CN106008642B - 一种利用原人参二醇组皂苷大规模转化生产人参皂苷Rk1的方法 - Google Patents

一种利用原人参二醇组皂苷大规模转化生产人参皂苷Rk1的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用原人参二醇组皂苷为原料大规模生产人参皂苷Rk1的方法，该方法包括在发酵罐中加入原人参二醇组皂苷和水，并通N2保护，经在线灭菌后加入有机酸和催化量的Keggin结构的杂多酸HxYW12O40·nH2O催化剂，其中Y选自P、Si、Fe或Zn，x为3或4，n为0‑30的正整数，在80~105℃下反应24~48小时，最后收集反应产物进行纯化即可得到高纯度的人参皂苷Rk1。本发明工艺简单易行，副反应少，产物纯度高，易于工业化生产。

Description

一种利用原人参二醇组皂苷大规模转化生产人参皂苷Rk1的 方法
技术领域
本发明涉及一种利用原人参二醇组皂苷大规模转化生产人参皂苷Rk1的方法，属于生物化工领域。
背景技术
人参是应用历史最为久远的名贵药用植物，其药用价值早为世人所公认。人参皂苷是人参的标志性成分，是由皂苷元与糖相联构成的糖苷类化合物。人参皂苷属于三萜类皂苷，按其皂苷元结构的不同，可分为三种类型：第一类是齐墩果酸皂苷；第二类是原人参二醇型皂苷，有Ra1、Ra2、Rb1、Rb2、Rc、Rd等；第三类是原人参三醇型皂苷，有Re、Rf、Rg1、Rg2、Rh1等，截止到现在，已经研究发现的人参皂苷已经超过50余种。人们对人参皂苷的药理活性的研究越来越多，包括抗肿瘤作用，提高机体免疫力、抗菌、改善心脑血管供血不足、调节中枢神经系统、抗疲劳、延缓衰老等作用。一些学者对原人参三醇型皂苷Rg3，Rh2以及PPD在心血管、神经方面的作用做了大量研究，结果显示其有良好的调节作用，在抗肿瘤，降血糖和抗疲劳等方面效果更加显著。同时也对原人参三醇型皂苷Rg1和Rh1等的活性也做了大量实验，研究表明其对提高记忆能力，抗肿瘤均有一定的效果。癌症发病率高，致死率高，因此人们更加关注人参皂苷的抗肿瘤活性。
人参皂苷可通过五加科植物人参、西洋参、三七、假人参、姜状三七、竹节参等植物提取获得，然而皂苷的含量却十分低，特别是一些稀有皂苷（Rg3，Rh2，Rg5，PPD，Rh4，PPT），含量微乎其微。不同的皂苷抗肿瘤活性也不同，研究表明：齐墩果酸型＞原人参二醇型皂苷＞原人参三醇型皂苷；苷元＞单糖＞多糖；S型皂苷＞R型皂苷。目前制备稀有皂苷的方法主要有酸降解、碱降解、生物转化法和半合成法等等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用原人参二醇组皂苷大规模转化生产人参皂苷Rk1的方法。具体是以原人参二醇组皂苷为原料，采用相对温和的有机酸，在发酵罐中定向转化大规模生产人参皂苷Rk1。
本发明的实现过程如下：
一种利用原人参二醇组皂苷大规模转化生产人参皂苷Rk1的方法，包括以下步骤：在发酵罐中加入原人参二醇组皂苷和水，并通N2保护，经在线灭菌后加入有机酸和催化量的Keggin结构的杂多酸HxYW12O40·nH2O催化剂，其中Y选自P、Si、Fe或Zn，x为3或4，n为0-30的正整数，在80 ~ 105℃下反应24 ~ 48小时，最终经沉淀、干燥、纯化得到目标产物Rk1。
所述的原人参二醇组皂苷的浓度为50 ~ 300g/L，纯度大于80%，水的添加量不大于发酵罐有效容积的70%。
所述的灭菌温度为121℃，时间20min，且加热前通N2进行保护，N2的流速为发酵罐有效容积量的50%/min~200%/min，时间1min~5min。
所述的有机酸选自为乳酸、苹果酸、柠檬酸、α-酮戊二酸、丁二酸、反丁烯酸、丙酮酸，有机酸的浓度为0.01 ~ 0.1mol/L。
采用工业化色谱柱对目标产物精制纯化。
上述方法制备的人参皂苷Rk1作为原料药制成硬胶囊、软胶囊、片剂、冲剂、滴丸或注射剂。
本发明的积极效果：本发明综合使用有机酸和杂多酸催化剂，催化效果得到大大提升，将水溶性良好的原人参二醇组皂苷定向转化为醇溶性（甲醇溶解）的人参皂苷Rk1，转化率高，收率高，后期精制纯化工艺简单，生产成本低，有利于工业化生产，可显著提高原料药及成品药的市场竞争力。
附图说明
图1为原人参二醇组皂苷转化为人参皂苷Rk1的示意图；
图2为人参皂苷Rk1标准品的液相色谱图；
图3为本发明方法生产的人参皂苷Rk1的液相色谱图。
具体实施方案
下面给出的实施例，是为了便于理解本发明。并不以任何方式限定本发明的权利要求和核心内容。
实施例1
将有效容积为100L的全自动发酵罐中加入65L的去离子水，然后加入3kg纯度为80%的人参皂苷Rb1（杂质为其他类型的人参皂苷及多糖），通N2，通气流量为40L/min，持续5min，然后停止通气开始加热在线灭菌，灭菌条件为121℃，维持20min。降温至110℃以下后，补加浓度为0.01mol/L的无菌柠檬酸溶液4L，50g杂多酸H3PW12O40·29H2O，然后加热发酵罐内液体至110℃并维持48h，同时保持搅拌转速为200rpm，反应结束后将所有液体放出于容器中静置12h，弃上清液，将剩余底部含有沉淀的液体约6L离心弃上清液，收集沉淀物并烘干，得到人参皂苷Rk1粗品约1.68kg。HPLC检测人参皂苷Rk1的纯度为92%。
