CN110643584A - 一种熊去氧胆酸的催化合成化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及熊去氧胆酸的的合成方法,具体涉及一种熊去氧胆酸的催化合成化方法。本发明利用7‑KLCA在碱性条件下的高溶解性,在7‑β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶的反应体系中,7‑KLCA以碱性溶液的形式滴加到反应体系中,在酶催化作用下迅速转化成熊去氧胆酸。本发明提供的方法不仅彻底解决了7‑KLCA在反应条件下溶解度低,二次平衡溶解速度慢的问题,使反应效率得到大幅度提高,而且使反应废弃物的产生量减少到最低。本发明提供的催化反应体系是在水相条件下完成,杜绝了溶媒的使用,减少了对环境的污染,反应用时短,底物投料浓度高,产品质量好。
Description
技术领域
本发明涉及熊去氧胆酸的的合成方法,特别涉及一种熊去氧胆酸的催化合成化方法。
背景技术
熊去氧胆酸(3α,7β-二羟基-5β-胆甾烷24-酸,UDCA )是名贵中药熊胆的主要有效成分,近几十年的基础和临床研究表明,熊去氧胆酸对治疗各种胆石疾病¸各种急性慢性肝病具有良好的效果,近年来市场需求量持续升高。前期熊去氧胆酸的来源是采用活熊取胆汁的方式,但来源有限且有违动物保护,目前主要生产来源是利用鹅去氧胆酸为原料,通过7位羟基的氧化和不对称还原生产熊去氧胆酸。
鹅去氧胆酸7位羟基的氧化产物为7-酮基石胆酸(3α-羟基-7-羰基-5β-胆烷酸,7-KLCA),氧化方法有化学法和酶催化法;7-KLCA生产UDCA的方法也分为化学加氢还原和酶法加氢还原,化学法加氢还原需要高压反应,具有一定的危险性,而酶法加氢还原具有环境友好的特点,目前生产上酶催化反应体系的7-KLCA投料浓度达到了40-70g/L,生产成本上已不存在任何障碍,因此化学法还原正逐步被酶法还原所替代。
催化7-KLCA合成UDCA的酶是采用基因工程手段获得的7-β脱羟基酶复合辅酶再生系统,其最适PH范围是PH6.6-7.2,但在此PH条件下7-KLCA在水中的溶解度低于1%,7-KLCA在中性PH附近的低水溶性成为提高反应速度¸增加投料浓度¸降低生产成本的技术瓶颈。目前生产上采取的技术手段是向水相反应体系中添加10%-20%的乙酸乙酯,丁醇等有机溶媒,进行三相催化反应,通过有机溶媒的媒介作用加快固体7-KLCA向溶解状态的转化速度,进而达到提高反应效率,降低生产成本的目的。反应体系中添加有机溶媒,不仅对环境带来了一定的不利影响,而且也对之后的UDCA产品提取带来了难度;目前,利用7-KLCA酶催化合成UDCA的技术中,提供了不添加任何有机溶媒,直接投入较高浓度7-KLCA进行反应的方法,这些类型的反应体系中,7-KLCA是以少部分溶解和大部分呈固态这两种形式存在的,溶解状态的7-KLCA转化为UDCA后,体系中溶解的7-KLCA浓度减少,固体7-KLCA逐渐溶解并参与反应,随着反应的进行,体系中过饱和的UDCA逐渐结晶析出大量微粒,使料液变得粘稠,不仅严重影响了7-KLCA的溶解速度,而且部分7-KLCA固体被UDCA微粒包裹覆盖,因此这种类型的催化方式无一例外地存在着反应周期长,转化率低,产品质量差的严重缺陷。
发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足,提供了一种熊去氧胆酸的催化合成化方法。
本发明是通过如下技术方案实现的:一种熊去氧胆酸的催化合成化方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶基因重组于工程大肠杆菌内,培养,离心收集大肠杆菌;
(2)将步骤(1)得到的大肠杆菌重悬于磷酸盐缓冲液中,均质破碎,离心收集上清液,即得7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液;
(3)将固体7-KLCA加入到4-12质量份数的去离子水中,搅拌状态下逐渐滴加无机碱至溶液全部溶清,得到7-KLCA溶液;
(4)向步骤(2)得到的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液中加入葡萄糖,搅拌均匀,然后在搅拌条件下快速滴加步骤(3)得到的7-KLCA溶液,用调节剂调节反应液PH在6.8-7.2,所述调节剂为无机酸和7-KLCA溶液中一种;
