CN114657221A - 一种d-泛酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种D‑泛酸的制备方法,具体包括下述步骤:(1)将缬氨酸、甲醛、β‑丙氨酸、复合酶加水混合,所述复合酶包括L‑氨基酸脱氨酶、甲酸脱氢酶、醛缩酶、酮泛解酸还原酶和泛酸合成酶;(2)添加甲酸铵,在25~55℃、pH为4‑7条件下,经酶催化反应10‑60h,制得D‑泛酸。本发明以缬氨酸、甲醛、甲酸铵和β‑丙氨酸为底物发酵转化生成D‑泛酸,原料价廉易得,反应成本低。
Description
技术领域
本发明涉及生物合成领域,具体涉及一种D-泛酸的制备方法。
背景技术
泛酸又称维生素B5,为包括人和家畜在内的哺乳动物的必须营养元素,并在机体细胞中用于生物合成辅酶A(CoA)和酰基载体蛋白(ACP),进而参与一百多种细胞代谢反应。现有技术一般用缬氨酸作为底物生产D-泛酸,但存在反应步骤繁琐、反应时间长、酮泛解酸转化成泛解酸过程中的辅酶NADPH消耗带来的成本高等缺陷,限制了其产业化应用前景。需要研究更为高效的D-泛酸制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种D-泛酸的制备方法,包括下述步骤:
(1)将缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶加水混合,所述复合酶包括L-氨基酸脱氨酶、甲酸脱氢酶、醛缩酶、酮泛解酸还原酶和泛酸合成酶;
(2)添加甲酸铵,在25~55℃、pH为4-7条件下,经酶催化反应10-60h,制得D-泛酸。
本发明优选的技术方案,复合酶中L-氨基酸脱氨酶为4-15U/L,优选为6-12U/L。
本发明优选的技术方案,复合酶中醛缩酶为10-20U/L,优选为15-18U/L。
本发明优选的技术方案,复合酶中甲酸脱氢酶为4-15U/L,优选为6-12U/L。
本发明优选的技术方案,复合酶中酮泛解酸还原酶为4-15U/L,优选为6-12U/L。
本发明优选的技术方案,复合酶中泛酸合成酶为4-15U/L,优选为6-14U/L。
本发明优选的技术方案,甲酸铵以流加方式进行添加。
本发明优选的技术方案,甲酸铵的浓度为1.5g/L-2.5g/L,优选为1.8g/L-2.2g/L。
本发明优选的技术方案,所述缬氨酸:甲醛:β-丙氨酸的摩尔比为(0.9-1.3):(0.9-1.2):1,优选为(1.0-1.2):(1.0-1.1):1。
本发明的优选技术方案中,酶催化体系中还可加入金属盐或磷酸盐溶液。
本发明的优选技术方案中,所述金属盐或磷酸盐选自锌盐、钙盐、铜盐、镁盐、钠盐、钾盐中的任一种或其组合,优选为氯化锌、氯化钙、氯化铜、硫酸锌、硫酸钙、硫酸铜、磷酸镁、磷酸锌、磷酸钙、磷酸铜、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸二氢钾、酸式焦磷酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠中的任一种或其组合。
本发明优选的技术方案,所述金属盐或磷酸盐溶液浓度为0-50mM,优选为1~40mM,更优选为5~30mM。
本发明优选的技术方案,金属盐溶液中的Zn2+浓度为0~15mM,优选为5~10mM。
本发明优选的技术方案,金属盐溶液中的Cu2+浓度为0~15mM,优选为5~10mM。
本发明优选的技术方案,金属盐溶液中的Ca2+浓度为0~9mM,优选为2~7mM。
本发明优选的技术方案,磷酸盐溶液中的PO4 3-浓度为0~15mM,优选为2~10mM。
本发明优选的技术方案,磷酸盐溶液中的HPO4 2-浓度为0~15mM,优选为2~10mM。
本发明优选的技术方案,磷酸盐溶液中的H2PO4 -浓度为0~15mM,优选为2~10mM。
本发明优选的技术方案,酶催化反应温度为30~40℃。
本发明优选的技术方案,酶催化反应体系pH5-7。
本发明的优选方案中,用于调节酶催化反应体系pH的pH调节剂选自氨水、氢氧化钠、碳酸氢钠、三乙胺、氢氧化钾、磷酸钠、柠檬酸钠、苹果酸钠、磷酸盐缓冲液、Tris缓冲液、硫酸的任一种。
本发明的另一目的在于提供一种如上所述的方法制备得到的D-泛酸在制备D-泛酸钙中的应用。
除非另有说明,本发明涉及液体与液体之间的百分比时,所述的百分比为体积/体积百分比;本发明涉及液体与固体之间的百分比时,所述百分比为体积/重量百分比;本发明涉及固体与液体之间的百分比时,所述百分比为重量/体积百分比;其余为重量/重量百分比。
