CN100425618C - 一种连续分离5’-核苷三磷酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续分离5’-核苷三磷酸的方法。该方法采用连续离子交换***和纳滤的组合技术分离酶转化5’-核苷三磷酸，具体方法是将酶转化的5’-核苷三磷酸清液泵入装有阴离子离子交换树脂的连续离子交换***中进行吸附，采用pH2～14，浓度在0.001M～2M之间的无机盐溶液以适当的流速泵入连续离子交换***进行洗杂、洗脱；用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜将离子交换洗脱液同步浓缩和脱盐，结晶干燥。本发明具有分离介质担载量大、设备投资少，易于规模化生产，生产成本低的优点。
Description
技术领域
本发明属于生物制品加工领域，涉及一种连续分离5’-核苷三磷酸的方法。
背景技术
关于核苷酸类物质的分离方法，半个世纪以前，人们就开始了探索过程，一种苯乙烯型强碱性阴离子交换树脂首次用于核苷酸的分离，并达到了较好的分离效果。接着人们又开发出了DEAE-葡聚糖凝胶、PEI-纤维素，甚至阳离子交换树脂用于核苷酸混合物的分离。詹谷宇等(胞嘧啶核苷三磷酸生物合成研究，西北医药杂志[J]，1997，12(2)，81-82)报道其利用离心，乙醇沉淀法首先得到CTP粗品，经732氢型阳离子交换柱和711氯型阴离子交换柱两部纯化后，收率没有提及，但是根据该文献可以看出相对较低，通过多步有机溶剂结晶，得到的CTP晶体的含量为93.4％。英国专利(No.14043/681968)中报道，在对UTP转化液进行预处理后，首先通过氯型强酸性阳离子交换树脂Dowex2，后通过氯型弱酸性阳离子树脂Duolite A7，进行两步纯化。后得到UTP钠盐洗脱液的纯度为97.5％，收率为72.2％。邱蔚然等(CN99113707.8)利用用卡拉胶魔芋多糖固定化酵母转化得到核苷三磷酸，反应结束后产物离心过滤，滤液用717阴离子交换树脂进行处理，吸附其中的核苷三磷酸，后用0.7mol/L的(pH＝2)NaCl洗脱，收集洗脱液，加入乙醇，使核苷三磷酸沉淀，经过滤和真空干燥后可得到目标产物-核苷三磷酸，专利中没有体积产品的纯度和收率。上述报道的分离效果都不太理想，纯度不高，收率较低。这些分离方法普遍比较复杂，无法满足其大规模产业化的要求。
现行NTP的生产工艺中，固定床离子交换技术得到广泛的应用。而现有的固定床离子交换技术存在多种弊端，它是一种分批式作业，吸附、洗脱、再生等步骤在同一床内进行，单批作业周期长，不连续，离子交换树脂容量不能充分利用，从而化学实际消耗量大，不经济，废水排放量大等是这种交换方式的明显缺点。
发明内容
本发明的目的是在于克服目前5’-核苷三磷酸分离过程中的成本高、操作繁琐、不易规模化的缺陷，提供一种连续离子交换技术取代通用固定床交换技术，并结合纳滤技术分离酶转化5’-核苷三磷酸的方法。
本发明是建立在一步分离和连续分离的思想之上的，其特点在于利用溶液中目标产物与共存杂质之间在物理、化学以及生物学性质的差异，使其在分离操作中具有不同的传质速率和(或)平衡状态，以及连续式离子交换技术这一新型分离理念从而实现5’-核苷三磷酸分离的目的。
本发明的目的可以通过下列技术措施来实现：
一种连续分离5’-核苷三磷酸的方法，该方法采用连续离子交换***和纳滤的组合技术分离酶转化5’-核苷三磷酸，具体方法是将酶转化的5’-核苷三磷酸清液泵入装有阴离子离子交换树脂的连续离子交换***中进行吸附，采用pH2～14，浓度在0.001M～2M之间的无机盐溶液以适当的流速泵入连续离子交换***进行洗杂、洗脱；用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜将离子交换洗脱液同步浓缩和脱盐，结晶干燥。
所述的方法，其中连续离子交换***是指由多根离子交换柱串联的连续操作的离子交换***，即通过组合式阀门将离子交换过程中的吸附、洗杂、洗脱和再生不同工段之间的按顺序切换，将吸附段离子交换柱在树脂吸附饱和后立刻移出吸附段送入洗杂段进行洗杂，洗杂结束后立刻移出洗杂段送入洗脱段进行洗脱，洗脱完成后立刻移出洗脱段送入再生段进行再生，再生清洗完成后立刻移出再生段送入吸附段再进行吸附，如此循环的操作过程，且每个工段的第1根离子交换柱的状态切换同步进行，并保证至少有一根离子交换柱处于吸附阶段。
所述的方法，其中由多根离子交换柱串联的连续操作的离子交换***是指由6～60根固定床离子交换柱组成，优选12～36根组成的连续操作的离子交换***。
所述的方法，其中5’-核苷三磷酸的酶转化清液上样浓度为1～30g/L，优选5～25g/L。
所述的方法，其中无机盐溶液是氯化钠、氯化铵或硫酸铵溶液。
所述的方法，其中用于洗脱的无机盐溶液浓度为0.1M～2M。
所述的方法，其中以浓度为0.2～2M的酸和碱按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用去离子水淋洗。
