CN102391092B - 一种高纯度辅酶q10的规模化制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分离辅酶Q10的制备方法，特别涉及一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法。所述方法包括将含有辅酶Q10的干燥菌体经超临界萃取得到萃取液，萃取液经碱处理得到上柱液，上柱液上柱层析，得到洗脱液，洗脱液浓缩，用乙醇结晶得到大于99.5%的高纯度辅酶Q10。通过此种方法生产辅酶Q10，总收率大于90%，成本低廉，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离辅酶Q10的制备方法，特别涉及一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法。
背景技术
辅酶Q10又名维生素Q，是生物体内的细胞呼吸链中质子转移和电子传递的主要成份，在人体中具有重要的生理和药理作用，因此叫做维生素Q或维生素辅酶Q10，它在呼吸链中是一个和蛋白质结合不紧密的辅酶。在药用方面：可治疗心脏病、坏血病、高血压、十二指肠溃疡、胃溃疡、坏死性牙周炎、病毒性肝炎；还具有抗肿瘤、治疗圆形脱发和肺气肿的功能；对听觉障碍也有一定治疗；对艾滋病和帕金森症有显著的辅助治疗；可用于化妆品和保健品：对延缓衰老和提高机体免疫力有着不可代替的作用。
专利申请CN200810072112.2公开了辅酶Q10清洁纯化工艺，只提供了一种辅酶Q10的层析方法。专利申请号CN200610048712.6公开了一种纯化辅酶Q10的方法，只提供了一种辅酶Q10的结晶方法。然而上述两种方法均只涉及分离提纯辅酶Q10的某段工艺而不是完整的提取分离方法。
CN200710166132.1涉及一种分离辅酶Q10的提纯方法，虽然提供了一种以辅酶Q10发酵产物为起始的分离辅酶Q10的提纯方法，但工艺复杂、收率和纯度较低、成本较高，限制了其工业化应用。
因此，虽然辅酶Q10应用广泛，但既能获得高纯度的辅酶Q10并且能够规模化生产的方法尚有待研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种以微生物发酵产物为原料规模化生产高纯度辅酶Q10的方法，该方法工艺简单、收率和纯度高、得到的产品质量好、成本低廉、适于工业规模化生产。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其包括以下步骤：
（1）发酵液处理：将含有辅酶Q10的发酵液分离得到湿菌体，烘干所得湿菌体后得干燥菌体，所得干燥菌体经二氧化碳超临界萃取得到含有辅酶Q10的萃取液；
（2）萃取液处理：将所得萃取液通过浓度为0.2～0.5mol/L的碱液处理得到上柱液；
（3）上柱液处理：将所得上柱液通过粒径为200～300目的硅胶柱层析，再用醚、烷、醇、酮、酯中的一种或两种溶剂作为洗脱剂进行洗脱得到洗脱液；
（4）洗脱液处理：将所得洗脱液浓缩并冷却得第一晶体，在所得第一晶体中加乙醇溶解，然后用微孔滤膜过滤后得到滤液，将所得滤液降温搅拌结晶后再离心分离，得到潮湿的第二晶体，再将所得第二晶体干燥、粉碎，得到纯度大于99.5%的辅酶Q10。
本发明提供了一种以辅酶Q10发酵产物为起始的分离辅酶Q10的全段提纯方法，采用二氧化碳超临界萃取方法具有清洁、环保、安全、自动化等优点；洗脱溶剂可回收并循环利用；层析柱也可以洗脱再生并重复使用；所得辅酶Q10成品收率可达90%以上，所得辅酶Q10成品经HPLC检测的纯度可达99.5%以上，产品质量高，生产成本降低，适于工业规模化生产。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（1）中干燥菌体的粒度为40～200目，水分为5～15%，辅酶Q10的含量为10～40mg/g。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（1）中二氧化碳超临界萃取所用的夹带溶剂为醇、酮、醚、酯、烷中的至少一种。
