CN111019986B - 一种制备腺苷的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于腺苷制备技术领域，公开了一种制备腺苷的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：步骤1）发酵，步骤2）陶瓷膜过滤，步骤3）色谱分离，步骤4）脱色，步骤5）结晶，步骤6）烘干、粉碎。本发明分离提取工艺中采用了陶瓷膜过滤、顺序式模拟移动床色谱分离、纳滤膜脱色，实现腺苷与蛋白、杂酸、其他杂质之间的彻底分离，收率和纯度大大提高。

Description

一种制备腺苷的工艺
技术领域
本发明属于腺苷制备领域，具体涉及一种制备腺苷的工艺。
背景技术
腺苷，又称“腺嘌呤核苷”。腺苷是一种杂环分子，分子量为267.25，由腺嘌呤、核糖和三个磷酸基团连接而成，水解时释放出能量较多，是生物体内最直接的能量来源。人体肌肉中储藏多种能源物质，其中腺苷是主要成分，是人体循环系统疾病的药物。因为腺苷有促进冠状血管扩张及心肌代谢的机能，扩张血管，增加冠状血管血量的药理作用，因此可以用于冠状血管障、狭心症、动脉硬化症及高血压症等疾病的治疗。此外，腺苷及其衍生物可以作为抑制血液凝固药物使用，用腺苷来保藏血液效果很好。同时也可以用于食品、保健品添加剂，有很好的市场前景。
目前，现有技术用于生产腺苷的方法由酶法、化学法以及发酵法。酶法和化学法成本较高，发酵法具备成本低、副产物小，对环境更加友好。在工业上，主要以糖质原料发酵来进行腺苷的生产。文献1“有机氮源对腺苷发酵的影响，发酵科技通讯2014年”，主要研究了玉米浆、豆饼水解液和酵母粉等有机氮源对腺苷发酵产苷的影响,在5 L发酵罐上通过添加不同浓度的有机氮源，考察枯草杆菌XGL在不同条件下的菌体生长与产苷情况，通过实验优化，获得最佳的有机氮源为玉米浆20 mL/L、豆饼水解液30 mL／L、酵母粉16 g／L，在此条件下发酵50 h，比初始发酵条件提高65.1％。文献2“响应面设计法优化腺苷发酵培养基，华东理工大学学报2005年”对发酵培养基进行了优化，包括酵母粉、玉米浆、硫酸铵以及硫酸镁等组分，较优化之前提高了28.6%。文献3“腺苷发酵液中有机酸的代谢规律，华东理工大学学报2004年”通过增强TCA循环的手段来提高目的产物，采用了蔗糖+谷氨酸培养基来发酵产腺苷，提高腺苷产量，延长了发酵时间。但是，腺苷发酵产量仍有较大的提升空间。基于该技术问题，申请人就“一种发酵生产腺苷的方法”申请了专利技术，提高了腺苷的发酵产率。
发明内容
在申请人之前的专利技术“一种发酵生产腺苷的方法”的基础上，申请人继续对发酵液进行了提取，制备出了高纯度高收率的腺苷产品。
本发明是通过如下技术方案来实现的。
一种制备腺苷的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：步骤1）发酵，步骤2）陶瓷膜过滤，步骤3）色谱分离，步骤4）脱色，步骤5）结晶，步骤6）烘干、粉碎。
具体地，所述工艺包括如下步骤：
步骤1）发酵：将产腺苷的枯草芽孢杆菌种子液接种到装有发酵培养基的发酵罐中，培养温度32-33℃，溶氧量为15-25%，通过自动流加氨水控制pH，0-24h，控制pH在6.8，24h至结束，控制pH为6.5；流加蔗糖溶液控制发酵液中残糖含量不低于1g/L；发酵总时间为48-60h，得到腺苷发酵液；其中，发酵至24h时，往发酵液中添加10-15%体积份的促进剂，所述促进剂包含丙氨酸和琥珀酸。
步骤2）陶瓷膜过滤：将腺苷发酵液加热至80℃打入提取罐，降温至35℃以后，用盐酸调节PH 4-4.5后，发酵液通过陶瓷膜过滤，去除截留物，得到过滤后的滤液；
步骤3）色谱分离：将得到的滤液打入顺序式模拟移动床色谱系统，进行腺苷与其他杂质的分离，得到腺苷提取液；
步骤4）脱色：将获得的腺苷提取液通过孔径为1-2nm的纳滤膜进行吸附脱色，温度为30-40℃，压力为10-20bar，得到脱色液；
步骤5）结晶：将脱色液打入双效蒸发器进行浓缩3-4倍后，导入结晶罐进行结晶，转速为20r/min，时间为15-20min，然后离心收集湿结晶；
步骤6）烘干、粉碎：将湿晶体烘干、粉碎、检测、包装后获得成品腺苷。
进一步地，所述发酵培养基中含有豆油。
