7-ACA生产技术及发展方向

福建省福抗药业股份有限公司  许才顺  李国生

　　7-ACA是国家急需发展的重点医药中间体，以7-ACA为中间体的头孢类抗生素在市场中占据着重要份额。世界
头孢菌素市场仍由最早开发该产品的几家公司所控制，奥地利的Biochemie公司和意大利的Antibioticos公司是
目前头孢菌素的主要生产公司，能够满足世界7-ACA 50%以上需求量。7-ACA的产量决定于头孢菌素C(CPC)的产量，
进入21世纪，世界医药市场7-ACA与头孢菌素原料药保持着10%左右的年均增长速度，预计这种速度将持续到2008
年。
　　国内7-ACA市场的发展历程虽然较短，但是发展速度较快，2007年我国7-ACA产能超过6000t/a。生产主要集
中在福抗、石药、鲁抗和哈药等几家。随着国内7-ACA生产技术及半合成工艺技术的提高，中间体将倾向于自我消
化，形成完整的生产链，以提高产品的利润水平。福抗药业是国内具有CPC及7-ACA产业化生产能力的公司，目前
已形成2445t/a CPC、1100t/a 7-ACA的生产规模。

  主 要生产技术

　　国内外合成7-ACA的主要方法有4种：亚硝酰氯法、亚胺酸酯法、酶裂解法、青霉素合成法。其中应用最为广
泛的是亚胺酸酯法和酶裂解法。
    1.CPC化学裂解法
　　国内CPC的发酵水平一般只有2.5万μ/ml左右，CPC锌盐收率为60%，由CPC锌盐制造7-ACA的收率一般为
40%；国外发酵水平为3.5万μ/ml左右，提取收率75%～85%，由CPC钠盐制造7-ACA收率为48%～50%，由CPC锌
盐制造7-ACA收率为41.8%。由于CPC锌盐法收率较低加之污染较大，在国外已基本淘汰，现阶段国外生产7-ACA
主要采用收率较高、质量较好的CPC钠盐法。
　　目前，CPC发酵加化学裂解法是国内通用的7-ACA生产技术，这种技术存在能耗大、污染重等诸多缺点。CPC
发酵过程耗用大量电、气能源，化学裂解过程耗用大量深冷与溶媒，反应物料中使用的二氯甲烷、苯胺和氯硅烷等
均为有毒有害的强烈污染源，因此使得7-ACA生产承担着较重的能耗成本与治污成本。
　　由于7-ACA属于深冷裂解合成，生产过程毒性大、污染大、危险性大，因此对防火、防爆、防毒等要求极高，
一旦投产则需要承担较多的人力和物力管理风险。经过几年的市场挤压，化学法生产7-ACA的利润空间已经微乎其
微。
    2.酶法技术
　　在国外，具有污染小、能耗少、成本低等多重优势的7-ACA酶法技术早在上世纪八十年代就已出现，其中包括
一步酶法和两步酶法。
    一步酶法
　　利用转基因使顶头孢直接产生7-ACA，在日本和美国均有研究。日本于1986年便申请了一步酶法制备7-ACA
的专利，将腐皮镰孢的D-氨基酸氧化酶和缺陷假单胞菌的头孢霉素乙酰化酶的基因转入顶头孢，但是该项技术目
前尚未成熟。
    两步酶法
　　两步酶法促转化生成7-ACA方法是多年来探索的一种新途径。过去由于酶成本高、产率低而无法应用于生产上。
最近德国一家公司生产的酶系，已大幅度降价，形成一种在成本上可与化学裂解法相媲美的生产7-ACA的固定化酶
工艺。
　　两步酶法的第一步是利用D-AOD转化CPC成为GL-7ACA。实质上包含两个过程，CPC先D-氨基酸氧化酶（D-AOD）
转成酮基-7ACA和过氧化氢，然后酮基-7ACA被生成的过氧化氢氧化，脱除羧基转化为GL-7ACA，过去该步一直是
发展“瓶颈”。第二步利用GL-脱酰酶转化GL-7ACA，这一步已在工业规模上成功应用。采用酶法所得7-ACA纯度高，
不含有机溶剂或重金属，且固定化酶是在pH 8.0、25℃、400rpm搅拌速度下工作，所以酶活性稳定，产率符合工
业生产要求。
    另据报道，利用CPC两个酶，即D－氨基酸氧化酶及戊二酰7-ACA酰化酶的作用，裂解生成7-ACA的工艺在国
外制药企业已经初步实现了产业化。例如国外主要生产厂Antibioticos公司和Biochemie公司都用酶法生产7-ACA，
产品不含溶剂和重金属，质量高。Antibioticos公司在400L罐中、以CPC40g/L浓度进行酶法裂解，年产7-ACA 20t
左右。自CPC到GL-7-ACA的摩尔收率为88%，GL-7-ACA到7-ACA的收率为97.5%，总收率85.5%（合重量收率约
56%）。D-AOD固定化酶的半衰期为循环138次，酶法制造7-ACA比化学法占地面积小，成本低30%。GL-7-ACA酰化
酶的半衰期为172次。
　　上世纪九十年代，中国科学院植物生理研究所以CPC为原料，经两步酶法制备7-ACA获得成功，同时利用基因
工程菌生产7-ACA的一步酶法也取得突破性进展。然而，由于市场、资金和交叉技术等综合因素的限制，国内7-ACA
酶法技术规模化一直难以有所突破。目前国内有河南南阳药厂、浙江海门药厂利用酶法制造7-ACA。

  发 展方向

    1.应用基因技术改造CPC产生菌
    除了7-ACA合成收率、物料消耗和溶媒回收利用率决定其生产成本外，CPC的发酵单位和质量对生产成本也有
较大的影响。目前，我国CPC发酵单位与国际差距在10000μ/ml以上。由于水平低、成本高，在国际市场竞争力
差。因此提高菌种的生产能力是提高7-ACA产量的基础，也是我国相关企业发展的方向。基因技术为构建新菌种提
供了手段。增加基因拷贝数和提高有效表达量等都是提高菌种产量有效的方法。
    同时，利用基因技术构建7-ACA产生菌，可通过生物合成法直接制造7-ACA。Isogai等通过增加被克隆的顶头
孢霉碱性蛋白酶基因表达的方法，进行转化株的培养，发酵液中虽然只有低浓度的7-ACA，但已证明可用发酵法直
接生产。矾贝隆夫也构建了7-ACA和7-ADACA（脱乙酰头孢霉烷酸）生产菌，所构建的pHDV II质粒的转化株Hm178
能产生160μg/ml的7-ACA。近年Panlabs、Merck和DSM－Gb等公司都用基因重组技术构建了基因工程菌，Skatrud
应用cefEF基因的基因课题效应，提高CPC产量，在工业发酵中产量提高15%。
    2.采用酶法技术制造7-ACA
　　酶法技术具有优质、高效、节约、环保等诸多优点。国内7-ACA酶法技术“醒得早、起得晚”，为摆脱这种局
面，建议有实力的公司应当率先采用先进的技术，不断优化工艺条件，实现酶法技术真正意义上的产业化，进一步
抢占市场先机。