本发明人经过反复实验证明：醇、酮、醚、酯、烷作为夹带剂对提高溶质在二氧化碳超临界流体中的溶解度具有明显的作用。
更优选地，所述的夹带溶剂为醚和烷，最优选醚。
更优选地，所述二氧化碳超临界萃取的萃取条件为：压力20～28MPa，温度30～40℃，夹带剂用量1～1.5ml/g，萃取时间40～50min。
采用该超临界萃取条件，相比传统的溶剂提取，提取率高2～3个百分点，同时具有效率高、成本低、安全、环保、无污染等优点。
进一步优选地，所述二氧化碳超临界萃取的萃取条件为：压力24.5MPa，温度35℃，夹带剂用量1.2ml/g，萃取时间45min。
本发明采用该条件萃取后的萃取收率可大于98.5%。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（2）包括如下步骤：
（a）将所得萃取液与0.2～0.5mol/L的碱液混合，机械搅拌30～50min；
（b）静置分层2～3h，分取其中的有机相作为第一有机相；
（c）将所述第一有机相与水混合，机械搅拌5～15min，所用水的体积为所述萃取液体积的0.5～1倍；
（d）静置分层20～30min，分取其中的有机相作为第二有机相；
（e）将所述第二有机相经脱水处理，得到上柱液。
经过本发明的碱液处理，可以去除萃取液中60%以上杂质，使萃取液中的辅酶Q10更加富集和纯化。
更优选地，所述步骤（e）所述的脱水处理是使用干燥剂为氯化钙、无水硫酸钠中的至少一种为干燥剂，每升所述第二有机相的干燥剂用量为0.01～0.03千克。
由于所用层析硅胶是正相填料，水的存在对其影响很大，会大大减低其分离效果，甚至失效，所以脱除上柱液中的水分能保证层析分离效果。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（3）所用的洗脱剂选自含1～5%（V/V）乙醇的石油醚溶液、含1～5%（V/V）乙醇的正己烷溶液、含1.5～4%（V/V）乙酸乙酯的石油醚溶液、含1.5～4%（V/V）乙酸乙酯的正己烷溶液、含1.5～4.5%（V/V）丙酮的石油醚溶液、含1.5～5%（V/V）乙醇的环己烷溶液、含1.5～3%（V/V）异丙醚的环己烷溶液中的一种或多种。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（3）中硅胶填料的重量是辅酶Q10 重量的5～10倍。
更优选地，所述步骤（3）中的硅胶填料使用醇、酮、酯中的至少一种或其中两种作为在线清洗溶剂进行在线清洗。
本发明上柱液处理时所用的洗脱剂可循环利用，并且可回收用作所述的在线清洗溶剂，使用该在线清洗溶剂清洗后的硅胶柱又可重复使用15～20次，进一步降低了生产成本。
作为本发明技术方案的一种优选，所述步骤（4）具体为：将所得洗脱液浓缩至相对密度0.750～0.850（60℃～70℃），冷却1～2小时，得第一晶体Xg，在所得第一晶体中加15X～30Xml的乙醇在50℃～70℃下溶解，然后用孔径为0.22～0.45μm的微孔滤膜过滤后得到滤液，将所得滤液以3～10min/℃的速率降温、并以10～90RPM的搅拌速率搅拌结晶后再离心分离，离心转速为5000～6000RPM，离心时间为60～120min，得到潮湿的第二晶体，再将所得第二晶体在温度为35～38℃、真空度为-0.06～0.09Mpa的真空条件下干燥，然后粉碎，得到纯度大于99.5%的辅酶Q10；其中，所述X是指第一晶体中的辅酶Q10的质量。
