CN106282280A - 一种谷胱甘肽提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谷胱甘肽提取方法。先按照现有公知的合成方法，以L‑谷氨酸、L‑半胱氨酸及甘氨酸为底物，加入水、三磷酸腺苷、Y‑‑谷氨酸半胱氨酸合成酶GSHⅠ进行催化,再加入谷胱甘肽合成酶GSH Ⅱ进行催化，经两步反应得到谷胱甘肽和两种酶的混合溶液，分离后得到低浓度谷胱甘肽水溶液和两种酶，酶返回系统再利用；将得到的低浓度的谷胱甘肽水溶液进行低压反渗透浓缩、高压反渗透浓缩后，加入无水乙醇进行醇析结晶，最终得到谷胱甘肽产品，乙醇溶液回收后回用。本发明可得到高浓度的谷胱甘肽溶液，醇析结晶时无水乙醇的用量降低，能耗降低，生产成本降低，收率及产能提高，生产过程无废水、废气产生水，是一种环境友好的绿色高效生产工艺。
Description
技术领域
本发明涉及一种三肽化合物的提取方法，特别是一种谷胱甘肽的提取方法,属于有机化合物生产技术领域。
背景技术
谷胱甘肽(glutathione,r-glutamylcysteingl+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。分子式：C10H17N3O6S，分子量307，晶体呈无色透明细长粒状。谷胱甘肽几乎存在于身体的每一个细胞，在人体内的生化防御体系起重要作用，主要生理作用是能够清除掉人体内的自由基，作为体内一种重要的抗氧化剂，保护许多蛋白质和酶等分子中的巯基，有利于酶活性的发挥，并能恢复已被破坏的酶分子中-SH基的活性功能；谷胱甘肽具有广谱解毒作用，具有保肝护肝的功能，不仅可用于药物，更可作为功能性食品的基料，在延缓衰老、增强免疫力、抗肿瘤等功能性食品广泛应用。主要存在于面包酵母、小麦胚芽、动物肝脏、人体血液、鸡血、西红柿、菠萝、黄瓜等中。谷胱甘肽的生产方法有溶剂萃取法、化学合成法、生物发酵法和酶法。早期谷胱甘肽生产大多采用溶剂萃取法和化学合成法，目前主要以生物发酵法（尤其是酵母发酵法）生产制取。化学合成法和酵母发酵法生产谷胱甘肽已工业化，酶法生产也已经逐步实现产业化。溶剂萃取法主要以GSH的动植物和酵母为原料，通过添加适当溶剂或结合定粉酶、蛋白酶处理，再经分离和精制而成。萃取法生产谷胱甘肽中所用的酵母一般都未经选育和遗传特性上的改造，谷胱甘肽含量很低，仅为0.5-1.0%（干重），且生产步骤复杂，收率低，纯度低。已被化学合成法和生物发酵法取代。化学合成法是以谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸为原料来生产的，工艺比较成熟，但由于存在生产成本高，反应步骤繁多，反应时间长，操作复杂、产生的消旋体需要光学拆分、分离困难，产品纯度低，且存在环境污染问题。发酵法是目前生产GSH的主要方法，是将酵母诱变为高产酵母后进行发酵，再进行提取、分离、置换、脱色等过程制得成品，虽然发酵法生产谷胱甘肽已经工业化，但还有许多理论和技术上待攻克的课题，如：高产菌种的选育及培养条件的优化，发酵生产条件对GSH生产的影响极其发酵动力学数学模型的建立，GSH产物如何最大限度地从胞内提取出来和分离纯化技术的研究等。酶法合成谷胱甘肽是以L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸为底物，首先在谷氨酸的Y-羟基与半胱氨酸的氨基形成肽键，此反应由Y--谷氨酸半胱氨酸合成酶(GSH Ⅰ)催化，然后在Y--谷氨酸半胱氨酸的半胱氨酸端的羧基与甘氨酸的氨基之间形成肽键，由此得到谷胱甘肽，此反应由谷胱甘肽合成酶（GSH Ⅱ）催化，两步反应都需要添加三磷酸腺苷（ATP）提供能量方可合成谷胱甘肽。此法可得到4.4g/L的GSH，实现了GSH的高产量合成。酶法具有生产工艺过程简单，成本低、环境友好等优点，但在目前生产过程中，L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸进行酶催化后得到1.5～5%的谷胱甘肽水溶液，将谷胱甘肽水溶液进行浓缩得到13～15%的溶液，再加入无水乙醇进行醇析结晶，离心后得到产品。由于浓缩时的浓缩倍数低，谷胱甘肽水溶液的浓度低，加入的无水乙醇量大，成本高，回收乙醇时能耗高，仅醇析结晶步骤的运行成本占整个工艺步骤的20%以上，为了降低生产成本，将低能耗，有必要对谷胱甘肽的提取工艺进行改进。
发明内容
本发明的目的是提供一种谷胱甘肽提取方法，以解决谷胱甘肽生产过程中成本高、能耗高的问题。
本发明是对现有酶法合成谷胱甘肽方法的改进，采取的技术方案是这样的。一种谷胱甘肽提取方法，包括以下步骤：
（1）酶催化及分离
先按照现有公知的合成方法，以L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸为底物，加入水、三磷酸腺苷，加入Y--谷氨酸半胱氨酸合成酶GSHⅠ进行催化,再加入谷胱甘肽合成酶GSH Ⅱ进行催化，经两步反应得到谷胱甘肽和两种酶的混合溶液，分离后得到质量浓度为1.5%～5%的谷胱甘肽水溶液和两种酶，酶返回系统再利用；
（2）低压反渗透浓缩
将步骤（1）得到的质量浓度为1.5%～5%的谷胱甘肽水溶液送入低压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为1.5～2.0MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为13%～15%的谷胱甘肽水溶液；
（3）高压反渗透浓缩
将步骤（2）得到的质量浓度为13%～15%的谷胱甘肽水溶液送入高压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为4.0～5.0 MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为25%～50%的谷胱甘肽水溶液；
（4）醇析结晶