进一步地，所述促进剂包含丙氨酸1-3g/L和琥珀酸2-5g/L。
优选地，所述豆油在发酵培养基中的添加量为5-20ml/L，优选10-15ml/L。
优选地，所述促进剂的组分为：丙氨酸1-3g/L，琥珀酸2-5g/L。
更优选地，所述促进剂的组分为：丙氨酸2g/L，琥珀酸4g/L。
进一步地，所述发酵培养基的组分为：蔗糖70-90g/L，硫酸铵10-15g/L，酵母膏5-10g/L，谷氨酸钠3-8g/L，七水硫酸镁2-4g/L，磷酸二氢钾0.5-1.5g/L，一水硫酸锰50-200mg/L，七水硫酸亚铁30-100mg/L，豆油10-15ml/L，pH为6.8。
优选地，所述发酵培养基的组分为：蔗糖80g/L，硫酸铵12g/L，酵母膏8g/L，谷氨酸钠5g/L，七水硫酸镁3g/L，磷酸二氢钾1g/L，一水硫酸锰100mg/L，七水硫酸亚铁50mg/L，豆油10ml/L，pH为6.8。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果主要包括但是并不限于以下几个方面：
本发明根据腺苷的生物代谢调控途径对发酵工艺的改进，提高腺苷的发酵效率，以进一步提高腺苷的产量。
在枯草芽孢杆菌好氧发酵产腺苷过程中，从气相到液相的氧传递是影响枯草芽孢杆菌生长和腺苷生成的重要因素；氧气在培养基中的可溶性非常低，采用豆油作为在水相中不混溶的辅助液体氧载体，比水具有更高的氧气溶解性；而且豆油中含有大量的长链脂肪酸，还能够抑制丙酮酸激酶的活性，使得部分代谢流不能进入EMP途径，转而进入HMP途径，碳源代谢流的重新分配更有利于腺苷的快速合成；
发酵中期，菌株以产腺苷为主，此时代谢流的分配对发酵效率格外重要，通过添加一定量的丙氨酸，能够抑制丙酮酸激酶的活性，避免丙酮酸在无氧条件下，通过糖酵解途径进一步乳酸和乙醇等副产物，减少了碳源代谢流的浪费；
腺苷的合成需要HMP途径提供中间产物和TCA途径来提供能量，发酵中期添加一定浓度的琥珀酸，对三羧酸循环有一定强化作用，以提供更多的能量供合成腺苷使用，从而进一步提高腺苷产量。
本发明分离提取工艺中采用了陶瓷膜过滤、顺序式模拟移动床色谱分离、纳滤膜脱色，实现腺苷与蛋白、杂酸、其他杂质之间的彻底分离，收率达到95%以上，纯度达到99%以上。
本发明生产过程中过滤出来的菌体蛋白及杂酸、杂质等，可用于饲料及化肥的生产，资源重复利用，节能环保。
附图说明
图1：0h添加不同的氧载体对腺苷产量的影响；
图2：24h添加不同的氧载体对腺苷产量的影响；
图3：促进剂中丙氨酸的浓度对腺苷发酵产量的影响；
图4：促进剂中琥珀酸的浓度对腺苷发酵产量的影响。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
一种制备腺苷的工艺，具体操作步骤如下：
发酵工序：发酵培养基的组分为：蔗糖80g/L，硫酸铵12g/L，酵母膏8g/L，谷氨酸钠5g/L，七水硫酸镁3g/L，磷酸二氢钾1g/L，一水硫酸锰100mg/L，七水硫酸亚铁50mg/L，豆油10ml/L，pH为6.8；
以枯草芽孢杆菌ATCC21616为例，以10%的接种量将种子液（OD600值为8）接入到装有300L发酵培养基的500L发酵罐中，培养温度33℃，溶氧量为20%，通过自动流加氨水控制pH，0-24h，控制pH在6.8，24h至结束，控制pH为6.5；流加质量份数为50%的蔗糖溶液，控制发酵液中残糖含量不低于1g/L；总发酵时间为48h，得到腺苷发酵液。
发酵至24h时，往发酵液中添加10%体积份的促进剂，所述促进剂组分为：丙氨酸2g/L，琥珀酸4/L。
分离提取工序：
1）将腺苷发酵液加热至80℃打入提取罐，降温至35℃以后，用盐酸调节PH 4~4.5后，发酵液通过陶瓷膜过滤，去除菌体蛋白及残留物，得到过滤后的滤液；
2）将得到的滤液打入顺序式模拟移动床色谱系统，设置下端为进料口，上端为出料口，滤液由下而上依次经过8根分离柱，进行腺苷与其他杂质的分离，得到腺苷提取液；
3）将获得的腺苷提取液通过孔径为1-2nm的纳滤膜进行吸附脱色，温度为30-40℃，压力为10-20bar，得到纯度更高的脱色液；
4）将脱色液打入双效蒸发器进行浓缩3-4倍后，导入结晶罐进行结晶，转速为20r/min，时间为15-20min，然后离心收集湿结晶；
