CN105779534A - 一种酶法制备谷胱甘肽的工艺方法 - Google Patents
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- C12P21/02—Preparation of peptides or proteins having a known sequence of two or more amino acids, e.g. glutathione
Abstract
本发明提供一种酶法制备谷胱甘肽的工艺方法,其特征在于包括以下步骤:1)向反应釜中加入L‑谷氨酸钠(L‑Glu.Na),L‑半胱氨酸(L‑Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解;2)采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气,置换完毕氮气保护整个反应体系;3)在25‑45℃、氮气保护下,用碱性溶液调节pH值至6.0‑8.0;4)加入反应液1%‑3%的谷胱甘肽酶液,氮气保护下、25‑45℃搅拌反应2‑4h,反应过程中用碱性溶液控制反应体系pH值在6.0~8.0。
Description
技术领域
本发明涉及一种谷胱甘肽的制备工艺,属于医药及其中间体技术领域。
背景技术
谷胱甘肽(glutathione,r-glutamyl cysteingl +glycine,GSH)是一种含γ-酰胺键和巯基的三肽,由谷氨酸、半胱氨酸及甘氨酸组成。存在于几乎身体的每一个细胞。谷胱甘肽能帮助保持正常的免疫系统的功能,并具有抗氧化作用和整合解毒作用,半胱氨酸上的巯基为其活性基团(故常简写为G-SH),易与某些药物(如扑热息痛)、毒素(如自由基、碘乙酸、芥子气,铅、汞、砷等重金属)等结合,而具有整合解毒作用。
谷胱甘肽的生产方法主要有化学合成法、酶转化法和发酵法。目前,化学合成法和提取法已经工业化,化学合成法较早应用于谷胱甘肽的生产,但存在复杂耗时的缺点。生物合成方法包括酶转化法和微生物发酵法,微生物发酵法用于谷胱甘肽的生产是当前世界上主要的生产方法,并且由于避免了昂贵的ATP消耗,比较经济实用,国外谷胱甘肽的主要产地在日本,应用的是微生物发酵法生产谷胱甘肽。国内由微生物发酵生产谷胱甘肽,在添加三种氨基酸前体的情况下,发酵单位一般在4-8g/L。我们主要研究酶转化法。酶转化法生产谷胱甘肽由于需要获得相关酶系,需要为其设计ATP再生体系,还需要加入前体氨基酸,因此技术难度高,但酶转化法比化学法及发酵法相比,有较大成本优势。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的上述不足,本发明的目的是提供一种工艺成本低,反应条件温和,操作方法简单可控,避免了大量有毒试剂的使用,环保安全性好,产品质量稳定的谷胱甘肽合成工艺。
技术方案:本发明采用的谷胱甘肽酶液(GSH酶)是通过本申请人提交的申请号为201610167116.3一种催化合成谷胱甘肽的生物酶及其制备和提取方法来制备。
一种酶法制备谷胱甘肽的工艺方法,包括以下步骤:
1)向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解;
2)采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
3)在25-45℃、氮气保护下,用碱性溶液调节pH值至6.0-8.0;
4)加入反应液1%-3%的谷胱甘肽酶液,氮气保护下、25-45℃搅拌反应2-4h,反应过程中用碱性溶液控制反应体系pH值在6.0-8.0;
5)反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
6)将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
7)将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱;该大孔树脂柱的径高比为0.05-0.2,上样pH值为2.0-3.5;
8)用1-3bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
9)用50%-95%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
10)将收集的洗脱液30-50℃减压浓缩,真空度≤-0.09MPa,浓缩至GSH含量为15%-30%;
11)往浓缩液中加入0.5-1.5倍量的有机溶剂,氮气保护下、0-25℃(优选10-15℃)搅拌析晶10-24h(优选18-20h);
12)析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤,30-50℃减压至真空度≤-0.09MPa,干燥6-8h,得谷胱甘肽粗品。
作为优选,步骤1)中L-Glu.Na的投料量为9-16g/L, L-Cys的投料量为6-11g/L,Gly的投料量为4-8g/L, ATP.Na2的投料量为0.6-1.2g/L, MgCl2.6H2O投料量为14-24g/L,(NaPO3)6投料量为21-40g/L, DTT投料量为0.1-1.5g/L。
作为优选,上述步骤中的碱性溶液为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的一种。
作为优选,步骤11)中的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种。
本发明的有益技术效果:
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
1)本发明采用酶集GSH合成与ATP/TDP(生物膜)循环再生功能于一体,有效循环利用ATP,大大降低了生产成本;
2)本发明的生物酶法转化率高(100%),工艺简单,后期纯化难度小,相比发酵法(后期采用了氧化亚铜沉淀和硫化氢还原),其纯化工艺更加绿色环保(仅用到了乙醇/水);
3)本发明生产周期短,收率高,成本低,利润空间大;
