CN109182440B - 微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用微生物转化制备11α‑OH‑18‑methyl‑nandrolone的方法,其特征在于,以18‑methyl‑nandrolone为原料,经过绿僵菌(Metarhizium anisopliae)静息细胞转化,提取得到11α‑OH–18–methyl‑nandrolone。通过该方法制备得到11α‑OH‑18‑methyl‑nandrolone,提纯后的精品相对底物重量收率为70%~80%,11α‑OH‑18‑methyl‑nandrolone精品为白色晶体,经过HPLC分析,归一含量>97%,外标含量>95%。
Description
技术领域
本发明涉及微生物学技术领域,特别是涉及一种利用微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法。
背景技术
地索高诺酮作为新一代强效孕激素,对孕激素受体有较强亲和力和可靠的抑制排卵作用,而对雄激素受体亲和力低,只有轻微的雄激素和蛋白质同化代谢活性,且对脂代谢无不良影响,被国内外普遍认为是一种优于现代广泛使用的炔诺酮和18甲基炔诺酮的新型避孕药物。11α-OH-18-methyl-nandrolone是合成地索高诺酮关键中间体,目前,工业上主要采用化学方法合成11α-OH-18-methyl-nandrolone,其步骤繁锁,成本较高。
从1952年首次将微生物应用到甾体转化中开始,微生物用于甾体的生产受到广泛关注,被认为是引入功能基团到甾体分子上的一种重要工具。相较甾体的化学合成方法,采用微生物转化方法反应条件温和,产物比较单一,具有很高的立体选择性和化学选择性,对于工业生产来说不仅经济而且效率高。
然而,微生物转化虽然克服了化学合成法中的大部分问题,但仍然存在一些弊端:如底物专一性不高,体积/时间效力较低;生产力达不到要求,产物提取困难,纯化比较繁琐(主要由于转化不完全,产物以底物-目的产物的混合结晶析出或含有副产物),产物纯度等级不够等。到目前为止,虽然发现了一些有潜在应用价值的霉菌,但大多数菌对转化条件及操作要求较高,且副产物种类较多,真正能用于工业生产的不多。目前还没有适合工业生产11α-OH-18-methyl-nandrolone的微生物转化方法。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种适合工业生产,微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法。
一种微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,其特征在于,包括如下步骤:
以18-methyl-nandrolone为原料,经过绿僵菌(Metarhizium anisopliae)静息细胞转化得转化液;
将所述转化液分离提取得到11α-OH–18–methyl-nandrolone。
微生物转化过程表示如下:
在其中一个实施例中,所述绿僵菌静息细胞转化过程所使用的转化体系为磷酸缓冲体系,所述磷酸缓冲体系为每升磷酸缓冲液中含有2.0g~10.0g的18-methyl-nandrolone、40.0g~100.0g绿僵菌菌丝体、0.1g~0.5g吐温80和0.1g~0.5g消泡剂;磷酸缓冲体系的pH=3.8~5.5。
进一步的,所述18-methyl-nandrolone是经过微粒化处理的,颗粒大小为100~200目。将底物磨成细粉状可以促进底物的溶解,增加与菌体的接触面积,提高转化效率。
在其中一个实施例中,所述绿僵菌静息细胞转化的参数为:温度25℃~32℃,搅拌转速100rpm/min~200rpm/min,空气流量0.3vvm~0.7vvm,罐压0.02MPa~0.06MPa。
在其中一个实施例中,所述绿僵菌菌丝体由如下方法制备而得:将绿僵菌菌种接种到液体培养基中,培养结束后,将培养液与菌丝体过滤分离得到绿僵菌菌丝体。
