CN104591993B

CN104591993B - 一种发酵菌体中辅酶q10的提取方法

Info

Publication number: CN104591993B
Application number: CN201410857023.4A
Authority: CN
Inventors: 王炳荣; 蒋四富; 张斌; 焉世杰; 塔娜; 沈初亮
Original assignee: Inner Mongolia Kingdomway Pharmaceutical Co Ltd; Xiamen Kingdomway Group Co
Current assignee: Inner Mongolia Kingdomway Pharmaceutical Co Ltd; Xiamen Kingdomway Group Co
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2034-12-30
Also published as: CN104591993A

Abstract

本发明涉及一种发酵菌体中辅酶Q10的提取方法，将辅酶Q10发酵液过滤、烘干得到菌体后，制粒成10～120目的颗粒，放入萃取罐中，采用亚临界流体为萃取溶剂，对菌体进行亚临界萃取，萃取完过滤得到萃取液和菌渣，萃取液进入蒸发系统，在减压状态下脱溶得到辅酶Q10浸膏，再经过后续提纯处理得到辅酶Q10成品。本发明采取亚临界流体萃取辅酶Q10，提取收率高，溶剂损耗少，产品质量好，运行成本低廉，生产周期相对较短、相对产量大，是一种高效、低耗、环保的辅酶Q10清洁生产技术。

Description

一种发酵菌体中辅酶Q10的提取方法

技术领域

本发明涉及一种发酵菌体中辅酶Q10的提取方法，涉及微生物提取领域。

背景技术

辅酶Q10，英文名Coenzyme Q10，简称CoQ10。是一种广泛分布在人体中的类维生素物质，特别是在心脏中含量最高。它是目前市场上已有的唯一兼具激活细胞呼吸与抗自由基氧化功能的天然营养品。它单独使用或与维生素E结合使用是一种很强的抗氧化剂。作为一种代谢激活剂，存在于细胞的线粒体内膜，并经由特定的细胞代谢作用，以产生细胞的动力。同时它也是一种类维他命的营养物质，食用之后，能激活细胞呼吸、加速产生具有高能量的ATP，加强心肌新陈代谢功能，提高心脏跳动效率。它能抑制线粒体的过氧化，保护生物膜结构完整性，对免疫有特殊的增强作用。

国内外传统的辅酶Q10生产方法主要有动植物组织提取法、化学合成法和微生物发酵法三种。动植物组织提取法受限于原料中辅酶Q10的含量，提取的产量低、成本高；化学合成法在合成时会发生顺、反异构，得到各类异构体的混合物，需要分离，也增加了合成成本，在化学合成时会加入一些有毒试剂，对纯化获得适用于临床的产品也提出了更高的要求；微生物发酵法是近年兴起的新生产方法，由于微生物细胞易于大规模培养生长，产品完全为天然的全反式构型，生物利用度高，而且相对于化学合成法安全、高效，产品中几乎无化学毒害物质残留，易于分离纯化，临床疗效较好，是最具优势和开发前景的生产方法。

由于微生物发酵菌体成分复杂，当从微生物菌体中提取辅酶Q10时，大量杂质也会被一起提取出来，这直接影响到后续提纯操作的难易程度。提取工艺的优劣直接影响到提取的收率、产品的质量、提纯的成本等。

现有文献报道的从微生物中提取辅酶Q10的方法主要为溶剂萃取法(包括正己烷萃取、索氏抽提和超声波辅助提取)和超临界CO2萃取法等。采用有机溶剂(如石油醚、正己烷、庚烷等非极性有机溶剂，丙酮、乙酸乙酯、乙醇等极性有机溶剂)萃取辅酶Q10，采用非极性有机溶剂，产品品质较好，但提取收率较低，采用极性有机溶剂提取，提取比较完全、收率高，但同时提取出来的杂质也多，产品品质差。同时，有机溶剂萃取均存在溶剂残留的问题，对人体健康产生潜在的危害。采用超临界萃取法所得辅酶Q10品质高，萃取时间短、能耗低，但由于其处理量小，设备投入大，产品成本较高，因而该技术的应用受到限制。