4)本发明所产反应液中GSH浓度高达到20g/L(文献报道最高为8g/L);
5)本发明所采用的GSH合成酶结合了高活性的GSH双功能合成酶和ATP合成酶,构建了ATP的再生系统,大大减少了ATP的投料量,降低了生产成本;
6)本发明利用DA201-C型大孔吸附树脂除盐,对反应液进行提纯,避免使用传统的铜盐法(氧化亚铜沉淀、硫化氢还原),减少环境污染,减轻环保压力;
7)相比发酵法、两步酶法,本发明为一步酶法,其反应周期短,更利于产业化,能耗低;三废少,绿色环保。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一:
1、向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解。其中L-Glu.Na的投料量为9g/L,L-Cys的投料量为6g/L, Gly的投料量为4g/L, ATP.Na2的投料量为0.6g/L, MgCl2.6H2O投料量为14g/L, (NaPO3)6投料量为21g/L, DTT投料量为0.1g/L;反应体系体积为50L;
2、采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
3、在25℃、氮气保护下,用氢氧化钠溶液调节pH值至6.0;
4、加入反应液1%-3%的GSH酶液,氮气保护下、25℃搅拌反应2h,反应过程中用氢氧化钠溶液控制反应体系pH值在6.0;
5、反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
6、将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
7、将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱。大孔树脂柱的径高比为0.05,上样pH值为2.0;
8、用纯化水以0.5bv/h的速度冲洗大孔树脂柱;
9、用50%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
10、将收集的洗脱液30℃减压浓缩,真空度≤-0.09MPa,浓缩至GSH含量为15%;
11、往浓缩液中加入0.5倍量的甲醇,氮气保护下、0℃搅拌析晶10h;
12、析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤,30℃减压,真空度≤-0.09MPa,干燥6h,得GSH粗品401.6g,收率52.8%。
实施例2
1、向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解。其中L-Glu.Na的投料量为16g/L,优选为15g/L,L-Cys的投料量为11g/L, Gly的投料量为8g/L, ATP.Na2的投料量为1.2g/L, MgCl2.6H2O投料量为24g/L,(NaPO3)6投料量为40g/L, DTT投料量为1.5g/L;反应体系体积为50L;
2、采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
3、在25-45℃(优选35-40℃)、氮气保护下,用碱性溶液(氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水)调节pH值至8.0;
1.4 加入反应液3%的谷胱甘肽酶液,氮气保护下、45℃搅拌反应4h ,反应过程中用碳酸钠溶液控制反应体系pH值在8.0;
1.5 反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
1.6将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
1.7将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱。大孔树脂柱的径高比为0.2,上样pH值为3.5;
1.8用3bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
1.9 用95%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
2.0 将收集的洗脱液50℃减压,真空度≤-0.09MPa,浓缩,浓缩至GSH含量为30%;
2.1 往浓缩液中加入1.5倍量的乙醇,氮气保护下、25℃搅拌析晶24h;
2.2 析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤, 50℃,减压,真空度≤-0.09MPa,干燥8h,得GSH粗品736g,收率52.8%。
实施例3
1.1 向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解。其中L-Glu.Na的投料量为9g/L,,L-Cys的投料量为7g/L,Gly的投料量为6g/L,,ATP.Na2的投料量为0.8g/L, MgCl2.6H2O投料量为18g/L, (NaPO3)6投料量为25g/L, DTT投料量为1g/L;反应体系体积为50L;
1.2 采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
1.3 在30℃、氮气保护下,用碳酸氢钠溶液调节pH值至7.0;
1.4 加入反应液2%的GSH酶液,氮气保护下、30℃搅拌反应3h,反应过程中用碳酸氢钠溶液控制反应体系pH值在7.0;
1.5 反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
1.6将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
1.7将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱。大孔树脂柱的径高比为0.1,上样pH值为1.5;
1.8用1.5bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