进一步的,所述绿僵菌菌丝体是采用离心过滤或板框过滤分离得到的有活性的湿菌体。
在其中一个实施例中,所述绿僵菌经过常规斜面培养和种子培养,得到转化用菌。
在其中一个实施例中,所述种子培养的液体培养基中包含10g/L~20g/L的玉米浆和10g/L~40g/L的葡萄糖,培养基的pH=3.8~5.5。
在其中一个实施例中,所述绿僵菌菌种的培养条件为:温度26℃~30℃,转速120rpm/min~180rpm/min;培养时间30~48小时。
本发明采用有活性的绿僵菌静息细胞,在一定的转化条件下,于磷酸缓冲液中进行转化,相对于传统的生物转化体系,转化后的体系比较干净,蛋白质、色素等非甾体杂质较少,利于后续提取处理。
在其中一个实施例中,所述提取的方法具体包括以下步骤:
将经绿僵菌静息细胞转化后的转化液过滤分离,得转化滤液;
所述转化滤液经大孔树脂吸附、有机溶剂洗脱,得洗脱液;
将所述洗脱液浓缩、干燥,水洗、过滤,保留滤渣,得到11α-OH-18-methyl-nandrolone粗品;
将所述11α-OH-18-methyl-nandrolone粗品烘干后,完全溶解于乙醇中,加入活性炭脱色,过滤,得到11α-OH-18-methyl-nandrolone乙醇溶液;
将所述11α-OH-18-methyl-nandrolone乙醇溶液浓缩、冷冻析晶,过滤,收集滤饼,并于40~70℃条件下烘干,得到11α-OH-18-methyl-nandrolone精品。
通过本发明方法制备得到11α-OH-18-methyl-nandrolone,提纯后的精品相对底物重量收率为70%~80%,11α-OH-18-methyl-nandrolone精品为白色晶体,经过HPLC分析,归一含量>97%,外标含量>95%。
在其中一个实施例中,所述用来洗脱的有机溶剂为甲醇溶液。
在其中一个实施例中,所述脱色用的活性炭加入量为所述原料18-methyl-nandrolone投料量的0.05倍~0.1倍。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将结合实施例对本发明进行更全面的描述。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
一种微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,包括如下步骤:
以18-methyl-nandrolone为原料,经过绿僵菌静息细胞转化得转化液;
将所述转化液分离提取得到11α-OH–18–methyl-nandrolone。
微生物转化过程表示如下,具体步骤包括菌体培养、菌体分离、投料转化、
提取的过程。
1菌体培养
本实施例的绿僵菌(Metarhizium anisopliae)通过常规的斜面培养和种子培养,得到转化用菌--绿僵菌菌丝体。
1.1斜面培养
斜面培养基:土豆浸取液1L,葡萄糖20g,琼脂15g,pH自然。
培养条件:挑取绿僵菌菌种一环接种于新鲜斜面培养基上,于26~29℃条件下培养6~7天;培养结束后可置于4℃条件下保存。
1.2种子培养
用无菌水将1.1斜面培养的孢子洗下,制成2~9×108个/ml的孢子悬液。
一级种子培养:
液体培养基:玉米浆10g/L~20g/L,葡萄糖10g/L~40g/L,pH=3.8~5.5。
将上述孢子悬按5%~10%(v/v)的接种量接种于液体培养基中进行摇床培养;培养条件:26~30℃,转速120~180rpm/min,培养时间30~48小时。
二级种子培养:
液体培养基:玉米浆10g/L~20g/L,葡萄糖10g/L~40g/L,pH=3.8~5.5。
将上述一级种子培养得到的菌液按10%~20%(v/v)的接种量接种于液体培养基中进行培养,培养条件:26~30℃,转速120~180rpm/min,培养时间30~48小时。
2菌体分离