所述的方法，其中再生过程中所用的酸是盐酸或硫酸，碱是氢氧化钠或氨水。
所述的方法，其中阴离子离子交换树脂的型号为301型、302型、303型、311型、312型或313型。所述的方法，其中洗杂溶液pH值2～8，洗脱溶液pH值2～6。
以下结合说明书附图对连续离子交换***作进一步的说明：
料液从固定床上部进入在每个工序结束后就通过阀门的切换把完成工序的树脂柱“移动”到下一个工序，且每道工序通过操作流量的调节或是树脂装填量的调节来实现同步运行。对于16根离子交换柱构成连续离交***，根据物料的特点和工艺条件的需要采用吸附段为5根，洗杂段为3根，洗脱段为3根，再生段为5根的工艺形式，图1～17为连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置在循环周期中分别处于不同状态的示意图。在吸附段的5根离交柱中第5根离交柱的作用是保护整个离交柱的吸附段不会被上柱液穿透而造成损失，当第1根离交柱吸附饱和后就会被移出吸附段，进入洗杂段，成为洗杂工段的第3根柱，而洗杂段的第1根离交柱此时在洗杂流速的控制下刚好洗杂完成，进入洗脱段，成为洗脱工段的最后一根柱，此时可以通过控制洗脱流速使得洗脱段的原第一根也同时洗脱结束，移入再生段的最后一根进行再生，再生段的第一根也再生完毕，开始吸附了。这样通过控制各个工段的流速，可以使得离交过程的四个工段保持同样的节奏进行工作。
酶转化NTP指将原料经酵母转化而得到的NTP，该方法是本领域普通技术人员公知的技术。
流速受各工段条件的影响，原则是保证各工段同步运行，本领域普通技术人员可根据树脂的状态调整流动相的流速。
本发明相比现有技术具有如下优点：
本发明运用连续离子交换技术由于提高了树脂的利用率，减少了树脂用量，运用一种阴离子交换树脂进行分离纯化，工艺步骤简单；洗脱液浓度变高，洗杂效果好，减少了洗脱剂和洗杂剂的用量；同时酸、碱等再生剂由于提高了利用率而用量减小，同时也减少了酸、碱的排放。
表1固定床和连续离交***性能参数得比较(相同产能)
本发明突破国内外同行对5’-核苷三磷酸分离纯化方式的模式化，将离子交换与纳滤膜分离相结合，节约了脱盐和浓缩的步骤可以直接进行结晶纯化。使得本发明的分离纯化技术简便易行，效果佳，不仅其设备投资、运行成本低廉，而且可以根据分离量的多少，实现从公斤级到吨级的分离。通过本发明所得产品在产品收率和产品质量方面都获得了极好的结果，保证了产品品质。
附图说明
图1是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态1的示意图。
图2是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态2的示意图。
图3是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态3的示意图。
图4是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态4的示意图。
图5是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态5的示意图。
图6是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态6的示意图。
图7是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态7的示意图。
图8是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态8的示意图。
图9是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态9的示意图。
图10是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态10的示意图。
图11是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态11的示意图。
图12是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态12的示意图。
图13是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态13的示意图。
图14是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态14的示意图。
图15是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态15的示意图。
图16是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态16的示意图。