当丙烷、丁烷、高纯度异丁烷、二甲醚(DME)、1，1，1，2-四氟乙烷、液化石油气和六氟化硫等以亚临界流体状态存在时，分子扩散性能增强，具有很好的渗透性和溶解能力，特别适合于天然产物中弱极性以及非极性物质的萃取。亚临界流体萃取技术是利用上述物质的特殊性质，在密闭、无氧、低压的萃取罐内注入亚临界流体，依据有机物相似相溶的原理，在一定的料液比、萃取温度、萃取时间、萃取压力，萃取剂及夹带剂及搅拌、超声波的辅助下进行的萃取过程。萃取混合液经过固液分离后进入蒸发系统，在压缩机和真空泵的作用下，根据减压蒸发的原理将萃取剂由液态转为气态从而得到目标提取物。亚临界流体萃取相比上述方法具有许多优点：提取物活性成分不被破坏，无溶剂残留，产品质量好；节能、环保、溶剂消耗少、运行成本低；相对于超临界萃取，已实现规模化生产，设备投资少，生产成本低。该技术为提取高品质辅酶Q10提供了一条新的途经。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种利用亚临界流体萃取辅酶Q10的方法，克服有机溶剂萃取收率低或产品质量下降，以及超临界CO₂萃取设备投入大、产量低、生产成本高等问题。本发明经过创造性的劳动和大量的试验，发现一种辅酶Q10的亚临界流体萃取技术，并且惊奇地发现，通过控制萃取工艺参数，显著提高了辅酶Q10的萃取效率，缩短了生产周期；同时萃取过程和蒸发过程温度低、时间短，有效避免辅酶Q10成分的破坏和损失，产品质量好；另外菌渣脱溶低，对菌渣中的蛋白等营养成分不破坏且无溶剂残留，有利于其进一步开发利用，可以显著增加经济效益。

本发明工艺步骤如下：

(1)菌体投料：打开萃取罐菌体进料阀，投入菌体，投料完关闭萃取罐进料阀，启动萃取罐搅拌，使菌体在萃取罐内均匀分布。

(2)溶剂进料：将萃取罐抽真空，缓慢打开萃取罐进料阀，利用压差将溶剂罐内亚临界流体注入萃取罐内，过程观察进料视镜，并控制溶剂流速。当溶剂流速变慢时，此时萃取罐与溶剂罐压力相当。启动溶剂泵进料，控制料液比，进料完毕后，停止溶剂泵，关闭萃取罐进料阀，关闭溶剂罐出料底阀，停止进料。

(3)萃取：萃取过程控制萃取罐内压力、萃取温度、萃取时间、萃取遍数，利用压差输送萃取液。

(4)萃取液蒸发：将步骤(3)的萃取液导入蒸发罐，减压蒸发。蒸发过程中控制蒸发罐内物料温度20～50℃。当系统压力降至0MPa时，启用真空泵进行负压蒸发，直至系统压力降至-0.085MPa以下，关闭真空泵，用氮气缓慢卸掉真空，停止蒸发，得到辅酶Q10浸膏，待进行下一工序提纯。蒸发出来的溶剂气体经压缩、冷凝液化后，回到溶剂储罐循环使用。

(5)菌渣脱溶：萃取罐中的菌渣减压蒸发脱溶，首先采用蒸汽(或热水)对萃取罐进行加热，并搅拌，加热温度20～90℃，搅拌速度5～100转/min；待萃取罐压力降到0MPa，启用真空泵进行负压蒸发，直至压力降至-0.085MPa以下，停止脱溶；脱溶完毕，打开萃取罐氮气阀，用氮气卸真空至常压；打开萃取罐底阀，排出菌渣；蒸发后的溶剂气体经压缩、冷凝液化后，回到溶剂储罐中循环使用。

根据本发明，步骤(1)所述的菌体采用粉碎机制粒成10～120目的颗粒，优选粉碎成40～80目的颗粒。

根据本发明，步骤(1)所述的萃取罐同时兼作菌渣的脱溶罐，采用夹套加热，加热方式可以采用热水或蒸汽。

根据本发明，步骤(2)所述的亚临界流体选自丙烷、丁烷、异丁烷(r600a)、二甲醚(DME)、1，1，1，2-四氟乙烷(r134a)、液化石油气(LPG)或六氟化硫中的一种或两种以上混合。

根据本发明，步骤(2)所述的料液比为1∶1～6(重量体积比)。

根据本发明，步骤(3)所述萃取压力为0.2～1.0MPa。

根据本发明，步骤(3)所述萃取温度为10～60℃。

根据本发明，步骤(3)所述萃取时间为10～60min。

根据本发明，步骤(3)所述萃取遍数为1～6遍。

根据本发明，步骤(4)蒸发、步骤(5)菌渣脱溶后的溶剂气体，采用压缩机进行压缩，调节压缩机进气阀门开度，控制压缩机进气压力小于0.2MPa，控制油缸压力小于0.5MPa，排气压力小于0.7MPa。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果是采用了在较低的温度和压力下具有较强溶解能力和扩散能力的亚临界流体，通过控制亚临界状态下流体的压力、温度，可以从发酵菌体中提取辅酶Q10，具体优点如下：