除非另有说明,本发明按照下述方法检测转化率和收率。
1、酶活
酶活为酶活力的度量单位,单位为U。在本申请中,定义1个酶活单位表示1ml底物溶液在1分钟内转化生成1umolD-泛酸的酶量。
2、转化率
分别在转化时间T=0和T=m(m为大于0的任一数值)时,取反应液稀释100倍,过滤后HPLC检测,分别记录缬氨酸浓度为S0和Sm,以及在T=m时D-泛酸浓度为Nm。
转化率(m时刻)=(Nm*0.534)/(S0-SM)
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1、本发明以缬氨酸、甲醛、甲酸铵和β-丙氨酸为底物发酵转化生成D-泛酸,原料价廉易得,反应成本低。
2、本发明通过增加辅酶循环达到辅酶NADPH再生,降低生产成本。
3、本发明将甲酸转化为易挥发的二氧化碳,既利于提高反应效率,缩短生产周期,减低三废生成及其回收处理成本,本发明制备工艺简单,适宜工业化生成。
附图说明
图1实施例1-6和对比例1的转化率。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的说明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
向反应容器中加入缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶,加水至总体积为5L,搅拌溶解,使得反应体系中:缬氨酸质量为300g,甲醛质量为69.07g,β-丙氨酸质量为196.89g,L-氨基酸脱氨酶为12U/L、甲酸脱氢酶为12U/L、醛缩酶为18U/L、酮泛解酸还原酶为12U/L,泛酸合成酶为12U/L。流加甲酸铵,维持反应液中甲酸铵浓度为2g/L。调节溶液温度为37℃,用氨水和稀硫酸调节溶液pH为5-7,在搅拌条件下持续反应22h,得到D-泛酸溶液,经检测,D-泛酸转化率见图1。
实施例2
向反应容器中加入缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶,加水至总体积为5L,搅拌溶解,使得反应体系中:缬氨酸质量为300g,甲醛质量为69.07g,β-丙氨酸质量为196.89g,L-氨基酸脱氨酶为12U/L、甲酸脱氢酶为12U/L、醛缩酶为18U/L、酮泛解酸还原酶为12U/L,泛酸合成酶为10U/L。流加甲酸铵,维持反应液中甲酸铵浓度为2g/L。调节溶液温度为37℃,用氨水和稀硫酸调节溶液pH为5-7,在搅拌条件下持续反应22h,得到D-泛酸溶液,经检测,D-泛酸转化率见图1。
实施例3
向反应容器中加入缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶,加水至总体积为5L,搅拌溶解,使得反应体系中:缬氨酸质量为300g,甲醛质量为69.07g,β-丙氨酸质量为196.89g,L-氨基酸脱氨酶为12U/L、甲酸脱氢酶为12U/L、醛缩酶为18U/L、酮泛解酸还原酶为12U/L,泛酸合成酶为14U/L。流加甲酸铵,维持反应液中甲酸铵浓度为2g/L。调节溶液温度为37℃,用氨水和稀硫酸调节溶液pH为5-7,在搅拌条件下持续反应22h,得到D-泛酸溶液,经检测,D-泛酸转化率见图1。
实施例4
向反应容器中加入缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶、氯化锌,加水至总体积为5L,搅拌溶解,使得反应体系中:缬氨酸质量为300g,甲醛质量为69.07g,β-丙氨酸质量为196.89g,氯化锌质量为3.4g/L,L-氨基酸脱氨酶为12U/L、甲酸脱氢酶为12U/L、醛缩酶为18U/L、酮泛解酸还原酶为12U/L,泛酸合成酶酶活为14U/L。流加甲酸铵,维持反应液中甲酸铵浓度为2g/L。调节溶液温度为37℃,用氨水和稀硫酸调节溶液pH为5-7,在搅拌条件下持续反应22h,得到D-泛酸溶液,经检测,D-泛酸转化率见图1。
实施例5
向反应容器中加入缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶、硫酸铜,加水至总体积为5L,搅拌溶解,使得反应体系中:缬氨酸质量为300g,甲醛质量为69.07g,β-丙氨酸质量为196.89g,硫酸铜质量为4.8g,L-氨基酸脱氨酶为12U/L、甲酸脱氢酶为12U/L、醛缩酶为18U/L、酮泛解酸还原酶为12U/L,泛酸合成酶为14U/L。流加甲酸铵,维持反应液中甲酸铵浓度为2g/L。调节溶液温度为37℃,用氨水和稀硫酸调节溶液pH为5-7,在搅拌条件下持续反应22h,得到D-泛酸溶液,经检测,D-泛酸转化率见图1。