将经过1培养得到的菌液通过离心或板框压滤,弃滤液,菌丝体用PH=3.8~5.5的磷酸缓冲液多次淋洗;菌体离心甩至无明水,得到有活性的绿僵菌湿菌体,称重。湿菌体可投入到PH=3.8~5.5的磷酸缓冲液中暂存。
3投料转化
3.1PBS缓冲液
转化液可以仅为水或磷酸盐缓冲液;磷酸盐缓冲液可以是由磷酸二氢钾或磷酸二氢钠等配制而成的缓冲液。本实施例优选磷酸二氢钾。
磷酸盐缓冲液(PBS):配制方法为,按2~4g/L比例称取磷酸二氢钾,溶解于水中,调PH至3.8~5.5。
3.2底物预处理
18-甲诺龙(18-methyl-nandrolone)粉碎至100~200目。
3.3投料表
按照下表各组分的比例往发酵罐进行投料。
名称 | 投料比 | 备注 |
PBS缓冲液 | 1L | |
18-methyl-nandrolone | 2.0g~10.0g | |
绿僵菌菌丝体 | 40.0g~100.0g | 湿菌体,有活性 |
吐温80 | 0.1g~0.5g | |
消泡剂 | 0.1g~0.5g |
其中,消泡剂可选自泡敌或聚醚型消泡剂如PPE。
3.4转化参数
温度25~32℃,搅拌转速100~200rpm/min,空气流量0.3~0.7VVM,罐压0.02~0.06MPa。
4提取
将经过3转化完毕后得到的发酵液过滤,滤饼用甲醇提取过滤2~4次,每次用甲醇的用量为滤饼体积的4~8倍,收集滤液和甲醇提取液,得转化滤液。
将转化滤液用大孔树脂吸附,再用甲醇完全洗脱,收集合并甲醇洗脱液,得洗脱液。
将洗脱液浓缩、干燥,加入干燥后所得物质3~6倍体积的水,升温至50~60℃,搅拌2小时,降温至10~20℃,过滤,得到11α-OH-18-methyl-nandrolone粗品。
将粗品烘干,加入相当于4~6倍粗品体积量的乙醇,升温至50℃溶清,再加入0.05W~0.1W活性炭,脱色2小时,过滤,滤渣用乙醇淋洗,收集滤液得到11α-OH-18-methyl-nandrolone乙醇溶液。
将11α-OH-18-methyl-nandrolone乙醇溶液减压浓缩至原11α-OH-18-methyl-nandrolone乙醇溶液体积的1/3~1/5,再于-10℃~-20℃冷冻析晶,过滤,收集滤饼,并于40~70℃烘干,即得11α-OH-18-methyl-nandrolone精品。
本实施例制备得到11α-OH-18-methyl-nandrolone,提纯后的精品相对底物重量收率为70%~80%,11α-OH-18-methyl-nandrolone精品为白色晶体,经过HPLC分析,归一含量>97%,外标含量>95%。
以下是具体实施方式
实施例1菌种筛选
1.试验菌种
黑根霉(Rhizopus nigericans)、赭曲霉(Aspergillus ochraceus)、绿僵菌(Metarhizium anisopliae)。
2微生物转化培养基
绿僵菌
斜面培养基:土豆浸取液1L,葡萄糖20g,琼脂15g,pH自然。
转化培养基:玉米浆10g/L~20g/L,葡萄糖10g/L~40g/L,pH=5.5。
黑根霉
斜面培养基:土豆浸取液1L,葡萄糖20g,琼脂15g,pH自然。
转化培养基:玉米浆10g/L~20g/L,葡萄糖10g/L~40g/L,pH=5.5。
赭曲霉
斜面培养基:土豆浸取液1L,葡萄糖20g,琼脂15g,pH自然。
转化培养基:玉米浆10g/L~20g/L,葡萄糖10g/L~40g/L,pH=5.5。
3试验方法
3.1孢子悬浮液的制备
分别挑取各种菌一环接种于新鲜斜面培养基上,28℃~30℃培养4~6天,待长出孢子后,用无菌水洗下孢子,无菌纱布过滤除去菌丝体,制备成孢子悬液,备用。
3.2菌体培养与甾体转化
取一定量孢子悬液接种于转化培养基中,转速180rpm/min,摇床培养24~30h,加入预处理好的底物--18-methyl-nandrolone,继续培养30~48h菌体转化底物。
取样进行发酵液HPLC分析,结果见下表。
表不同菌种对18-methyl-nandrolone转化的结果