所述的相对密度是相对水而言的。使用该方案所得的第一晶体的纯度大于99%、含量大于80%、收率大于95%。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种以辅酶Q10发酵产物为起始的分离辅酶Q10的全段提纯方法，不同于现有技术仅公开其中的某段工艺；
2、洗脱溶剂可回收并循环利用，层析柱也可以洗脱再生并重复使用，生产成本降低；
3、所得辅酶Q10成品收率可达90%以上，所得辅酶Q10成品经HPLC检测的纯度可达99.5%以上，产品质量高；
4、适于工业规模化生产。
附图说明
图1是实施例一所得辅酶Q10成品的色谱图;
图2是实施例二所得辅酶Q10成品的色谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例一
辅酶Q10干燥菌体10kg，含量26.81mg/g、粒度80～120目，水分5.6%。在压力24.5Mpa，温度35℃，夹带剂（正己烷）用量1.3ml/g下经CO2超临界萃取45min，得到2.5L萃取液，含量106.54 mg/ml。加入1.5L浓度为0.35mol/L的氢氧化钠溶液搅拌40 min，静置2.5hr，待完全分层后，放掉下层，再加入2L纯化水搅拌10 min，静置30分钟，放掉下层，上层经干燥器（无水硫酸钠25g）脱水，得到上柱液2.3L，含量113.30mg/ml。将该上柱液按（有效量：填料）1:10上硅胶层析柱，用2.5%（V/V）乙酸乙酯的正己烷溶液洗脱，通过TLC色谱得到主段洗脱液。同时，前段及后段洗脱液分别收集处理，可制备辅酶Q10同系物及异构体。将主段洗脱液减压浓缩至相对密度0.775（60℃），冷却65min,得到327.8g第一晶体，含量为768.52mg/g，纯度为99.1%。将该第一晶体溶于3800ml乙醇中，用0.22μm微孔滤膜过滤，以5℃/min的速度降温，搅拌速度30rpm，降温至15℃，停止搅拌，陈化10min，5500rpm离心80min，得到潮湿的第二晶体，然后减压干燥，温度36℃，真空度-0.04Mpa，得到245.1g辅酶Q10成品，含量为997.05mg/g，纯度为99.7%，见图1。
实施例二
辅酶Q10干燥菌体100kg，含量30.13mg/g、粒度130～200目，水分5%。在压力20.5Mpa，温度30℃，夹带剂（乙醚）用量1.5ml/g下经CO2超临界萃取30min，得到25.76L萃取液，含量115.65 mg/ml。加入26.25L、0.2mol/L的氢氧化钠溶液搅拌40 min，静置2hr，待完全分层后，放掉下层，再加入20L纯化水搅拌10 min，静置30分钟，放掉下层，上层经干燥器脱水（无水硫酸钠28g），得到上柱液24.4L，含量119.70mg/ml。将该上柱液按（有效量：填料）1:5上层析柱，用1.5%（V/V）异丙醚的石油醚溶液洗脱，通过TLC色谱得到主段洗脱液。同时，分别收集处理前段及后段洗脱液，可制备辅酶Q10同系物及异构体。将主段洗脱液减压浓缩至相对密度0.810（65℃），冷却60min，得到3525.4g第一晶体，含量为798.41mg/g，纯度为98.9%。将第一晶体溶于5.6L乙醇中，用0.3μm微孔滤膜过滤，以3℃/min的速度降温，搅拌速度45rpm，降温至15℃，停止搅拌，陈化10min，5000rpm离心60min，得到潮湿的第二晶体，然后减压干燥，温度35℃，真空度-0.06Mpa，得到2745.5g辅酶Q10成品，含量为996.51mg/g，纯度为99.6%，见图2。
实施例三
将实施例一的层析柱用2～3倍的乙醇洗脱，再用1～2倍的石油醚平衡，待用。