图17是本发明连续分离5’-核苷三磷酸的离子交换装置处于状态17的示意图。
具体实施方式
通过下列实施实例进一步定义本发明，实施实例是为说明而非限制本发明。本领域中任何普通技术人员能够理解这些实施实例不以任何方式限制本发明，可做适当的修改而不违背本发明的实质和偏离本发明的范围。
以下实施例中所采用的连续离子交换***是指有多根离子交换柱串联的连续操作的离子交换***，即通过组合式阀门将离子交换过程中的吸附、洗杂、洗脱和再生不同工段之间的按顺序切换，将吸附段离子交换柱在树脂吸附饱和后立刻移出吸附段送入洗杂段进行洗杂，洗杂结束后立刻移出洗杂段送入洗脱段进行洗脱，洗脱完成后立刻移出洗脱段送入再生段进行再生，再生清洗完成后立刻移出再生段送入吸附段再进行吸附，如此循环的操作过程，且每个工段的第1根离子交换柱的状态切换同步进行，并至少保证有一根离子交换柱处于吸附阶段。
实施例1
采用16根离子交换柱构成连续离交***，吸附段为5根，洗杂段为3根，洗脱段为3根，再生段为5根。每根离交柱装填30g树脂(311型)，离交柱的直径为1.5厘米，高度为25厘米。处理料液为酶转化的5’-核苷三磷酸清液用去离子水稀释到10g/L后，用盐酸调节料液pH值2.3，吸附流速为2.5ml/min，吸附容量为0.22g/g湿树脂；洗杂溶液为pH 5.0的0.075mol/L NaCl溶液，洗杂流速为5ml/min，洗杂至无杂质为止(用HPLC检测确定洗杂段第一根离子交换柱无杂质流出为单根离子交换柱洗杂液用量标准)；洗脱液为pH7.0的1.0mol/LNaCl，洗脱流速为2ml/min，洗脱完全(用HPLC检测确定洗脱段第一根离子交换柱洗脱完全为单根离子交换柱冼脱液用量标准)，洗脱液用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜同步纳滤浓缩脱盐后结晶、干燥，得到纯度为97.5％的5’-核苷三磷酸，收率在91.0％。以浓度为1M的盐酸和1M的氢氧化钠按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用去离子水淋洗。
实施例2
待处理料液为酶转化的5’-核苷三磷酸清液用去离子水稀释到8g/L后，吸附树脂型号为301，采用16根离子交换柱构成连续离交***，吸附段为4根，洗杂段为4根，洗脱段为3根，再生段为5根。每根离交柱装填1000g树脂，离交柱的径高比为1∶5。用盐酸调节料液pH值2.2，吸附流速为20ml/min，吸附容量为0.24g/g湿树脂；洗杂溶液为pH 2.0的0.05mol/L NaCl溶液，洗杂流速为40ml/min，洗杂至无杂质为止(用HPLC检测确定洗杂段第一根离子交换柱无杂质流出为单根离子交换柱洗杂液用量标准)；洗脱液为pH7.0的1.0mol/L NaCl，洗脱流速为10ml/min，洗脱完全(用HPLC检测确定洗脱段第一根离子交换柱洗脱完全为单根离子交换柱冼脱液用量标准)，洗脱液用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜同步纳滤浓缩脱盐后结晶、干燥，得到纯度为98.2％的5’-核苷三磷酸，收率在91.5％。以浓度为1.0M的盐酸和1.0M的氢氧化钠按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用去离子水淋洗。
实施例3
待处理料液为酶转化的5’-核苷三磷酸清液用去离子水稀释到11g/L后，吸附树脂型号为311，采用16根离子交换柱构成连续离交***，吸附段为4根，洗杂段为4根，洗脱段为3根，再生段为5根。每根离交柱装填1Kg树脂，离交柱的径高比为1∶5。用盐酸调节料液pH值2.4，吸附流速为25ml/min，吸附容量为0.25g/g湿树脂；洗杂溶液为pH 2.0的0.075mol/L NaCl溶液，洗杂流速为50ml/min，洗杂至无杂质为止(用HPLC检测确定洗杂段第一根离子交换柱无杂质流出为单根离子交换柱洗杂液用量标准)；洗脱液为pH7.0的1.0mol/LNaCl，洗脱流速为15ml/min，洗脱完全(用HPLC检测确定洗脱段第一根离子交换柱洗脱完全为单根离子交换柱冼脱液用量标准)，洗脱液用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜同步纳滤浓缩脱盐后结晶、干燥，得到纯度为98.3％的5’-核苷三磷酸，收率在92.0％。以浓度为1.2M的盐酸和1.2M的氢氧化钠按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用去离子水淋洗。
实施例4