实施例6
向反应容器中加入缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶、磷酸氢二钠,加水至总体积为5L,搅拌溶解,使得反应体系中:缬氨酸质量为300g,甲醛质量为69.07g,β-丙氨酸质量为196.89g,磷酸氢二钠质量为7g,L-氨基酸脱氨酶为12U/L、甲酸脱氢酶为12U/L、醛缩酶为18U/L、酮泛解酸还原酶为12U/L,泛酸合成酶为14U/L。流加甲酸铵,维持反应液中甲酸铵浓度为2g/L。调节溶液温度为37℃,用氨水和稀硫酸调节溶液pH为5-7,在搅拌条件下持续反应22h,得到D-泛酸溶液,经检测,D-泛酸转化率见图1。
对比例1
向反应容器中加入缬氨酸、甲醛、复合酶、β-丙氨酸,加水至总体积为5L,搅拌溶解,使得反应体系中:缬氨酸质量为300g,甲醛质量为69.07g,β-丙氨酸质量为196.89g,过氧化氢酶为12U/L,酮异戊酸还原酶为12U/L,羟甲基转移酶为18U/L,甲酸脱氢酶为12U/L,泛酸合成酶14U/L。流加甲酸铵,维持反应液中甲酸铵浓度为2g/L。调节溶液温度为37℃,反应过程中采用稀硫酸和氨水调节溶液pH为5-7,在搅拌条件下持续反应22h,得到D-泛酸溶液,经检测,D-泛酸转化率见图1。
Claims (10)
1.一种D-泛酸的制备方法,包括下述步骤:
(1)将缬氨酸、甲醛、β-丙氨酸、复合酶加水混合,所述复合酶包括L-氨基酸脱氨酶、甲酸脱氢酶、醛缩酶、酮泛解酸还原酶和泛酸合成酶;
(2)添加甲酸铵,在25~55℃、pH为4-7条件下,经酶催化反应10-60h,制得D-泛酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其中,复合酶中L-氨基酸脱氨酶为4-15U/L,优选为6-12U/L。
3.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法,其中,复合酶中醛缩酶为10-20U/L,优选为15-18U/L。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法,其中,复合酶中甲酸脱氢酶为4-15U/L,优选为6-12U/L。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法,其中,复合酶中酮泛解酸还原酶为4-15U/L,优选为6-12U/L。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法,其中,复合酶中泛酸合成酶为4-15U/L,优选为6-14U/L。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法,其中,甲酸铵以流加方式进行添加,优选的,甲酸铵的浓度为1.5g/L-2.5g/L,更优选为1.8g/L-2.2g/L。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法,其中,所述缬氨酸:甲醛:β-丙氨酸的摩尔比为(0.9-1.3):(0.9-1.2):1,优选为(1.0-1.2):(1.0-1.1):1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法,其中,酶催化体系中还可加入金属盐或磷酸盐溶液,优选的,所述金属盐或磷酸盐选自锌盐、钙盐、铜盐、镁盐、钠盐、钾盐中的任一种或其组合,更优选为氯化锌、氯化钙、氯化铜、硫酸锌、硫酸钙、硫酸铜、磷酸镁、磷酸锌、磷酸钙、磷酸铜、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸氢钙、磷酸钙、焦磷酸钙、磷酸二氢钾、酸式焦磷酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠中的任一种或其组合。
10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的D-泛酸在制备D-泛酸钙中的应用。
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