辅酶Q10干燥菌体20kg，含量16.50mg/g、粒度60～100目，水分6%。在压力27.0Mpa，温度33℃，夹带剂（石油醚）用量1.0ml/g下经CO2超临界萃取50min，得到3.8L萃取液，含量85.79 mg/ml。加入2.5L浓度为0.25mol/L的氢氧化钠溶液搅拌40 min，静置2.5hr，待完全分层后，放掉下层，再加入2.5L纯化水搅拌10 min，静置30分钟，放掉下层，上层经干燥器（无水硫酸钠38g）脱水，得到上柱液3.7L，含量86.10mg/ml。将该上柱液加入到已平衡好的层析柱中，用1.0%（V/V）乙醇的石油醚溶液洗脱，通过TLC色谱得到主段洗脱液。同时，前段及后段（通过TLC色谱）洗脱液分别收集处理，可制备辅酶Q10同系物及异构体。将主段洗脱液减压浓缩至相对密度0.795（67℃），冷却70min，得到382.8g第一晶体，含量为808.52mg/g，纯度为98.9%。将该第一晶体溶于7740ml乙醇中，用0.45μm微孔滤膜过滤，以10℃/min的速度降温，搅拌速度90rpm，降温至20℃，停止搅拌，陈化10min，6000rpm离心120min，得到潮湿的第二晶体，然后减压干燥，温度35℃，真空度0.09Mpa得到301.4g辅酶Q10成品，含量为995.00mg/g，纯度为99.5%，谱图测试方法同实施例一，省略谱图。
实施例四
辅酶Q10干燥菌体10kg，含量10mg/g、粒度40～80目，水分15%。在压力20Mpa，温度30℃，夹带剂（乙醇）用量1.8ml/g下经CO2超临界萃取40min，得到2.3L萃取液，含量100.36 mg/ml。加入1.5L浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液搅拌50 min，静置3hr，待完全分层后，放掉下层，再加入1.5L纯化水搅拌5 min，静置20分钟，放掉下层，上层经干燥器（氯化钙25g）脱水，得到上柱液2.1L，含量46.19mg/ml。将该上柱液按（有效量：填料）1:6上200～250目的硅胶层析柱，用5%（V/V）乙醇的正己烷溶液洗脱，通过TLC色谱得到主段洗脱液。同时，前段及后段洗脱液分别收集处理，可制备辅酶Q10同系物及异构体。将主段洗脱液减压浓缩至相对密度0.75（70℃），冷却100min，得到158.2g第一晶体，含量为596.21mg/g，纯度为98.6%。将该第一晶体溶于1395ml乙醇中，用0.18μm微孔滤膜过滤，以8℃/min的速度降温，搅拌速度10rpm，降温至15℃，停止搅拌，陈化10min，4000rpm离心80min，得到潮湿的第二晶体，然后减压干燥，温度36℃，真空度-0.08Mpa，得到91.4g辅酶Q10成品，含量为994.05mg/g，纯度为99.4%。谱图测试方法同实施例一，省略谱图。
实施例五
辅酶Q10干燥菌体10kg，含量40mg/g、粒度80～120目，水分7.8%。在压力28Mpa，温度40℃，夹带剂（丙酮）用量1.1ml/g下经CO2超临界萃取50min，得到2.8L萃取液，含量96.54 mg/ml。加入1.5L浓度为0.2mol/L的氢氧化钠溶液搅拌30 min，静置2hr，待完全分层后，放掉下层，再加入1.2L纯化水搅拌15 min，静置25分钟，放掉下层，上层经干燥器（氯化钙30g）脱水，得到上柱液2.6L，含量133.48mg/ml。将该上柱液按（有效量：填料）1:8上200～250目的硅胶层析柱，用4.5%（V/V）丙酮的石油醚溶液溶液洗脱，通过TLC色谱得到主段洗脱液。同时，前段及后段洗脱液分别收集处理，可制备辅酶Q10同系物及异构体。将主段洗脱液减压浓缩至相对密度0.885（62℃），冷却2h，得到498.5g第一晶体，含量为756.74mg/g，纯度为98.4%。将该第一晶体溶于11136ml乙醇中，用0.3μm微孔滤膜过滤，以15℃/min的速度降温，搅拌速度110rpm，降温至15℃，停止搅拌，陈化30min，7000rpm离心80min，得到潮湿的第二晶体，然后减压干燥，温度38℃，真空度-0.1Mpa，得到366.2g辅酶Q10成品，含量为993.56mg/g，纯度为99.3%。谱图测试方法同实施例一，省略谱图。
