CN114426477A - 一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物工程技术领域，公开了一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法，该方法主要是将莽草酸发酵液用陶瓷膜过滤后，使用板框过滤、活性炭脱色等方式去除发酵液中的杂质，再通过离子交换柱去除发酵液中的阴阳离子和色素，蒸发浓缩后经酒精洗脱，浓缩结晶后可得莽草酸粗品，将粗品重溶后加高浓度酒精洗涤，蒸发浓缩结晶干燥后可得高纯度莽草酸。本发明生产过程全自动化，且在酒精提取过程中废酒回收二次利用，降低生产成本，符合资源循环利用理念。

Description

一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法
技术领域
本发明属于生物工程技术领域，具体涉及到一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法。
背景技术
莽草酸是一种有机化合物，分子式为C7H10O5，为无色或白色针状结晶，在20℃水中溶解度为18%，微溶于乙醇、乙醚，几乎不溶于氯仿、苯。莽草酸通过影响花生四烯酸代谢，抑制血小板聚集，抑制动、静脉血栓及脑血栓形成，并具有有抗炎、镇痛作用，还可作为抗病毒和抗癌药物中间体。莽草酸是生物体内芳香族氨基酸生物合成途径中的关键中间体，也是合成吲哚衍生物、生物碱、手性药物(如抗病毒药)的重要前体，具有广泛的药用价值。
莽草酸广泛存在于多种植物中，在木兰科植物八角茴香中含量较高，可达成熟干重的10％左右。野生八角中莽草酸含量较高，是很好的植物提取来源，所以现多采用可食用的中国八角进行工业提取。从植物中提取莽草酸方法简单，通过热水即可提取，该方法用纯净水加热提取，再进行柱层析和结晶，虽然能够从八角中制备得到莽草酸，但提取过程操作复杂，且受到原料来源的限制。随着制药工艺的不断升级，目前提取方法也变得多样化，在热水提取的基础上与化学法相结合，如形成络合物沉淀、微波辅助法、膜分离法、硅胶柱法等。但总体来说，从植物中提取莽草酸步骤繁琐，原料来源不稳定，常受产地气候等条件影响，并不利于工业上提高莽草酸产量。
近些年来，通过微生物发酵合成莽草酸的技术日趋成熟，但发酵液中存在着较多杂质，这些杂质限制了莽草酸的提纯与分离，尤其是生物合成中难以避免产生的3-脱氢莽草酸(DHSA)，由于与莽草酸性质相近，分离十分困难。因此能否提供一种收率高、操作简单且成本低廉的高纯度莽草酸提取方法成为本领域亟待解决的问题之一。
中国专利CN112250564A公开了一种发酵液中提取莽草酸的方法，包括：a)将含有莽草酸的发酵液进行喷雾干燥，得到干粉；b)将步骤a)所得的干粉进行溶解和脱色，得到第一处理液；c)将步骤b)所得的第一处理液进行浓缩，得到第二处理液；d)将步骤c)所得的第二处理液进行脱盐，得到第三处理液；e)将步骤d)所得的第三处理液进行结晶，得到晶体A；f)将步骤e)所得的晶体进行重结晶，得到晶体B；g)将步骤f)所得的晶体B进行洗涤和干燥，得到莽草酸提取物；该技术尽管能够得到纯度较高的产品，但是收率偏低，而且使用了喷雾干燥的方式，造成能耗价高以及收率偏低。
发明内容
本发明提供了一种操作简单、高效率，从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的。
一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法，其包括如下步骤：
步骤1)：将发酵好的莽草酸发酵液加絮凝剂絮凝蛋白，并调节pH，用陶瓷膜过滤去除大分子杂质和菌体蛋白，得到清液1；
步骤2)：将步骤1）得到的清液1通加活性炭吸附小分子杂质，板框过滤得到清液2；
步骤3)：将步骤2）得到的清液2通过离子交换柱去除发酵液中的阴阳离子和色素，得到清液3；
步骤4)：将步骤3）得到的清液3蒸发浓缩后加两次酒精洗脱，浓缩结晶后可得莽草酸粗品；
步骤5)：将步骤4）所得莽草酸粗品加蒸馏水重溶，加高浓度酒精洗涤，得到高纯度莽草酸湿品；
步骤6)：将步骤5）所得莽草酸湿品蒸发浓缩、结晶、干燥后可得高纯度莽草酸。
优选地，步骤1中所述调节PH的范围在3.5-4.0之间。
优选地，所述陶瓷膜孔径为50-70nm，过滤时温度为50±5℃，压力为0.3±0.05Mpa。
优选地，所述活性炭的吸附时的料液温度为50±2℃，吸附时间2H。
优选地，所述阳离子柱采用1.5倍树脂体积3%的盐酸活化，活化过程流量控制在2500L-3000L/h，阴离子树脂采用3% NaOH洗脱，流量控制1800-2000L/h。
优选地，所述步骤4）中所述两次脱洗的酒精浓度分别为65度和95度，步骤5）中脱洗的酒精浓度为98度。
优选地，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠、苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酰胺或壳聚糖中的一种或者两种以上。
本发明的技术方案具有以下突出优点及独特性：
1、本发明减少化学提取试剂的使用，减少了环境污染；通过陶瓷膜过滤、板框及活性炭过滤，可更有效的去除莽草酸发酵液中的杂质，得到高纯度莽草酸。
2、本发明在提取过程中废酒回收二次利用，降低生产成本，符合资源循环利用理念。
3、本发明生产过程全自动化、劳动强度低、能有效的节约成本。
4、本发明在提取莽草酸过程中，对菌体蛋白等杂质进行回收利用，大大减少了废水外排，避免废液对环境造成的污染，绿色环保；而且从中获取营养丰富的菌体蛋白饲料，有效的回收资源，实现废弃物的资源化利用。
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，对本技术方案进行完整地描述。
实施例1
一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法，具体方法包括如下步骤：
取5L发酵好的莽草酸发酵液加入絮凝剂（聚丙烯酸钠，添加量为0.2%质量体积比）絮凝蛋白后调pH为3.6，使用孔径为50nm的陶瓷膜，过滤去除大分子杂质和菌体蛋白得到清液1，将得到的清液1通加入活性炭吸附小分子杂质，活性炭脱色时料液温度为50℃，脱色时间2H，板框过滤得到清液2。将得到的清液2依次通过阳离子交换柱和阴离子交换柱去除发酵液中的阴阳离子和色素，阳离子柱采用1.5倍树脂体积3%的盐酸活化，活化过程流量控制在2500L-3000L/h，阴离子树脂采用3% NaOH洗脱，流量控制1800-2000L/h，得到清液3。将清液3蒸发浓缩后先加65度低度酒辅助结晶，去除上清液后加95度高度酒洗脱，浓缩结晶后加1.5倍蒸馏水重溶，重溶后再次加入浓度98度的高浓度酒精洗涤，得到高纯度莽草酸湿品，通过蒸发浓缩、结晶、干燥后得到纯度为99.9％的莽草酸精品，莽草酸的收率达到87.6%。
实施例2
一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法，具体方法包括如下步骤：
取5L发酵好的莽草酸发酵液加入絮凝剂（苯乙烯磺酸钠，添加量为0.2%质量体积比）絮凝蛋白后调pH为3.7，使用孔径为60nm的陶瓷膜，过滤去除大分子杂质和菌体蛋白得到清液1，将得到的清液1加入活性炭吸附小分子杂质，活性炭脱色时料液温度为51℃，脱色时间2H，板框过滤得到清液2。将得到的清液2依次通过阳离子交换柱和阴离子交换柱去除发酵液中的阴阳离子和色素，阳离子柱采用1.5倍树脂体积3%的盐酸活化，活化过程流量控制在2500L-3000L/h，阴离子树脂采用3% NaOH洗脱，流量控制1800-2000L/h，得到清液3。将清液3蒸发浓缩后先加65度低度酒辅助结晶，去除上清液后加95度高度酒洗脱，浓缩结晶后加1.5倍蒸馏水重溶，重溶后再次加入浓度98度的高浓度酒精洗涤，得到高纯度莽草酸湿品，通过蒸发浓缩、结晶、干燥后得到纯度为99.8％的莽草酸精品，莽草酸的收率达到86.3%。
实施例3
一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法，具体方法包括如下步骤：
取5L发酵好的莽草酸发酵液加入絮凝剂（聚丙烯酰胺，添加量为0.2%质量体积比）絮凝蛋白后调pH为3.9，使用孔径为70nm的陶瓷膜，过滤去除大分子杂质和菌体蛋白得到清液1，将得到的清液1加入活性炭吸附小分子杂质，活性炭脱色时料液温度为52℃，脱色时间2H，板框过滤得到清液2。将得到的清液2依次通过阳离子交换柱和阴离子交换柱去除发酵液中的阴阳离子和色素，阳离子柱采用1.5倍树脂体积3%的盐酸活化，活化过程流量控制在2500L-3000L/h，阴离子树脂采用3% NaOH洗脱，流量控制1800-2000L/h，得到清液3。将清液3蒸发浓缩后先加65度低度酒辅助结晶，去除上清液后加95度高度酒洗脱，浓缩结晶后加1.5倍蒸馏水重溶，重溶后再次加入浓度98度的高浓度酒精洗涤，得到高纯度莽草酸湿品，通过蒸发浓缩、结晶、干燥后得到纯度为99.5％的莽草酸精品，莽草酸的收率达到89.1%。
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 (7)