5）将湿晶体烘干、粉碎、检测、包装后获得成品腺苷。
实施例2
一种制备腺苷的工艺，具体操作步骤如下：
发酵工序：
发酵培养基的组分为：蔗糖80g/L，硫酸铵10g/L，酵母膏7g/L，谷氨酸钠5g/L，七水硫酸镁2g/L，磷酸二氢钾1g/L，一水硫酸锰120mg/L，七水硫酸亚铁40mg/L，豆油12ml/L，pH为6.8；
以枯草芽孢杆菌ATCC21616为例，以10%的接种量将种子液（OD600值为8）接入到装有300L发酵培养基的500L发酵罐中，培养温度32.5℃，溶氧量为20%，通过自动流加氨水控制pH，0-24h，控制pH在6.8，24h至结束，控制pH为6.5；流加质量份数为50%的蔗糖溶液，控制发酵液中残糖含量不低于1g/L；总发酵时间为50h，得到腺苷发酵液。
发酵至24h时，往发酵液中添加12%体积份的促进剂，所述促进剂组分为：丙氨酸1g/L，琥珀酸5/L。
分离提取工序：
1）将腺苷发酵液加热至80℃打入提取罐，降温至35℃以后，用盐酸调节PH 4~4.5后，发酵液通过陶瓷膜过滤，去除菌体蛋白及残留物，得到过滤后的滤液；
2）将得到的滤液打入顺序式模拟移动床色谱系统，设置下端为进料口，上端为出料口，滤液由下而上依次经过8根分离柱，进行腺苷与其他杂质的分离，得到腺苷提取液；
3）将获得的腺苷提取液通过孔径为1-2nm的纳滤膜进行吸附脱色，温度为30-40℃，压力为10-20bar，得到纯度更高的脱色液；
4）将脱色液打入双效蒸发器进行浓缩3-4倍后，导入结晶罐进行结晶，转速为20r/min，时间为15-20min，然后离心收集湿结晶；
5）将湿晶体烘干、粉碎、检测、包装后获得成品腺苷。
对比例1
一种制备腺苷的工艺，具体操作步骤如下：
发酵工序：
发酵培养基的组分为：蔗糖80g/L，硫酸铵12g/L，酵母膏8g/L，谷氨酸钠5g/L，七水硫酸镁3g/L，磷酸二氢钾1g/L，一水硫酸锰100mg/L，七水硫酸亚铁50mg/L，pH为6.8；
以枯草芽孢杆菌ATCC21616为例，以10%的接种量将种子液（OD600值为8）接入到装有300L发酵培养基的500L发酵罐中，培养温度33℃，溶氧量为20%，通过自动流加氨水控制pH，0-24h，控制pH在6.8，24h至结束，控制pH为6.5；流加质量份数为50%的蔗糖溶液，控制发酵液中残糖含量不低于1g/L；总发酵时间为48h，得到腺苷发酵液。
发酵至24h时，往发酵液中添加10%体积份的促进剂，所述促进剂组分为：丙氨酸2g/L，琥珀酸4/L。
分离提取工序：
1）将腺苷发酵液加热至80℃打入提取罐，降温至35℃以后，用盐酸调节PH 4~4.5后，发酵液通过陶瓷膜过滤，去除菌体蛋白及残留物，得到过滤后的滤液；
2）将得到的滤液打入顺序式模拟移动床色谱系统，设置下端为进料口，上端为出料口，滤液由下而上依次经过8根分离柱，进行腺苷与其他杂质的分离，得到腺苷提取液；
3）将获得的腺苷提取液通过孔径为1-2nm的纳滤膜进行吸附脱色，温度为30-40℃，压力为10-20bar，得到纯度更高的脱色液；
4）将脱色液打入双效蒸发器进行浓缩3-4倍后，导入结晶罐进行结晶，转速为20r/min，时间为15-20min，然后离心收集湿结晶；
5）将湿晶体烘干、粉碎、检测、包装后获得成品腺苷。
实施例3
在对比例1常规发酵方式的基础上，研究各因素对腺苷产量的影响。
1、分别在对比例1的基础上，通过在发酵培养基中添加不同的氧载体；其中，双氧水：0,5,10,20,40,60，单位为ml/L；豆油：0,5,10,20,40,60，单位为ml/L；正十六烷：0,5,10,20,40,60，单位为ml/L。
选择发酵初期和发酵中期两个不同的添加时机：0和24小时2个时间点。
2、如图1-2所示，不同类型的氧载体对腺苷的产量均有一定的促进作用；0h添加三种氧载体时，双氧水组对腺苷的影响最小，与未添加相比较，最大提高幅度为0.7g/L左右，而豆油组为2.2g/L，正十六烷为1.3g/L，可见，发酵初期选择豆油作为氧载体进行添加较为合适；24h添加三种氧载体时，豆油组和正十六烷组对腺苷的影响与0h添加效果类似，而双氧水组有明显的提升效应，和正十六烷组对腺苷的影响差异并不大，三组氧载体进行比较，提高幅度最大的仍是豆油组；豆油作为在水相中不混溶的辅助液体氧载体，比水具有更高的氧气溶解性，能够提高溶氧；而且豆油中含有大量的长链脂肪酸，还能够抑制丙酮酸激酶的活性，使得部分代谢流不能进入EMP途径，转而进入HMP途径，碳源代谢流的重新分配更有利于腺苷的快速合成；而双氧水在发酵初期添加时，由于此时溶氧能够满足菌株的需求，添加双氧水并没有较大的影响，菌株增殖到一定阶段时，对氧的需求量较大，此时双氧水已经耗尽与豆油相比较，正十六烷尽管价格较为昂贵，但是效果并不佳。
