培养基内,在无菌条件下经70~80h的发酵,当发酵完成后将肉汁过滤,此肉汁中含青霉素百万分之三十左右,冷却到可操作的最低温度,以防止青霉素被破坏。然后加入足量的活性炭来吸附青霉素。此混合料搅拌10min后过滤,炭滤饼用适当的溶剂洗涤青霉素。洗涤时,应先将炭滤饼从滤机上取下,然后与溶剂混合搅拌20min过滤,这样效果好些。可用真空蒸馏法将丙酮分离,所得之青霉素浓缩液冷却至0℃并酸化至PH=2,再溶于某些有机溶剂中,例如乙酸乙酯、醇、醚、戊酸乙酯、环己烷、三氯甲烷等。将含有青霉素的有机溶剂与稀碳酸氢钠溶液混合,形成的青霉素钠盐溶于水相,经与有机溶剂分离后,在冷却和高真空下去水。

活性炭也用于青霉素生产中的过滤环节。使用活性炭过滤,能够保证青霉素的透过率在50%以上,满足生产要求。在生产过程中,活性炭粒度越小,过滤速度越慢,透光率越好;反之,透光率越差。研究表明,200目以上的活性炭,青霉素过滤后透光率>50%,同时为了保证滤速,200~280目的活炭最为适宜。

2.链霉素

1943年,美国科学家塞尔曼·A·瓦克斯曼从链霉菌中提取获得了链霉菌。该菌是一种从灰链霉菌培养液中提取的抗生素,属于氨基糖苷碱性化合物、易溶于水,不溶于大多数有机溶剂。活性炭在链霉菌的生产过程中主要起到脱色的作用。纯净的淡灰链丝菌接种在无菌培养基上,保持无菌条件下与空到脱色的作用。纯净的淡灰链丝菌接种在无菌培养基上,保持无菌条件下与空然后加入活性炭。活性炭的添加量影响脱色过程,应该严格控制,添加量不够吸附不完全,但添加量太多则降低洗涤产量。过滤将炭与溶液分离,用乙醇洗涤炭饼,以除去吸留于炭上的杂质,然后用已经酸化过的甲醇将链霉素从炭上洗涤下来(在酸性环境活性炭无法吸附链霉素)。将此洗涤液中和后严格控制条件,采用真空蒸发得到纯度为25%~30%的粗品。最后利用活性炭在pH=2附链霉素的特性,将它分离出来,炭上的链霉素用酸度调节到pH=2.5的稀丙酮洗涤出来,经浓缩析出纯品。

三、去致热原

凡不经人和动物肠胃吸收的药物,而采用静脉灌注或皮下注射的药物,其水溶液消毒灭菌显然是极重要的。药液中虽然不存在微生物,但仍不能用作注射液,这是由于在消毒时溶液中的细菌形成了某种副产物,某些细菌还产生耐热性的物质,这些物质总称为热原(pyrogen)。当注射液(针剂或大输液)中含有热原时,注射到动物体内在15min~8h内即发生一系列生理反应,其特征是发热、发抖又伴随着体温降低,还可能发生恶心、呕吐、头痛和蛋白尿等。

普通蒸馏水中可能存在大量的致热原,如采用蒸馏法去除致热原,则需要特殊设计的蒸馏装置。但只要在水中加入很少的粉状活性炭(如0.1%)接触数分钟就可除去致热原。要滤去活性炭要有专门的滤器,既要保证固态物完全滤去又要有灭菌要求。

当加入右旋糖等药物于经过专门制备的水中时,还能导入致热原。因此不能采用蒸馏法净化而必须应用活性炭吸附,然而有些药物会被活性炭吸附而使有效成分降低,因此要考虑这一因素而适当加大投药量,以抵消被吸附的药物量。以抵消被吸附的药物量。很奇怪,颗粒活性炭是无效的,只有粉状活性炭才适用。对此类活性炭,除了吸附性能外,很重要的会将杂质带入注射液中。也就是在炭的生产过程对炭本身的精制很重要,否则会将杂质带入注射液中。再者,此类炭应选择以木质材料为原料,经炭化和高温水蒸气活化制取,并经仔细酸洗除杂质而成,化学法活化的活性炭产品,一是残留的化学剂不易洗净,二是由于活化温度较低,炭中残留未完全炭化的有机高聚物,一旦药物偏碱性,则该类成分溶解的可能性加大,还是慎用为佳。

四、激素

1.胰岛素

活性炭可用于胰岛素的提纯。将初步净化过的胰岛素溶液调节酸度至pH=2.5,之后用活性炭处理12h,过滤,用水洗涤活性炭滤饼。然后用含5%乙酸的60%乙醇溶液处理,洗脱去除杂质。之后,活性炭滤饼于室温下用含12%苯甲酸的60%乙醇溶液浸提数小时,以洗提其中被吸附的胰岛素。滤液中的乙醇用蒸发方法除去,再以乙醚萃取浓缩液中的苯甲酸。而溶液中尚留有的少量乙醚采用蒸发方法除去。最后获得胰岛素结晶体。

2.肾上腺皮质激素

在制备肾上腺皮质激素过程中,活性炭主要用于吸附该激素。用丙酮提取肾上腺并于35~45℃真空下除去丙酮后,使用氢氧化钠调节pH值至7,然后加入活性炭。为了除去活性炭上存在的其他杂质,使用稀碱液来洗涤去除含酚基杂质,乙醇洗涤去除类酯化合物,之后用盐酸来洗提肾上腺激素。有报道显示,在动物切除掉肾上腺之后,通过喂食吸附有肾上腺皮质激素的活性炭,由于激素能够在肠胃中被洗提下来,从而可以保持动物正常的健康状况。

3.雌激素

环境雌激素由于对水生生物的生长影响重大,逐渐成为了学者关注的焦点。活性炭是去除水中环境雌激素的有效措施。采用颗粒活性炭,可以快速高效地吸附水中的雌激素,去除率可达80%以上。但是由于活性炭选择吸附性相对较差,所以对于污水中的雌激素吸附容量会降低,疏水性是影响活性炭在液相中吸附性能重要的因素。

活性炭在制药业上的应用还有很多很多,发挥着极其精密的作用。



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