1.亚临界流体较己烷、石油醚等有机溶剂的粘度小，表面张力小，溶剂扩散系数大，在正常情况下，相同粒度的菌体原料，用亚临界萃取萃取比己烷、石油醚萃取的传质系数大，提取时间短，萃取收率高；

2.所用亚临界流体沸点低，在常温常压下为气态，经压缩机压缩、冷却后可循环利用，萃取过程均是在完全封闭的工艺条件下完成，溶剂损耗少，实现了零排放，生产中无“三废污染”，不会对环境造成污染；

3.因亚临界状态操作压力远低于超临界萃取的操作压力，对设备要求低，大幅度降低了设备制造过程的难度和成本，可以达到低成本、大规模生产辅酶Q10的工业化生产能力；

4.萃取过程和蒸发过程温度低且时间短，有效避免辅酶Q10成分的破坏和损失，产品质量好，减少后续提纯操作的负担，特别是大幅度降低后续层析填料的消耗，降低了生产成本。

附图说明

图1：本发明的工艺流程示意图

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步阐述。

实施例1.利用亚临界丙烷流体萃取辅酶Q10

称取辅酶Q10菌体样品500g(含量24.3mg/g)，经粉碎机粉碎，粒度控制在10～120目之间，置于密闭萃取罐，关闭进料阀门后，抽至真空，按菌体重量(g)/溶剂体积(ml)＝1/3注入丙烷溶剂，在温度为20～25℃、压力0.85～0.88MPa的条件下搅拌混合萃取3遍，每遍30min；萃取完成后，转移出萃取罐中的萃取液，打开萃取罐的出气阀进行脱溶，采用热水对萃取罐进行加热，并搅拌，加热温度45～50℃，搅拌速度30转/min，待萃取罐压力降到0MPa，启用真空泵进行负压蒸发，直至压力降至-0.085MPa以下，停止脱溶，打开萃取罐氮气阀，用氮气卸真空至常压，打开萃取罐底阀，排出菌渣。萃取所得的萃取液，进入蒸发系统，控制蒸发罐内物料温度40～45℃进行蒸发，当系统压力降至0MPa时，启用真空泵进行负压蒸发，直至系统压力降至-0.085MPa以下，关闭真空泵，用氮气缓慢卸掉真空，停止蒸发，即得到辅酶Q10浸膏。从菌渣和萃取液中蒸发出的溶剂气体，经过隔膜压缩机压缩液化，液态的溶剂流回溶剂循环罐，循环使用。收集得到浸膏24.71g，浸膏中辅酶Q10含量48.1％，萃取收率97.8％。

实施例2.利用亚临界丁烷流体萃取辅酶Q10

称取辅酶Q10菌体样品500g(含量24.3mg/g)，经粉碎机粉碎，粒度控制在10～120目之间，置于密闭萃取罐，关闭进料阀门后，抽至真空，按菌体重量(g)/溶剂体积(ml)＝1/3注入溶剂，在温度为25～30℃、压力0.30～0.35MPa的条件下搅拌混合萃取3遍，每遍20min；萃取结束后，按照实施例1中的方法脱除溶剂，取出样品，收集得到辅酶Q10浸膏25.30g，浸膏中辅酶Q10含量47.2％，萃取收率98.3％。

实施例3.利用亚临界二甲醚流体萃取辅酶Q10

称取辅酶Q10菌体样品500g(含量24.3mg/g)，经粉碎机粉碎，粒度控制在10～120目之间，置于密闭萃取罐，关闭进料阀门后，抽至真空，按菌体重量(g)/溶剂体积(ml)＝1/3注入二甲醚溶剂，在温度为25～30℃、压力0.48～0.52MPa的条件下搅拌混合萃取3遍，每遍20min；萃取结束后，按照实施例1中的方法脱除溶剂，取出样品，收集得到辅酶Q10浸膏25.28g，浸膏中辅酶Q10含量46.8％，萃取收率97.4％。

实施例4.利用亚临界四氟乙烷流体萃取辅酶Q10

称取辅酶Q10菌体样品500g(含量24.3mg/g)，经粉碎机粉碎，粒度控制在10～120目之间，置于密闭萃取罐，关闭进料阀门后，抽至真空，按菌体重量(g)/溶剂体积(ml)＝1/3注入四氟乙烷(r134a)溶剂，在温度为25～30℃、压力0.66～0.70MPa的条件下搅拌混合萃取3遍，每遍20min；萃取结束后，按照实施例1中的方法脱除溶剂，取出样品，收集得到辅酶Q10浸膏25.60g，浸膏中辅酶Q10含量46.9％，萃取收率98.8％。