1.一种从发酵液中提取高纯度莽草酸的方法，其包括如下步骤：
步骤1)：将发酵好的莽草酸发酵液加絮凝剂絮凝蛋白，并调节pH，用陶瓷膜过滤去除大分子杂质和菌体蛋白，得到清液1；
步骤2)：将步骤1）得到的清液1通加活性炭吸附小分子杂质，板框过滤得到清液2；
步骤3)：将步骤2）得到的清液2通过离子交换柱去除发酵液中的阴阳离子和色素，得到清液3；
步骤4)：将步骤3）得到的清液3蒸发浓缩后加两次酒精洗脱，浓缩结晶后可得莽草酸粗品；
步骤5)：将步骤4）所得莽草酸粗品加蒸馏水重溶，加高浓度酒精洗涤，得到高纯度莽草酸湿品；
步骤6)：将步骤5）所得莽草酸湿品蒸发浓缩、结晶、干燥后可得高纯度莽草酸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中所述调节PH的范围在3.5-4.0之间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述陶瓷膜孔径为50-70nm，过滤时温度为50±5℃，压力为0.3±0.05Mpa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述活性炭的吸附时的料液温度为50±2℃，吸附时间2H。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阳离子柱采用1.5倍树脂体积3%的盐酸活化，活化过程流量控制在2500L-3000L/h，阴离子树脂采用3% NaOH洗脱，流量控制1800-2000L/h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4）中所述两次脱洗的酒精浓度分别为65度和95度，步骤5）中脱洗的酒精浓度为98度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠、苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酰胺或壳聚糖中的一种或者两种以上。
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