待处理料液为酶转化的5’-核苷三磷酸清液用去离子水稀释到12g/L后，吸附树脂型号为301，采用16根离子交换柱构成连续离交***，吸附段为5根，洗杂段为3根，洗脱段为3根，再生段为5根。每根离交柱装填500g树脂，离交柱的径高比为1∶5。用盐酸调节料液pH值2.5，吸附流速为10ml/min，吸附容量为0.24g/g湿树脂；洗杂溶液为pH 2.0的0.05mol/L NaCl溶液，洗杂流速为20ml/min，洗杂至无杂质为止(用HPLC检测确定洗杂段第一根离子交换柱无杂质流出为单根离子交换柱洗杂液用量标准)；洗脱液为pH7.0的1.0mol/LNaCl，洗脱流速为5ml/min，洗脱完全(用HPLC检测确定洗脱段第一根离子交换柱洗脱完全为单根离子交换柱冼脱液用量标准)，洗脱液用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜同步纳滤浓缩脱盐后结晶、干燥，得到纯度为98.3％的5’-核苷三磷酸，收率在91.4％。以浓度为1.5M的盐酸和1.5M的氢氧化钠按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用去离子水淋洗。
实施例5
待处理料液为酶转化的5’-核苷三磷酸清液用去离子水稀释到12g/L后，吸附树脂型号为311，采用16根离子交换柱构成连续离交***，吸附段为4根，洗杂段为4根，洗脱段为3根，再生段为5根。每根离交柱装填1Kg树脂，离交柱的径高比为1∶5。用盐酸调节料液pH值2.2，吸附流速为25ml/min，吸附容量为0.25g/g湿树脂；洗杂溶液为pH 2.0的0.075mol/LNaCl溶液，洗杂流速为50ml/min，洗杂至无杂质为止(用HPLC检测确定洗杂段第一根离子交换柱无杂质流出为单根离子交换柱洗杂液用量标准)；洗脱液为pH7.0的1.0mol/LNaCl，洗脱流速为15ml/min，洗脱完全(用HPLC检测确定洗脱段第一根离子交换柱洗脱完全为单根离子交换柱冼脱液用量标准)，洗脱液用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜同步纳滤浓缩脱盐后结晶、干燥，得到纯度为98.1％的5’-核苷三磷酸，收率在92.6％。以浓度为1.2M的盐酸和1.2M的氢氧化钠按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用去离子水淋洗。
Claims (10)
1、一种连续分离5’-核苷三磷酸的方法，其特征在于该方法采用连续离子交换***和纳滤的组合技术分离酶转化5’-核苷三磷酸，具体方法是将酶转化的5’-核苷三磷酸清液泵入装有阴离子离子交换树脂的连续离子交换***中进行吸附，采用pH2～14，浓度在0.001M～2M之间的无机盐溶液以适当的流速泵入连续离子交换***进行洗杂、洗脱；用截留分子量为150～300道尔顿的纳滤膜将离子交换洗脱液同步浓缩和脱盐，结晶干燥。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于连续离子交换***是指由多根离子交换柱串联的连续操作的离子交换***，即通过组合式阀门将离子交换过程中的吸附、洗杂、洗脱和再生不同工段按顺序切换，将吸附段离子交换柱在树脂吸附饱和后立刻移出吸附段送入洗杂段进行洗杂，洗杂结束后立刻移出洗杂段送入洗脱段进行洗脱，洗脱完成后立刻移出洗脱段送入再生段进行再生，再生清洗完成后立刻移出再生段送入吸附段再进行吸附，如此循环的操作过程，且每个工段的第1根离子交换柱的状态切换同步进行，并保证至少有一根离子交换柱处于吸附阶段。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于由多根离子交换柱串联的连续操作的离子交换***是指由6～60根固定床离子交换柱组成。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于5’-核苷三磷酸的酶转化清液上样浓度为1～30g/L。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于无机盐溶液是氯化钠、氯化铵或硫酸铵溶液。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于用于洗脱的无机盐溶液浓度为0.1M～2M。
7、根据权利要求2所述的方法，其特征在于以浓度为0.2～2M的酸和碱按先酸后碱的顺序泵入需再生的离子交换柱进行再生，再生完成后用去离子水淋洗。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于酸是盐酸或硫酸，碱是氢氧化钠或氨水。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于阴离子离子交换树脂的型号为301型、302型、303型、311型、312型或313型。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于洗杂溶液pH值2～8，洗脱溶液pH值2～6。
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