实施例5.利用亚临界二甲醚-丁烷(体积比1∶1)体萃取辅酶Q10

称取辅酶Q10菌体样品500g(含量24.3mg/g)，经粉碎机粉碎，粒度控制在10～120目之间，置于密闭萃取罐，关闭进料阀门后，抽至真空，按菌体重量(g)/溶剂体积(ml)＝1/3注入二甲醚-丁烷(体积比1∶1)混合溶剂，在温度为25～30℃、压力0.45～0.50MPa的条件下搅拌混合萃取3遍，每遍20min；萃取结束后，按照实施例1中的方法脱除溶剂，取出样品，收集得到辅酶Q10浸膏25.11g，浸膏中辅酶Q10含量47.8％，萃取收率98.8％。

实施例6.对照试验

对照例1：

称取辅酶Q10菌体样品500g(含量24.3mg/g)，经粉碎机粉碎，粒度控制在10～120目之间，置于密闭萃取罐，关闭进料阀门后，按菌体重量(g)/溶剂体积(ml)＝1/3注入正己烷溶剂，在温度为40～45℃、常压条件下搅拌混合萃取3遍，每遍30min；萃取结束后，萃取液于45℃下真空浓缩干，收集得到辅酶Q10浸膏25.8g，浸膏中辅酶Q10含量42.6％，萃取收率90.5％。

对照例2：

称取辅酶Q10菌体样品500g(含量24.3mg/g)，经粉碎机粉碎，粒度控制在10～120目之间，置于密闭萃取罐，关闭进料阀门后，按菌体重量(g)/溶剂体积(ml)＝1/3注入丙酮溶剂，在温度为40～45℃、常压条件下搅拌混合萃取3遍，每遍30min；萃取结束后，萃取液于45℃下真空浓缩干，收集得到辅酶Q10浸膏35.2g，浸膏中辅酶Q10含量33.8％，萃取收率97.9％。

不同实施例的萃取方式的参数对比参见表1。

表1不同萃取方式对比

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种发酵菌体中辅酶Q10的提取方法，其特征在于，将辅酶Q10发酵液过滤、烘干得到菌体后，放入萃取罐中，采用亚临界流体为萃取溶剂，对菌体进行亚临界萃取，萃取完过滤得到萃取液和菌渣，萃取液进入蒸发系统，在减压状态下脱溶得到辅酶Q10浸膏，再经过后续提纯处理得到辅酶Q10成品。

2.根据权利要求1所述的一种辅酶Q10提取方法，其特征在于，将辅酶Q10发酵液过滤、烘干得到菌体后，制粒成10～120目的颗粒。

3.根据权利要求2所述的一种辅酶Q10提取方法，其特征在于，将辅酶Q10发酵液过滤、烘干得到菌体后，制粒成40～80目的颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种辅酶Q10提取方法，其特征在于，对菌体进行亚临界萃取，萃取遍数1～6遍，萃取时间10～60分钟，菌体与溶剂比为1∶1～6，萃取温度10～60℃，萃取压力0.2～1.0Mpa。

5.根据权利要求1所述的一种辅酶Q10提取方法，其特征在于，菌渣直接在萃取罐内减压脱溶后，排出装袋作为饲料添加剂；蒸发及脱溶后的气态亚临界流体经压缩、冷凝，可循环套用。

6.根据权利要求1所述的一种辅酶Q10提取方法，其特征在于，亚临界流体选自丙烷、丁烷、异丁烷(r600a)、二甲醚(DME)、1，1，1，2-四氟乙烷(r134a)、液化石油气(LPG)或六氟化硫中的一种或两种以上混合。

7.根据权利要求2所述的一种辅酶Q10提取方法，其特征在于，萃取液蒸发过程中控制蒸发罐内物料温度20～50℃，当系统压力降至0MPa时，启用真空泵进行负压蒸发，直至系统压力降至-0.085MPa以下，关闭真空泵，用氮气缓慢卸掉真空，停止蒸发。

8.根据权利要求5所述的一种辅酶Q10提取方法，其特征在于，萃取罐中的菌渣减压蒸发脱溶，首先采用蒸汽或热水对萃取罐进行加热，并搅拌，加热温度20～90℃，搅拌速度5～100转/min；待萃取罐压力降到0MPa，启用真空泵进行负压蒸发，直至压力降至-0.085MPa以下，停止脱溶；脱溶完毕，打开萃取罐氮气阀，用氮气卸真空至常压。