1.9 用75%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
2.0 将收集的洗脱液45℃减压,真空度≤-0.09MPa,浓缩,浓缩至GSH含量为22%;
2.1 往浓缩液中加入1.2倍量的异丙醇,氮气保护下、18℃,搅拌析晶14h;
2.2 析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤,35℃减压,真空度≤-0.09MPa,干燥6.5h,得GSH粗品510.2g,收率57.5%。
实施例4
1.1 向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解。其中L-Glu.Na的投料量为10g/L, L-Cys的投料量为7.5g/L,Gly的投料量为6.5g/L, ATP.Na2的投料量为0.9g/L, MgCl2.6H2O投料量为16g/L, (NaPO3)6投料量为28g/L, DTT投料量为0.5g/L;反应体系体积为50L;
1.2 采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
1.3 在32℃、氮气保护下,用氢氧化钾溶液调节pH值至7.2;
1.4 加入反应液2%的GSH酶液,氮气保护下、25℃搅拌反应2.5h,反应过程中用氢氧化钾溶液控制反应体系pH值在7.0;
1.5 反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
1.6将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
1.7将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱。大孔树脂柱的径高比为0.15,上样pH值为3.0;
1.8用1.5bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
1.9 用80%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
2.0 将收集的洗脱液45℃减压浓缩,真空度≤-0.09MPa,浓缩至GSH含量为25%;
2.1 往浓缩液中加入0.8倍量的丙酮,氮气保护下、18℃搅拌析晶16h;
2.2 析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤,30℃减压,真空度≤-0.09MPa,干燥8h,得GSH粗品621.3g,收率65.3%。
实施例5
1.1 向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解。其中L-Glu.Na的投料量为9g/L, L-Cys的投料量为6g/L, Gly的投料量为4g/L, ATP.Na2的投料量为0.6g/L, MgCl2.6H2O投料量为14g/L,(NaPO3)6投料量为21g/L, DTT投料量为0.1g/L;反应体系体积为50L;
1.2 采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
1.3 在25℃、氮气保护下,用碱性溶液(氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水)调节pH值至6.0-8.0(优选7.0-7.5);
1.4 加入反应液1%-3%(优选1.5%-2%)的GSH酶液,氮气保护下、25-45℃(优选35-40℃)搅拌反应2-4h(优选2.5-3h) ,反应过程中用碳酸钾溶液控制反应体系pH值在6.0;
1.5 反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
1.6将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
1.7将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱。大孔树脂柱的径高比为0.05,上样pH值为2.0;
1.8用1bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
1.9 用50%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
2.0 将收集的洗脱液30℃减压,真空度≤-0.09MPa,浓缩,浓缩至GSH含量为15%;
2.1 往浓缩液中加入0.5倍量的乙醇,氮气保护下、0℃搅拌析晶10h;
2.2 析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤,30℃减压,真空度≤-0.09MPa,干燥6h,得GSH粗品351.4g,收率46.2%。
实施例6
1.1 向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解。其中L-Glu.Na的投料量为16g/L, L-Cys的投料量为11g/L, Gly的投料量为8g/L, ATP.Na2的投料量为1.2g/L, MgCl2.6H2O投料量为24g/L, (NaPO3)6投料量为40g/L, DTT投料量为1.5g/L;反应体系体积为50L;
1.2 采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
1.3 在45℃、氮气保护下,用碳酸氢钾溶液调节pH值至8.0;
1.4 加入反应液3%的GSH酶液,氮气保护下、45℃搅拌反应4h,反应过程中用碳酸氢钾溶液控制反应体系pH值在8.0;
1.5 反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
1.6将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