序号 | 菌种 | 目标产物 | 主要副产物总量 | 主要副产物数目 |
1 | 绿僵菌 | 75%~85% | 10%~16% | 3种 |
2 | 黑根霉 | 无 | 无 | 无 |
3 | 赭曲霉 | 无 | 2.13% | 2种 |
我们通过大量试验研究,发现绿僵菌静息细胞可以较好的转化18-methyl-nandrolone,实现18-methyl-nandrolone的C11α羟基化,且所得产物中的副产物较少。
实施例2
参照上述1菌体培养的方法,于10升种子发酵罐内,装入6升上述液体培养基,接种600ml经过上述一级种子培养所得的绿僵菌菌液,开始培养菌体。菌体培养条件:30℃,转速180rpm/min;培养时间30小时。菌体培养结束后,抽滤,抽滤至无明水,分离得到绿僵菌菌丝体,得到有活性的绿僵菌湿菌体。
准确称取240克绿僵菌湿菌体,投入到6升磷酸缓冲液中,搅拌分散均匀后,依次投入12克18-methyl-nandrolone,1.8克吐温80,3克PPE;转化条件:温度30±1℃,搅拌速度200rpm/min,空气流量0.2Nm3/h,罐压0.05MPa。转化24小时,转化液样品送液相检测,底物归一含量8.17%,目标产物11α-OH-18-methyl-nandrolone的含量为80.25%。
将得到的转化液过滤,固液分离,滤饼用甲醇提取3次,每次甲醇的使用量48毫升,收集滤液和甲醇提取液,得转化滤液。
转化滤液用大孔吸附树脂吸附,再用甲醇完全洗脱解吸附,收集甲醇洗脱液。
将甲醇洗脱液合并,浓缩、干燥,加入36毫升水,升温至60℃,搅拌2小时,降温至20℃,过滤,收集得到11克类白色固体。
将11克类白色固体烘干,投入到48毫升乙醇中,升温至50℃溶清,再加入0.6克活性炭,脱色2小时,过滤,且滤渣用6毫升乙醇淋洗;将所得滤液减压浓缩至12~18毫升,于-10℃冷冻重结晶,过滤,于60℃烘干,得8.6克白色晶体,归一含量98.1%,外标含量95.4%(HPLC归一法)。
实施例3
按照实施例2所叙述的方法培养菌丝体,菌体培养结束,过滤,分离菌丝体,准确称取480克绿僵菌湿菌体,投入到6升磷酸缓冲液中,搅拌分散均匀后,依次投入24克18-methyl-nandrolone,1.8克吐温80,3克PPE;转化条件:温度30±1℃,搅拌速度200rpm/min,空气流量0.2Nm3/h,罐压0.05MPa。转化36小时,样品送液相检测,底物归一含量为8.6%,目标产物11α-OH-18-methyl-nandrolone的含量为79.2%。
得到的转化液过滤,固液分离,滤饼用甲醇提取3次,每次使用96毫升甲醇,收集滤液和甲醇提取液,得转化滤液。
转化滤液用大孔吸附树脂吸附,再用甲醇完全洗脱解吸附,收集甲醇洗脱液。
合并所有甲醇洗脱液,减压浓缩干,加入72毫升水,升温至60℃,搅拌2小时,降温至20℃,过滤,收集到23克类白色固体。
将23克类白色固体烘干,投入到96毫升乙醇中,升温至50℃溶清,加入1.2克活性炭脱色2小时,过滤,滤渣用12毫升乙醇淋洗;将所得滤液减压浓缩至24~36毫升,于-10℃冷冻重结晶,过滤,所得滤饼于60℃烘干,得17.5克白色晶体,归一含量98.3%,外标含量96.5%(HPLC归一法)。
实施例4
按照实施例2所叙述的方法培养菌丝体,菌体培养结束,过滤,分离菌丝体,准确称取48公斤菌丝体,投入到600升磷酸缓冲液中,搅拌分散均匀后,依次投入2.4公斤18-methyl-nandrolone,0.18公斤吐温80,0.3公斤PPE,转化条件:30±1℃,搅拌转速150rpm/min,空气流量20Nm3/h,罐压0.05MPa。转化32小时,转化液样品送液相检测,底物归一含量为7.3%,目标产物11α-OH-18-methyl-nandrolone的含量为81.2%。
得到的转化液过滤,固液分离,滤饼甲醇提取3次,每次使用9.6升甲醇,收集滤液和甲醇提取液,得转化滤液。