实施例六
辅酶Q10干燥菌体10kg，含量8mg/g、粒度120～150目，水分12%。在压力18Mpa，温度28℃，夹带剂（乙酸乙酯）用量2.1ml/g下经CO2超临界萃取65min，得到3.5L萃取液，含量88.88 mg/ml。加入1.5L浓度为0.15mol/L的氢氧化钠溶液搅拌10 min，静置1.5hr，待完全分层后，放掉下层，再加入4L纯化水搅拌20 min，静置15分钟，放掉下层，上层经干燥器（氯化钙38g）脱水，得到上柱液3.2L，含量23.75mg/ml。将该上柱液按（有效量：填料）1:4上200～300目的硅胶层析柱，用1.5%（V/V）乙酸乙酯的正己烷溶液洗脱，通过TLC色谱得到主段洗脱液。同时，前段及后段洗脱液分别收集处理，可制备辅酶Q10同系物及异构体。将主段洗脱液减压浓缩至相对密度0.85（66℃），冷却50min，得到169.6g第一晶体，含量为444.8mg/g，纯度为98.2%。将该第一晶体溶于740.8ml乙醇中，用0.5μm微孔滤膜过滤，以2℃/min的速度降温，搅拌速度60rpm，降温至15℃，停止搅拌，陈化10min，5000rpm离心80min，得到潮湿的第二晶体，然后减压干燥，温度33℃，真空度0.04Mpa，得到73.4g辅酶Q10成品，含量为992.21mg/g，纯度为99.2%。谱图测试方法同实施例一，省略谱图。
对比实施例一
辅酶Q10发酵液20L，效价1672μg/ml，经过过滤出去液体，得湿菌体3 .2kg，加20L无水乙醇，在55℃条件下搅拌30分钟，过滤得滤液20.5L，效价796μg/ml。然后照同样方法再浸泡一次，得滤液20.2L，效价684μg/ml。混合两次的浸泡液，效价740μg/ml，体积40.7L，在70℃条件下真空浓缩到12L，加水2.5L、正己烷2.5L，搅拌10分钟，静置分层24小时。分离出正己烷层，得上柱液2.5L，效价11926μg/ml。取1L上柱液，通过孔径为1μm的滤芯过滤后上硅胶柱，柱体积为200m1，上柱流速为300m1/hr，上完后用200m1的正己烷洗涤，流速为400m1/hr。后用含2% (V/V)甲醇的正己烷溶液洗脱，流速为100ml/hr，得洗脱液910m1, 效价12895μg/ml。将洗脱液减压浓缩至干，加乙醇结晶，过滤烘干得辅酶Q109.5g，主组分HPLC峰面积比例98.1%,见CN200710166132.1实施例四。
对比实施例二
取对比实施例一所得的1L上柱液，通过孔径为1μm的滤芯过滤后上硅胶柱，柱体积为200m1，上柱流速为350m1/hr，上完后用200m1的正己烷洗涤，流速为300m1/hr。后用含2% (V/V)甲醇的正己烷溶液洗脱，流速为400ml/hr，再用3% (V/V)甲醇的正己烷溶液洗脱到最后，流速为200ml/hr，得洗脱液890m1, 效价13102μg/ml。将洗脱液减压浓缩至干，加乙醇结晶，过滤烘干得辅酶Q109.7g，主组分HPLC峰面积比例98.3%,见CN200710166132.1实施例五。
对比实施例三
取对比实施例一所得的1L上柱液，通过孔径为1μm的滤芯过滤后上硅胶柱，柱体积为200m1，上柱流速为400m1/hr，上完后用200m1的正己烷洗涤，流速为350m1/hr。后用含3% (V/V)甲醇的正己烷溶液洗脱，流速为300ml/hr，得洗脱液880m1, 效价12740μg/ml。将洗脱液减压浓缩至干，加乙醇结晶，过滤烘干得辅酶Q109.1g，主组分HPLC峰面积比例98.0%,见CN200710166132.1实施例六。
表1 各实施例的辅酶Q10制备的总收率
| 项目 | 总收率（%） |