向步骤（3）得到的质量浓度为25%～50%的谷胱甘肽水溶液中加入无水乙醇进行醇析结晶，将结晶液进行离心分离得到谷胱甘肽产品和乙醇溶液；
（5）醇回收
将步骤（4）得到的乙醇溶液进行精馏或精馏加渗透汽化得到无水乙醇，回用到步骤（4）中。
本发明的步骤（1），酶催化及分离是公知的方法。其中所用到的原料也是公知的，市场可以购买到。
本发明取得的有益效果如下：
本发明的创新点在于对得到的质量浓度为13%～15%的谷胱甘肽水溶液采用高压反渗透系统进行再次浓缩，经过这样的改进，所得到质量浓度为25%～50%的谷胱甘肽水溶液，溶液质量减少，加入的无水乙醇量降低，比不加高压反渗透系统浓缩少用 50%～70%的无水乙醇，生产成本降低，由于结晶液减少，结晶过程的损失减少，从而使产品收率提高；相应的醇回收时比传统工艺能耗降低50%～70%；相同的配置下，产能提高。与化学合成法和生物发酵法相比，本发明工艺流程短，产品收率高，纯度高，无废水产生，是一种环境友好的绿色高效生产及提取工艺。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1 一种谷胱甘肽提取方法，其步骤如下：
（1）酶催化及分离
按照现有公知的合成方法，以L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸为底物，加入水、三磷酸腺苷，加入Y--谷氨酸半胱氨酸合成酶GSHⅠ进行催化,再加入谷胱甘肽合成酶GSH Ⅱ进行催化，经两步反应得到谷胱甘肽和两种酶的混合溶液，分离后得到质量浓度为1.5%～5%的谷胱甘肽水溶液和两种酶，酶返回系统再利用；
（2）低压反渗透浓缩
将步骤（1）得到的质量浓度为2%的谷胱甘肽水溶液送入低压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为1.5～2.0MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为13%的谷胱甘肽水溶液；
（3）高压反渗透浓缩
将步骤（2）得到的质量浓度为13%的谷胱甘肽水溶液送入高压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为4.0～5.0 MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为30%的谷胱甘肽水溶液；
（4）醇析结晶
向步骤（3）得到的质量浓度为30%的谷胱甘肽水溶液中加入无水乙醇进行醇析结晶，将结晶液进行离心分离得到谷胱甘肽产品和乙醇溶液；
（5）醇回收
将步骤（4）得到的乙醇溶液进行精馏或精馏加渗透汽化得到无水乙醇，回用到步骤（4）中。
实施例2 一种谷胱甘肽提取方法，其步骤如下：
（1）酶催化及分离
按照现有公知的合成方法，以L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸为底物，加入水、三磷酸腺苷，加入Y--谷氨酸半胱氨酸合成酶GSHⅠ进行催化,再加入谷胱甘肽合成酶GSH Ⅱ进行催化，经两步反应得到谷胱甘肽和两种酶的混合溶液，分离后得到质量浓度为1.5%～5%的谷胱甘肽水溶液和两种酶，酶返回系统再利用；
（2）低压反渗透浓缩
将步骤（1）得到的质量浓度为4%的谷胱甘肽水溶液送入低压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为1.5～2.0MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为15%的谷胱甘肽水溶液；
（3）高压反渗透浓缩
将步骤（2）得到的质量浓度为15%的谷胱甘肽水溶液送入高压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为4.0～5.0 MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为40%的谷胱甘肽水溶液；
（4）醇析结晶
向步骤（3）得到的质量浓度为40%的谷胱甘肽水溶液中加入无水乙醇进行醇析结晶，将结晶液进行离心分离得到谷胱甘肽产品和乙醇溶液；
（5）醇回收
将步骤（4）得到的乙醇溶液进行精馏或精馏加渗透汽化得到无水乙醇，回用到步骤（4）中。
Claims (1)
1.一种谷胱甘肽提取方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）酶催化及分离
以L-谷氨酸、L-半胱氨酸及甘氨酸为底物，加入水、三磷酸腺苷，加入Y--谷氨酸半胱氨酸合成酶GSHⅠ进行催化,再加入谷胱甘肽合成酶GSH Ⅱ进行催化，经两步反应得到谷胱甘肽和两种酶的混合溶液，分离后得到质量浓度为1.5%～5%的谷胱甘肽水溶液和两种酶，酶返回系统再利用；
（2）低压反渗透浓缩
将步骤（1）得到的质量浓度为1.5%～5%的谷胱甘肽水溶液送入低压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为1.5～2.0MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为13%～15%的谷胱甘肽水溶液；
（3）高压反渗透浓缩
将步骤（2）得到的质量浓度为13%～15%的谷胱甘肽水溶液送入高压反渗透系统，控制该系统的温度为10～30℃，压力为4.0～5.0 MPa，渗透侧得到的水回用到步骤（1）中，浓液侧得到质量浓度为25%～50%的谷胱甘肽水溶液；
（4）醇析结晶
向步骤（3）得到的质量浓度为25%～50%的谷胱甘肽水溶液中加入无水乙醇进行醇析结晶，将结晶液进行离心分离得到谷胱甘肽产品和乙醇溶液；
（5）醇回收
将步骤（4）得到的乙醇溶液进行精馏或精馏加渗透汽化得到无水乙醇，回用到系统中。
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