转化滤液用大孔树脂吸附,再用甲醇完全洗脱解吸附,收集甲醇洗脱液。
合并所有甲醇洗脱液,浓缩干,加入7.2升水,升温至60℃,搅拌2小时,降温至10℃,过滤,60℃烘干,收2.3公斤类白色固体11α-OH-18–methyl–nandrolone粗品。
将11α-OH-18–methyl–nandrolone粗品使用乙醇升温至50℃溶清,加入活性炭120克,过滤,滤饼用1.2升乙醇淋洗,所得滤液减压浓缩至2.4~3.6升,于-10℃冷冻重结晶,离心过滤,所得滤饼于60℃烘干,得1.8公斤白色晶体,归一含量97.9%,外标含量95.3%(HPLC归一法)。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,其特征在于,包括如下步骤:
以18-methyl-nandrolone为原料,经过绿僵菌静息细胞转化得转化液;
将所述转化液分离提取得到11α-OH–18–methyl–nandrolone;
其中,所述绿僵菌静息细胞转化过程所使用的转化体系为磷酸缓冲体系,所述磷酸缓冲体系的pH 值为3.8 ~ 5.5,所述磷酸缓冲体系中的每升磷酸缓冲液中含有2.0 g ~ 10.0g的18-methyl-nandrolone、40.0 g ~ 100.0 g绿僵菌菌丝体、0.1 g ~ 0.5 g吐温80和0.1g ~ 0.5g消泡剂;
所述绿僵菌静息细胞转化的参数为:温度25 ℃ ~ 32 ℃,搅拌转速100 rpm ~ 200rpm,空气流量0.3 vvm ~ 0.7 vvm,罐压0.02 MPa ~ 0.06 MPa;
所述绿僵菌菌丝体由如下方法制备而得:将绿僵菌菌种接种到液体培养基中,培养结束后,将培养液与菌丝体过滤分离得绿僵菌菌丝体;所述液体培养基中包含10 g/L ~ 20g/L的玉米浆和10 g/L ~ 40 g/L的葡萄糖,培养基的pH = 3.8 ~ 5.5;所述绿僵菌菌种的培养条件为:温度26 ℃ ~ 30 ℃,转速120 rpm ~ 180rpm;培养时间30 ~ 48小时。
2.根据权利要求1所述的微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,其特征在于,所述18-methyl-nandrolone的颗粒大小为100~200目。
3.根据权利要求1所述的微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,其特征在于,所述转化液分离提取的方法包括以下步骤:
将所述转化液过滤分离,得转化滤液;
所述转化滤液经大孔树脂吸附、有机溶剂洗脱,得洗脱液;
将所述洗脱液浓缩、干燥,水洗、过滤,保留滤渣,得到11α-OH-18-methyl-nandrolone粗品;
将所述11α-OH-18-methyl-nandrolone粗品烘干后,完全溶解于乙醇中,加入活性炭脱色,过滤,得到11α-OH-18-methyl-nandrolone乙醇溶液;
将所述11α-OH-18-methyl-nandrolone乙醇溶液浓缩、冷冻析晶,过滤,收集滤饼,并于40~70℃条件下烘干,得到11α-OH-18-methyl-nandrolone精品。
4.根据权利要求3所述的微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,其特征在于,所述有机溶剂为甲醇。
5.根据权利要求3所述的微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,其特征在于,所述活性炭的加入量为所述原料18-methyl-nandrolone投料量的0.05倍~0.1倍。
6.根据权利要求3所述的微生物转化制备11α-OH-18-methyl-nandrolone的方法,其特征在于,所述冷冻析晶的温度为-10℃ ~ - 20℃。
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