| 实施例一 | 90.87 |
| 实施例二 | 90.38 |
| 实施例三 | 90.42 |
| 实施例四 | 90.35 |
| 实施例五 | 90.33 |
| 实施例六 | 90.26 |
| 对比实施例一 | 78.17 |
| 对比实施例二 | 79.95 |
| 对比实施例三 | 74.78 |
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (7)
1. 一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）发酵液处理：将含有辅酶Q10的发酵液分离得到湿菌体，烘干所得湿菌体得干燥菌体，所得干燥菌体经二氧化碳超临界萃取得到含有辅酶Q10的萃取液；
（2）萃取液处理：将所得萃取液通过浓度为0.2～0.5mol/L的氢氧化钠溶液处理得到上柱液；
（3）上柱液处理：将所得上柱液通过粒径为200～300目的硅胶柱层析，再用醚、烷、醇、酮、酯中的一种或两种溶剂作为洗脱剂进行洗脱得到洗脱液；
所用的洗脱剂选自含1～5%（V/V）乙醇的石油醚溶液、含1～5%（V/V）乙醇的正己烷溶液、含1.5～4%（V/V）乙酸乙酯的石油醚溶液、含1.5～4%（V/V）乙酸乙酯的正己烷溶液、含1.5～4.5%（V/V）丙酮的石油醚溶液、含1.5～5%（V/V）乙醇的环己烷溶液、含1.5～3%（V/V）异丙醚的环己烷溶液中的一种或多种；
（4）洗脱液处理：将所得洗脱液浓缩并冷却得第一晶体，在所得第一晶体中加乙醇溶解，然后用微孔滤膜过滤后得到滤液，将所得滤液降温搅拌结晶后再离心分离，得到潮湿的第二晶体，再将所得第二晶体干燥、粉碎，得到纯度大于99.5%的辅酶Q10。
2. 根据权利要求1所述的一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中干燥菌体的粒度为40～200目，含水量为5～15%，辅酶Q10的含量为10～40mg/g。
3. 根据权利要求1或2所述的一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中二氧化碳超临界萃取所用的夹带溶剂为醇、酮、醚、酯、烷中的至少一种。
4. 根据权利要求3所述的一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其特征在于：所述二氧化碳超临界萃取的萃取条件为：压力24.5MPa，温度35℃，夹带剂用量1.2ml/g，萃取时间45min。
5. 根据权利要求1所述的一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤（2）包括如下步骤：
（a）将所得萃取液与0.2～0.5mol/L的氢氧化钠溶液混合，机械搅拌30～50min；
（b）静置分层2～3h，分取其中的有机相作为第一有机相；
（c）将所述第一有机相与水混合，机械搅拌5～15min，所用水的体积为所述萃取液体积的0.5～1倍；
（d）静置分层20～30min，分取其中的有机相作为第二有机相；
（e）将所述第二有机相经脱水处理，得到上柱液。
6. 根据权利要求5所述的一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤（e）所述的脱水处理是使用氯化钙、无水硫酸钠中的至少一种为干燥剂，每升所述第二有机相的干燥剂用量为0.01～0.03千克。
7. 根据权利要求1所述的一种高纯度辅酶Q10的规模化制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中硅胶填料的重量是辅酶Q10 重量的5～10倍。
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