1.7将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱。大孔树脂柱的径高比为0.2,上样pH值为3.5;
1.8用3bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
1.9 用95%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
2.0 将收集的洗脱液50℃减压,真空度≤-0.09MPa,浓缩,浓缩至GSH含量为30%;
2.1 往浓缩液中加入1.5倍量的乙醇,氮气保护下、25℃搅拌析晶24h;
2.2 析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤, 50℃减压,真空度≤-0.09MPa,干燥8h,得GSH粗品704.1g,收率50.5%。
实施例7
1.1 向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解。其中L-Glu.Na的投料量为10g/L, L-Cys的投料量为8g/L, Gly的投料量为6g/L, ATP.Na2的投料量为1.1g/L,MgCl2.6H2O投料量为18g/L, (NaPO3)6投料量为28g/L, DTT投料量为1.0g/L,优选为0.3-0.8g/L;反应体系体积为50L;
1.2 采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气三次,置换完毕氮气保护整个反应体系;
1.3 在30℃、氮气保护下,用氨水调节pH值至7.0;
1.4 加入反应液2%的GSH酶液,氮气保护下、30℃搅拌反应3h,反应过程中用氨水控制反应体系pH值在7.0;
1.5 反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
1.6将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
1.7将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱。大孔树脂柱的径高比为0.1,上样pH值为2.5;
1.8用2bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
1.9 用60%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
2.0 将收集的洗脱液40℃减压,真空度≤-0.09MPa,浓缩,浓缩至GSH含量为20%;
2.1 往浓缩液中加入1.2乙醇,氮气保护下、15℃搅拌析晶15h;
2.2 析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤,45℃减压,真空度≤-0.09MPa,干燥7.5h,得GSH粗品619.6g,收率61.1%。
本说明书描述了一些实施方式,然而应理解,本领域技术人员通过阅读本说明书可获知不背离本发明的构思和范围的各种改进。因此,这些其他实施方式也应当包括在所附权利要求书范围内。
Claims (5)
1.一种酶法制备谷胱甘肽的工艺方法,其特征在于包括以下步骤:
1)向反应釜中加入L-谷氨酸钠(L-Glu.Na),L-半胱氨酸(L-Cys),甘氨酸(Gly),三磷酸腺苷二钠(ATP.Na2),六水氯化镁(MgCl2.6H2O),六偏磷酸钠[(NaPO3)6 ],二硫苏糖醇(DTT)和纯化水搅拌溶解;
2)采用抽真空氮气置换的方法置换反应体系中的空气,置换完毕氮气保护整个反应体系;
在25-45℃、氮气保护下,用碱性溶液调节pH值至6.0-8.0;
3)加入反应液1%-3%的谷胱甘肽酶液,氮气保护下、25-45℃搅拌反应2-4h,反应过程中用碱性溶液控制反应体系pH值在6.0-8.0;
4)反应完毕,放料,料液离心除去不溶物,收集滤液;
5)将得到的滤液通过超滤机进行超滤,收集超滤透析液;
6)将超滤透析液调酸后上DA201-C型大孔吸附树脂柱;该大孔树脂柱的径高比为0.05-0.2,上样pH值为2.0-3.5;
7)用1-3bv的纯化水冲洗大孔树脂柱;
8)用50%-95%的乙醇洗脱解吸附大孔树脂柱,收集茚三酮显色部分洗脱液;
9)将收集的洗脱液30-50℃减压浓缩,真空度≤-0.09MPa,浓缩至GSH含量为15%-30%;
10)往浓缩液中加入0.5-1.5倍量的有机溶剂,氮气保护下、0-25℃(优选10-15℃)搅拌析晶10-24h(优选18-20h);
11)析晶完毕,放料离心,乙醇洗涤,30-50℃减压至真空度≤-0.09MPa,干燥6-8h,得谷胱甘肽粗品。
2.根据权利要求1所述的酶法制备谷胱甘肽的工艺方法,其特征在于:所述步骤1)中L-Glu.Na的投料量为9-16g/L, L-Cys的投料量为6-11g/L, Gly的投料量为4-8g/L, ATP.Na2的投料量为0.6-1.2g/L, MgCl2.6H2O投料量为14-24g/L, (NaPO3)6投料量为21-40g/L,DTT投料量为0.1-1.5g/L。
3.根据权利要求1所述的酶法制备谷胱甘肽的工艺方法,其特征在于:上述步骤中的碱性溶液为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾、氨水中的一种。
4.根据权利要求1所述的酶法制备谷胱甘肽的工艺方法,其特征在于:所述步骤11)中的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的一种。
5.根据权利要求1所述的酶法制备谷胱甘肽的工艺方法,其特征在于:所述置换反应体系中的空气的次数为三次。
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- 2016-03-26 CN CN201610175631.6A patent/CN105779534A/zh active Pending
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