CN103397063B - 一种透明质酸的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明特别提供一种高产率的透明质酸的生产方法。所述方法采用兽疫链球菌(HA-116ATCC39920)进行发酵,在培养基中加入β-羟基丁酸钠和烟酸。本发明透明质酸生产方法,透明质酸产率高,质量好,生产成本低。
Description
技术领域
本发明特别提供一种高产率的透明质酸的生产方法。
背景技术
透明质酸即玻璃酸(SodiumHyaluronate)、玻尿酸,简称HA,是一种酸性粘多糖。其分子结构是由N-乙酰葡萄糖胺和葡萄糖醛酸通过β-1,4和β-1,3糖苷键反复交替连接而成,分子量在1O万至400百万之间。分子中两种单糖即β-D-葡萄糖醛酸(glucuronicacid)和N-乙酰氨基-D-葡萄糖胺(N—acetylglucosamine)按1:1的摩尔比组成。
分子式:(C14H20NNaO11)n,CAS号:9004-61-9,其双糖结构如下图:
HA的分子结构图
1934年美国哥伦比亚大学眼科教授Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质,1937年,Kendall等就发现链球菌可产生HA,工业化生产水平的HA发酵是日本资生堂开始研究的,80年代开发成功,并首先应用在化妆品中。我国从80年代开始研究HA的分离纯化制备工艺和临床应用,90年代初已有HA制剂作为新药上市。不同动物组织和细菌来源的HA无种属差异,对人类及动物无抗原性,生产方法中的提取法正逐渐被微生物发酵法替代。
1937年,Kendall等发现溶血性链球菌streptococcushaemolyticus可以合成透明质酸并分泌到胞外形成荚膜;其后,又陆续报道了能合成HA的微生物菌种。由于许多链球菌都可以合成以HA多糖为唯一成分的荚膜,使得链球菌(特别是对人体危害较小的C型)成为研究最多的HA生产菌,已报道的能作为HA生产菌的链球菌有:溶血性链球菌(A型),兽疫链球菌(C型),马链球菌(C型),粪马链球菌(C型),缺乳链球菌(C型)以及鸡霍乱杆菌(C型)等;其中A型为人体致病菌,C型则只能感染畜类。1983年,首次报道了日本的资生堂用链球菌生产HA,随后,英美等国相继报道了采用微生物发酵法生产HA的方法,大大拓宽了HA的来源,推动了HA的研究和应用。微生物发酵生产HA的实现是HA生产领域在近年来取得的最重大的进展。
HA在细菌内的生物合成路线表明,透明质酸是由葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖在透明质酸合成酶作用下通过β-l-3和β-l-4糖苷键连接而成的二糖单体重复构建而形成的直链高分子多糖。在有氧条件下,链球菌利用氧分子将NADH氧化为NAD,同时ADP转化为ATP。ATP的积累有利于UTP的生成,而UTP是合成HA的两个前体化合物(UDP-葡糖醛酸和UDP-N-乙酰氨基葡萄糖)所必须的物质,因而从代谢调控的角度来说,有氧发酵有利于HA的合成。但是,细胞在合成HA的同时也合成大量的小分子有机酸,其中大部分是乳酸和乙酸,使得发酵过程中pH值以0.01-0.15/min的速度降低。一方面大量的碳源流向乳酸合成,使得碳源向透明质酸的转化率很低;另一方面当发酵液pH值低于5.0时,菌体生长和代谢很慢或停止,限制了发酵生产中HA的产率(高海军,Streptococcuszooepidemicus。生物合成透明质酸的过程优化与代谢网络分析,无锡轻工业大学,1999),这也成为了限制透明质酸发酵工业的一个重要因素。
微生物产生大量乳酸的原因是为了获得大量NAD(烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)的再生,当溶氧充足时,乳酸的产量很低,原因是氧可以直接氧化NADH为NAD(ChongB.f.,NielsenL.K.AmplifyingthecellularreductionpotentialofStreptococcuszooepidemicus.J.Biotech.2003,100:33-41)。但是由于透明质酸发酵液十分粘稠,导致溶氧很低,因此乳酸的产量较大。
针对以上情况,要提高透明质酸的产率,必须寻找途径减少乳酸的产生。
中国专利CN200410070767.8提供了一种方法:构建一个含有phbCAB基因序列的质粒表达载体,再导入链球菌中进行表达聚羟基丁酸(PHB),能够有效减少乳酸产生、提高透明质酸产量。PHB的合成可以将大量的NADH氧化成NAD,从而避免了NADH的积累刺激乳酸的产生,同时NAD也是合成透明质酸所需的,因而透明质酸产量提高29%,但是最终产率也只有0.45g/L。
至今尚没有使用兽疫链球菌(HA-116ATCC39920)发酵生产透明质酸时向培养基中添加β-羟基丁酸钠和烟酸的报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种透明质酸的生产方法,可以提高透明质酸产率。
本发明采用的技术方案如下:
一种透明质酸的生产方法,采用兽疫链球菌(保藏号HA-116ATCC39920)进行发酵,在培养基中加入β-羟基丁酸钠和烟酸。
β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的0.1-1%,优选0.5%。