3、综合上述结果，选择在0h时添加豆油，添加量为10ml/L，然后通过梯度试验法确定促进剂的效果。发酵中期24h时添加促进剂，考虑到发酵体积的增加会对产物造成稀释作用，设定10%的添加量进行试验，首先考察丙氨酸对腺苷产量的影响，设定促进剂中丙氨酸的浓度为0.5,1,1.5,2,2.5,3,4,5,6,7单位为g/L；如图3所示，随着丙氨酸浓度增加，腺苷产量的也有正向的反馈，丙氨酸的浓度为2g/L时，腺苷产量几乎达到峰值，继续增加浓度，对腺苷的影响并不大，选择2g/L作为最佳的添加浓度；在此基础上，添加不同浓度的琥珀酸，0.5,1,1.5,2,2.5,3,4,5,6,7单位为g/L；如图4所示，琥珀酸浓度达到2g/L时，腺苷有明显的提升，随后增幅有所放缓，琥珀酸浓度达到5g/L时，腺苷产量接近峰值，考虑到成本，选择3-5g/L的添加量最为合适。
上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了介绍，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，这对本领域技术人员而言应该很明确，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种制备腺苷的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：
步骤1）发酵：将产腺苷的枯草芽孢杆菌种子液接种到装有发酵培养基的发酵罐中，培养温度32-33℃，溶氧量为15-25%，通过自动流加氨水控制pH，0-24h，控制pH在6.8，24h至结束，控制pH为6.5；流加蔗糖溶液控制发酵液中残糖含量不低于1g/L；发酵总时间为48-60h，得到腺苷发酵液；其中，发酵至24h时，往发酵液中添加10-15%体积份的促进剂，所述促进剂的组分为：丙氨酸1-3g/L，琥珀酸2-5g/L；所述发酵培养基中含有豆油，所述豆油在发酵培养基中的添加量为10-15ml/L；
步骤2）陶瓷膜过滤：将腺苷发酵液加热至80℃打入提取罐，降温至35℃以后，用盐酸调节p H 4-4.5后，发酵液通过陶瓷膜过滤，去除截留物，得到过滤后的滤液；
步骤3）色谱分离：将得到的滤液打入顺序式模拟移动床色谱系统，进行腺苷与其他杂质的分离，得到腺苷提取液；
步骤4）脱色：将获得的腺苷提取液通过孔径为1-2nm的纳滤膜进行吸附脱色，温度为30-40℃，压力为10-20bar，得到脱色液；
步骤5）结晶：将脱色液打入双效蒸发器进行浓缩3-4倍后，导入结晶罐进行结晶，转速为20r/min，时间为15-20min，然后离心收集湿结晶；
步骤6）烘干、粉碎：将湿晶体烘干、粉碎、检测、包装后获得成品腺苷。
2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述促进剂的组分为：丙氨酸2g/L，琥珀酸4g/L。
3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述发酵培养基的组分为：蔗糖70-90g/L，硫酸铵10-15g/L，酵母膏5-10g/L，谷氨酸钠3-8g/L，七水硫酸镁2-4g/L，磷酸二氢钾0.5-1.5g/L，一水硫酸锰50-200mg/L，七水硫酸亚铁30-100mg/L，豆油10-15ml/L，pH为6.8。
4.根据权利要求3所述的工艺，其特征在于，所述发酵培养基的组分为：蔗糖80g/L，硫酸铵12g/L，酵母膏8g/L，谷氨酸钠5g/L，七水硫酸镁3g/L，磷酸二氢钾1g/L，一水硫酸锰100mg/L，七水硫酸亚铁50mg/L，豆油10ml/L，pH为6.8。
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