(5)继续向步骤(4)得到的溶液中滴加7-KLCA溶液,控制反应液PH在6.8-7.2,直到7-KLCA的消耗量达到酶液质量份数的1/50-1/9,停止滴加7-KLCA溶液;
(6)用无机碱调节反应液PH在6.8-7.2,0.5-2h后结束反应,即得到UDCA反应液;
(7)将步骤(6)得到的UDCA反应液进行提取,即得UDCA产品。
进一步地,所述步骤(2)中均质破碎压力为50MPa,破碎2次。
进一步地,所述步骤(3)和步骤(6)中的无机碱为氢氧化钾,氢氧化钠,氨水中的任意一种。
进一步地,所述步骤(3)中去离子水的质量份数为5-6份。
进一步地,所述步骤(3)得到的7-KLCA溶液PH在12.5-12.9。.
进一步地,所述步骤(4)中葡萄糖和7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶的摩尔比大于1:1。
进一步地,所述步骤(4)中快速添加7-KLCA溶液的时间为1-10min,7-KLCA的添加量占7-KLCA总投料量的1/6-1/2。
进一步地,所述步骤(4)中快速添加7-KLCA溶液的时间为2-5min,7-KLCA的添加量占7-KLCA总投料量的1/4-1/3。
进一步地,所述步骤(4)的无机酸为盐酸、硫酸的一种。
进一步地,所述步骤(5)中7-KLCA的消耗量达到酶液质量份数的1/24-1/11。
与现有技术相比,本发明的有益之处为:
1、本发明将7-KLCA底物以溶液的方式逐渐滴加到反应体系中,使7-KLCA进入反应体系后即迅速被催化合成UDCA,彻底解决了7-KLCA在反应条件下溶解度低,二次平衡溶解速度慢的问题,使反应效率得到大幅度提高。
2、葡萄糖脱氢氧化生成葡萄糖酸,引起反应体系PH下降,反应过程中需要不断滴加碱液维持PH平衡,本发明巧妙地利用7-KLCA的碱性溶液做滴加剂,既解决了7-KLCA溶解度低,溶解速度慢的问题,又使其作为PH调节剂维持了反应体系的PH平衡,使反应废弃物的产生量减少到最小程度。
3、本发明提供的催化方法是在水相条件下完成,杜绝了有机溶媒的使用,减少了对环境的污染。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为检测实施案例1制备的UDCA纯度的液相色谱图;
图2为检测实施案例2制备的UDCA纯度的液相色谱图;
图3为检测实施案例3制备的UDCA纯度的液相色谱图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种熊去氧胆酸的催化合成方法进行具体说明。
实施案例1
1、制备7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液
将7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶基因重组于工程大肠杆菌内,37℃培养36h,离心收集重组后的大肠杆菌,离心转速为8000转/分钟;
取400g离心收集的大肠杆菌重悬于1600ml,0.05M的磷酸盐缓冲液中,50MPa压力下均质破碎2次;
取1000ml上述溶液,8000转/分钟离心20分钟,收集上清液946ml,即得到本发明催化反应所使用的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液。
2、制备7-KLCA 溶液
取7-KLCA固体17.5g,加入到92ml去离子水中,搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐滴加40%的氢氧化钠溶液至溶液正好溶清,此时溶液的PH 为12.7。
3、制备UDCA反应液
取500ml规格的反应瓶放入37℃的水浴中,然后加入250 ml上述制备的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液,搅拌下加入25g的葡萄糖;
快速搅拌条件下,在4分钟时间内向反应体系中滴加28ml 7-KLCA溶液。在实验过程中,7-KLCA溶液加入的速度快,则反应体系PH稍微回升;7-KLCA溶液加入的速度慢,则反应体系PH迅速下降,正常情况下可以仅用7-KLCA溶液控制反应液的最适PH范围在6.8-7.2,不必使用无机酸溶液,在本实施案例中无机酸为硫酸;
继续使用7-KLCA溶液控制反应体液PH在6.8-7.2,直到7-KLCA溶液消耗完毕,此时反应用时94分钟,继续反应60分钟,用2M的氢氧化钠溶液调节PH在6.8-7.2;
