酶法技术在中国的医药行业已经有较长的使用历史。我们大家熟知的葡萄糖生产就是酶法技术替代化学工艺的一个很典型的案例。传统的葡萄糖生产都是淀粉经酸碱水解生成,但在80年代末,国内开始使用酶法技术水解淀粉。现在,在葡萄糖的酶法生产工艺已全部替代了酸碱化学法工艺。
不过半合成青霉素和半合成头孢菌素的生产比葡萄糖的生产工艺要复杂得多,因此在化学法工艺中使用的有机溶剂和化工原料也更复杂、更多。而这些化学原料多为有毒的、刺激性的物质。
如在化学法工艺中,常规使用有机溶剂二氯甲烷,具有麻醉作用,主要损害中枢神经和呼吸系统;动物实验表明可致肌肉骨骼系统发育和泌尿生殖系统发育畸形,具有致癌作用。2009年, 在化学原料药行业中就发生过操作不当,导致二氯甲烷中毒死亡的案例。
另外在化学法工艺中,使用较多的化工原料是四甲基胍。而且四甲基胍主要用于头孢菌素的生产。目前国内四甲基胍的生产,基本都以氰化钠、二甲胺和氯气为原料。氰化钠剧毒,在生产和使用中受到严格控制,而且四甲基胍生产流程长,会产生大量废水和废渣,并要使用许多毒性较大的有机溶剂。因此四甲基胍本身的生产不仅原料毒性大,而且环境污染严重。
荷兰帝斯曼公司世界首创采用生物活性酶催化技术来生产半合成青霉素和半合成头孢菌素产品。
这是一个革命性的创新 – 所有的主要原料以纯净水为介质在常温下完成反应,化学溶剂及化工原料的使用量降低了90%。
从可持续性发展的角度上,这种生物活性酶催化技术的优势在于最大限度地保护了人类的生存环境。由于其对于环境保护的卓越贡献,所以我们称之为“绿色酶法技术”。
下面我们会以头孢氨苄为例用一组数字来说明“绿色酶法技术”对环境保护的贡献。
头孢氨苄(Cefalexin, 先锋霉素Ⅳ)是国内市场应用最早的口服头孢制剂品种,经过多年的发展,已成为头孢菌素类抗生素中一个主要品种。 2008年, 我国头孢氨苄原料药的产量接近2000 吨(化药协会统计)。2009年,头孢氨苄在新的医改方案中被纳入基本药物目录,可以预见头孢氨苄的需求在未来的几年还将持续增长。
以生产生产1吨头孢氨苄为例,“绿色酶法工艺”可减少使用二氯甲烷、甲基异丁基酮等有机溶剂近7000公斤;减少四甲基胍、乙酰酸乙酯、特戊酰氯等化工原料近1500公斤。
若以化药协会2000吨头孢氨苄数据来计算,绿色酶法技术可以减少近17000吨的有机溶剂和化工原料的使用和排放。
“绿色酶法工艺”有机溶剂的挥发水平只是化学法工艺的1/10,COD产生量比化学法的减少了80%。
酶法工艺的能源消耗大约是化学工艺的一半。以中国全年生产的头孢氨苄接近2000吨计,如果使用“绿色酶法技术”二氧化碳排放量总共可以减少10,000-12,000吨。