对比实例：与上述制备方法类似，不同的是仅使用有机酸或杂多酸，人参皂苷Rk1粗品仅能得到不足1.0kg。
实施例2
将有效容积为500L的全自动发酵罐中加入300L的去离子水，然后加入5kg纯度为95%的人参皂苷Ra1（杂质为其他类型的人参皂苷及多糖），通N2，通气流量为200L/min，持续4min，然后停止通气开始在线灭菌，灭菌条件为121℃，维持20min。降温至110℃以下后，补加浓度为0.01mol/L的无菌苹果酸溶液50L，浓度为0.01mol/L的无菌丁二酸溶液10L，10g杂多酸H3PW12O40·6H2O，然后加热发酵罐至120℃并维持24h，同时保持搅拌转速为150rpm，反应结束后将所有液体放出静置于容器中24h，弃上清，底部约有100L固液混合物，再加入100L去离子水洗涤一次，再静置24h后弃上清，将底部混合物搅拌均匀后离心弃上清，收集沉淀物并烘干，得到人参皂苷Rk1粗品约3.1kg，HPLC检测人参皂苷Rk1的纯度为96%。
实施例3
将有效容积为200L的全自动发酵罐中加入120L的去离子水，然后加入8kg纯度为90%的人参皂苷Rd（杂质为其他类型的人参皂苷及多糖），通N2，通气流量为160L/min，持续3min，然后停止通气开始在线灭菌，灭菌条件为121℃，维持20min。降温至110℃以下后，补加浓度为0.2mol/L的无菌苹果酸溶液8L，浓度为0.1mol/L的α-酮戊二酸溶液5L，乳酸225mL，20g杂多酸H3SiW12O40，然后加热发酵罐至105℃并维持36h，同时保持搅拌转速为150rpm，反应结束后将所有液体放出在容器中静置24h，弃上清，将剩余底部含有沉淀的液体约55L，离心弃上清，再加入40L去离子水洗涤一次，再静置24h后弃上清，将底部混合物搅拌均匀后离心弃上清，收集沉淀物并烘干，得到人参皂苷Rk1粗品约5.9kg，HPLC检测人参皂苷Rk1的纯度为95%。
实施例4
将有效容积为200L的全自动发酵罐中加入120L的去离子水，然后加入8kg纯度为90%的人参皂苷Rb2（杂质为其他类型的人参皂苷及多糖），通N2，通气流量为160L/min，持续3min，然后停止通气开始在线灭菌，灭菌条件为121℃，维持20min。降温至110℃以下后，补加浓度为0.1mol/L的α-酮戊二酸溶液7L，乳酸225mL，10g杂多酸H3PW12O40·29H2O，然后加热发酵罐至110℃并维持36h，同时保持搅拌转速为150rpm，反应结束后将所有液体放出在容器中静置24h，弃上清，将剩余底部含有沉淀的液体约55L，离心弃上清，再加入40L去离子水洗涤一次，再静置24h后弃上清，将底部混合物搅拌均匀后离心弃上清，收集沉淀物并烘干，得到人参皂苷Rk1粗品约5.04kg，HPLC检测人参皂苷Rk3的纯度为94%。
实施例5
将有效容积为200L的全自动发酵罐中加入100L的去离子水，然后加入1kg纯度为90%的人参皂苷Rg3（杂质为其他类型的人参皂苷及多糖），通N2，通气流量为160L/min，持续3min，然后停止通气开始在线灭菌，灭菌条件为121℃，维持20min。降温至110℃以下后，补加浓度为0.1mol/L的α-酮戊二酸溶液1L，10g杂多酸H3SiW12O40，然后加热发酵罐至110℃并维持12h，同时保持搅拌转速为150rpm，反应结束后将所有液体放出在容器中静置24h，弃上清，将剩余底部含有沉淀的液体约30L，离心弃上清，再加入30L去离子水洗涤一次，再静置24h后弃上清，将底部混合物搅拌均匀后离心弃上清，收集沉淀物并烘干，得到人参皂苷Rk1粗品约0.91kg，HPLC检测人参皂苷Rk3的纯度为96%。

Claims (5)

1.一种利用原人参二醇组皂苷大规模转化生产人参皂苷Rk1的方法，其特征在于：在发酵罐中加入原人参二醇组皂苷和水，并通N2保护，经在线灭菌后加入有机酸和催化量的Keggin结构的杂多酸HxYW12O40·nH2O催化剂，其中Y选自P、Si、Fe或Zn，x为3或4，n为0-30的正整数，在80 ~ 105℃下反应24 ~ 48小时，最终经沉淀、干燥、纯化得到目标产物Rk1；
所述的有机酸选自为乳酸、苹果酸、柠檬酸、α-酮戊二酸、丁二酸、反丁烯酸、丙酮酸，有机酸的浓度为0.01 ~ 0.1mol/L。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的原人参二醇组皂苷的浓度为50 ~300g/L，纯度大于80%，水的添加量不大于发酵罐有效容积的70%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的灭菌温度为121℃，时间20min，且加热前通N2进行保护。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：N2的流速为发酵罐有效容积量的50%/min~200%/min，时间1min~5min。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于：采用工业化色谱柱对目标产物精制纯化。
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