反应结束,检测反应液UDCA含量,结果表明,反应液中UDCA含量4.68%,7-KLCA转化率为99.8%。
4、提取UDCA
用硫酸调节UDCA反应液的PH为3.5,然后用乙酸乙酯进行萃取,萃取3次,每次乙酸乙酯的用量为300ml;
合并3次萃取相834ml,蒸馏回收乙酸乙酯,残渣用氢氧化钠溶液溶解,过滤,滤液用硫酸调节PH在 2.5,然后结晶2h,过滤干燥,得UDCA产品16.7g,经检测产品纯度为99.875%(见图1),产品收率95.4%,本实施案例中采用示差检测器,工作站为N2000。
实施例2
1、制备7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液
将7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶基因重组于工程大肠杆菌内,37℃培养36h,离心收集重组后的大肠杆菌,离心转速为8000转/分钟;
取400g离心收集的大肠杆菌重悬于1600ml,0.05M的磷酸盐缓冲液中,50MPa压力下均质破碎2次;
取1000ml上述溶液,8000转/分钟离心20分钟,收集上清液946ml,即得到本发明催化反应所使用的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液。
2、制备7-KLCA 溶液
取7-KLCA固体10g,加入到60ml去离子水中,搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐滴加40%的氢氧化钠溶液至溶液正好溶清,此时溶液的PH 为12.5。
3、制备UDCA反应液
取500ml规格的反应瓶放入37℃的水浴中,然后加入250 ml上述制备的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液,搅拌下加入15g的葡萄糖;
快速搅拌条件下,在4分钟时间内向反应体系中滴加20ml 7-KLCA溶液。用7-KLCA溶液控制反应液的最适PH范围在6.8-7.2;
继续使用7-KLCA溶液控制反应体液PH在6.8-7.2,直到7-KLCA溶液消耗完毕,此时反应用时83分钟,继续反应40分钟,用2M的氢氧化钠溶液调节PH在6.8-7.2;
反应结束,检测反应液UDCA含量,结果表明,反应液中UDCA含量3.23%,7-KLCA转化率为99.9%。
4、提取UDCA
向上述得到的UDCA反应液中加入600ml去离子水,用碱调节PH在10.0,过滤;
将200ml非极性树脂装入树脂柱中,滤液上柱吸附,上柱速率100ml/h,吸附完毕冲洗1h,速率400ml/h,用50%乙醇溶液解吸;
收集解吸液,蒸馏回收乙醇,残渣用碱水溶解,过滤,滤液用硫酸调节PH 在2.5,结晶3h,然后过滤干燥,得UDCA产品9.43g,经检测产品纯度为99.716%(见图2),产品收率94.4%,本实施案例中采用示差检测器,工作站为N2000。
实施例3
1、制备7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液
将7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶基因重组于工程大肠杆菌内,37℃培养36h,离心收集重组后的大肠杆菌,离心转速为8000转/分钟;
取400g离心收集的大肠杆菌重悬于1600ml,0.05M的磷酸盐缓冲液中,50MPa压力下均质破碎2次;
取1000ml上述溶液,8000转/分钟离心20分钟,收集上清液946ml,即得到本发明催化反应所使用的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液。
2、制备7-KLCA 溶液
取7-KLCA固体16g,加入到90ml去离子水中,搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐滴加40%的氢氧化钠溶液至溶液正好溶清,此时溶液的PH 为12.6。
3、制备UDCA反应液
取500ml规格的反应瓶放入37℃的水浴中,然后加入250 ml上述制备的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液,搅拌下加入20g的葡萄糖;
快速搅拌条件下,在3分钟时间内向反应体系中滴加30ml 7-KLCA溶液。用2M硫酸控制反应液的最适PH范围在6.8-7.2;