烟酸添加量为培养基质量的0.05-0.5%,优选0.2%。
调整培养基中葡萄糖的质量百分含量为0.8-1.6%,优选1.2%。
相对于传统方法采用的培养基中葡萄糖质量百分比为2.0%,本发明葡萄糖的量相当于减少了20-60%。
本发明采用了加入β-羟基丁酸钠和烟酸的方法。β-羟基丁酸钠在胞内被氧化为乙酰乙酸,乙酰乙酸活化后只需一步反应就可以生成两分子乙酰CoA,乙酰CoA进入三羧酸循环合成NADH,最终被完全氧化并合成NAD和ATP。合成透明质酸所需的大量能量物质乙酰CoA、NAD和ATP主要依靠β-羟基丁酸钠的分解来获得,跳过了糖酵解步骤。糖酵解步骤因此在一定程度上被抑止,在透明质酸合成中的主要作用转变为提供2个前体物质葡萄糖醛酸和N-乙酰氨基葡萄糖。而糖酵解步骤的被抑止,大大减少了乳酸和其他杂质的生成,提高了透明质酸的产率和质量。烟酸的添加是为了提供合成NAD的必要前体。
采用本发明透明质酸生产方法,透明质酸产率提高10%。提取精制步骤由3步减少为1步,收率提高5%。获得的透明质酸其蛋白质含量减少1倍。生产成本降低20-22%。
本发明与现有技术相比,具有如下优点:
本发明透明质酸生产方法,透明质酸收率高,质量好,生产成本低。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案,但本发明的保护范围不限于此:
传统方法如下:
发酵采用的培养基为:蛋白胨1.0%(质量百分含量,下同)、酵母粉0.5%、葡萄糖2.0%、七水合硫酸镁0.05%、KH2PO40.2%。采用的菌种保藏号为HA-116ATCC39920(CN200910164358.7中有记载),pH7.5。
变温发酵:开始时发酵温度维持在34℃,发酵12小时后,将温度升至40℃继续发酵,发酵结束时发酵液中透明质酸含量为1.05g/L,透明质酸中蛋白质含量为0.05%。
实施例1-3所采用的兽疫链球菌同传统方法。
实施例1
一种透明质酸的生产方法,采用兽疫链球菌为发酵菌种。在传统方法的培养基中加入β-羟基丁酸钠和烟酸。β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的0.1%;烟酸添加量为培养基质量的0.05%;同时调整培养基中葡萄糖的质量百分比为1.6%。
获得的透明质酸产率为1.17g/L,透明质酸中蛋白质含量为0.025%,生产成本降低21%。
实施例2
一种透明质酸的生产方法,采用兽疫链球菌为发酵菌种。在培养基中加入β-羟基丁酸钠和烟酸。β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的1%;烟酸添加量为培养基质量的0.5%;同时调整培养基中葡萄糖的质量百分比为0.8%。
获得的透明质酸产率为1.2g/L,透明质酸中蛋白质含量为0.029%,生产成本降低20%。
实施例3
一种透明质酸的生产方法,采用兽疫链球菌为发酵菌种。在培养基中加入β-羟基丁酸钠和烟酸。β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的0.5%;烟酸添加量为培养基质量的0.2%;同时调整培养基中葡萄糖的质量百分比为1.2%。
获得的透明质酸产率为1.22g/L,透明质酸中蛋白质含量为0.015%,生产成本降低22%。
Claims (7)
1.一种透明质酸的生产方法,其特征在于,采用兽疫链球菌进行发酵,兽疫链球菌的保藏号为HA-116ATCC39920,在培养基中加入β-羟基丁酸钠和烟酸,β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的0.1-1%,烟酸添加量为培养基质量的0.05-0.5%,调整培养基中葡萄糖的质量百分含量为0.8-1.6%。
2.如权利要求1所述的透明质酸的生产方法,其特征在于,β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的0.5%。
3.如权利要求1所述的透明质酸的生产方法,其特征在于,烟酸添加量为培养基质量的0.2%。
4.如权利要求1所述的透明质酸的生产方法,其特征在于,调整培养基中葡萄糖的质量百分含量为1.2%。
5.如权利要求1所述的透明质酸的生产方法,其特征在于,β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的0.1%,烟酸添加量为培养基质量的0.05%,调整培养基中葡萄糖的质量百分含量为1.6%。
6.如权利要求1所述的透明质酸的生产方法,其特征在于,β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的1%,烟酸添加量为培养基质量的0.5%,调整培养基中葡萄糖的质量百分含量为0.8%。
7.如权利要求1所述的透明质酸的生产方法,其特征在于,β-羟基丁酸钠添加量为培养基质量的0.5%,烟酸添加量为培养基质量的0.2%,调整培养基中葡萄糖的质量百分含量为1.2%。
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在兽疫链球菌中表达vgb基因和HA合成基因提高透明质酸产量;郝宁等;《中国生物工程杂志》;20051231;第25卷(第6期);摘要、1.3方法、3结论 * |
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