继续使用7-KLCA溶液控制反应体液PH在6.8-7.2,直到7-KLCA溶液消耗完毕,此时反应用时124分钟,继续反应50分钟,用2M的氢氧化钠溶液调节PH在6.8-7.2;
反应结束,检测反应液UDCA含量,结果表明,反应液中UDCA含量4.24%,7-KLCA转化率为99.7%。
4、提取UDCA
向上述得到的UDCA反应液中加入1200ml去离子水,用碱调节PH在10.0,过滤;
滤液用0.2M 的硫酸调节PH 2.5,结晶3h后,过滤、干燥得UDCA初品15.94g;
UDCA初品加入到1000ml去离子水中,调节PH 10.0,过滤,收集滤液,用0.2M硫酸调节PH2.5,结晶4h,过滤干燥,得到UDCA产品15.12g,经检测产品纯度为99.786%(见图3),产品收率94.5% ,本实施案例中采用示差检测器,工作站为N2000。
以上所述的实施例,只是本发明较优选的具体实施方式的一种,本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种熊去氧胆酸的催化合成化方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)将7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶基因重组于工程大肠杆菌内,培养,离心收集大肠杆菌;
(2)将步骤(1)得到的大肠杆菌重悬于磷酸盐缓冲液中,均质破碎,离心收集上清液,即得7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液;
(3)将固体7-KLCA加入到4-12质量份数的去离子水中,搅拌状态下逐渐滴加无机碱至溶液全部溶清,得到7-KLCA溶液;
(4)向步骤(2)得到的7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶液中加入葡萄糖,搅拌均匀,然后在搅拌条件下快速滴加步骤(3)得到的7-KLCA溶液,用调节剂调节反应液PH在6.8-7.2,所述调节剂为无机酸和7-KLCA溶液中一种;
(5)继续向步骤(4)得到的溶液中滴加7-KLCA溶液,控制反应液PH在6.8-7.2,直到7-KLCA的消耗量达到酶液质量份数的1/50-1/9,停止滴加7-KLCA溶液;
(6)用无机碱调节反应液PH在6.8-7.2,0.5-2h后结束反应,即得到UDCA反应液;
(7)将步骤(6)得到的UDCA反应液进行提取,即得UDCA产品。
2.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(2)中均质破碎压力为50MPa,破碎2次。
3.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(3)和步骤(6)中的无机碱为氢氧化钾,氢氧化钠,氨水中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(3)中去离子水的质量份数为5-6份。
5.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(3)得到的7-KLCA溶液PH在12.5-12.9。
6.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(4)中葡萄糖和7-β脱羟基酶复合葡萄糖脱氢酶的摩尔比大于1:1。
7.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(4)中快速添加7-KLCA溶液的时间为1-10min,7-KLCA的添加量占7-KLCA总投料量的1/6-1/2。
8.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(4)中快速添加7-KLCA溶液的时间为2-5min,7-KLCA的添加量占7-KLCA总投料量的1/4-1/3。
9.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(4)的无机酸为盐酸、硫酸的一种。
10.根据权利要求1所述的一种熊去氧胆酸的催化合成方法,其特征在于:所述步骤(5)中7-KLCA的消耗量达到酶液质量份数的1/24-1/11。
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