CN114350729B - 一种基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:先收集啤酒酿酒过程中产生的啤酒酵母废渣;再采用破壁剂进行酶转化;将酶转化后的酵母进行水解反应;对水解后的混合液进行去蛋白超滤,将超滤液经脱盐液脱盐浓缩后进行上柱吸附出核苷酸;对核苷酸进行分级洗脱,分别收集出尿苷二磷酸UDP、腺苷三磷酸ATP以及尿苷三磷酸UTP;回收腺苷三磷酸ATP以及未转化的尿苷三磷酸UTP;并对尿苷二磷酸UDP进行纳滤浓缩,将得到的浓缩液进行脱色吸附,得到尿苷二磷酸UDP吸附液;对尿苷二磷酸UDP吸附液进行结晶干燥,得到尿苷二磷酸UDP粉;对尿苷二磷酸UDP粉进行真空包装,完成尿苷二磷酸的制备。
Description
技术领域
本发明属于尿苷二磷酸产品制备技术领域,具体为一种基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺。
背景技术
啤酒废酵母中含有丰富的营养物质,含有近50%的蛋白质,并含有人体必需的各种氨基酸,还可以从中提取细胞色素c、核酸、谷胱甘肽(GSH)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、辅酶A(CoA)等,目前只能用于饲料的添加剂,如何更高附加值的研发是迫在眉睫的一项工作。近年来我国啤酒工业发展迅速,2015年达4715万吨。啤酒酵母是啤酒生产的主要副产物,约占啤酒产量1.5%,其中仅有40%左右的酵母被回收利用,其余的60%都被废弃掉。啤酒废酵母用于三磷酸腺苷ATP等核苷酸类似物的生产是附加值较高的利用方式,但同样存在着酵母利用率低,废酵母酶液无法再处理,资源浪费的问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供了一种基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺,以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,包括以下步骤:
S1、收集啤酒在酿酒过程中产生的啤酒酵母废渣;
S2、采用苯扎溴铵和季磷盐的混合物作为破壁剂,进行啤酒酵母的酶转化;
S3、酶转化后的酵母采用碱水解的方式进行水解反应;
S4、将水解后的混合液进行去蛋白超滤,得到超滤液;
S5、超滤液经脱盐液脱盐浓缩后,进行上柱吸附出核苷酸;
S6、核苷酸进行分级洗脱,分别收集出尿苷二磷酸UDP、腺苷三磷酸ATP以及尿苷三磷酸UTP;
S7、对腺苷三磷酸ATP以及未转化的尿苷三磷酸UTP进行回收;
S8、对尿苷二磷酸UDP进行纳滤浓缩,得到浓缩液;
S9、将浓缩液进行脱色吸附,得到尿苷二磷酸UDP吸附液;
S10、尿苷二磷酸UDP吸附液在45℃的温度条件下进行结晶干燥,得到尿苷二磷酸UDP粉;
S11、对尿苷二磷酸UDP粉进行真空包装,完成尿苷二磷酸的制备。
具体的,所述S2中,合适的破壁剂为苯扎溴铵和缩醛基改性季磷盐的混合物,优选地,苯扎溴铵和季磷盐的质量比为1:0.05-0.15。
所述的缩醛基改性的季磷盐的分子结构为:
ROCH2OCH2CH2P(R1)(R2)(R3)X,其中R=C1~C22烷基,R1、R2、R3独立地选自=C1~C4烷基,X=Cl、Br、HSO4中的一种或几种。
具体的,所述S3中,碱水解的方式中水解的pH调节剂为NaOH,选用原则如下表所示,pH在10-12的范围内。
具体地,所述S5中,超滤时依据滤膜孔径大小为10nm-20μm。
具体地,所述S7中,采用离子交换柱分离技术利用人工合成的离子交换树脂作为交换剂,将核苷酸从发酵液中交换到离子交换树脂上。
具体地,所述S8中,在脱盐和浓缩的纳滤过程中,目标产物离子形态的损失不超过2%。
具体地,所述S9中,脱色吸附时采用脱色素填料。
与现有技术相比,本发明提供了一种基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺,具备以下有益效果:
该基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺,通过综合利用酵母胞内酶反应技术、膜分离技术、离子交换技术、色谱分离技术等技术手段联产出满足市场需求的绿色型尿苷二磷酸UDP,同时副产出ATP和UTP,实现了UTP、UDP、ATP同体系联产。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺的酵母酶转化HPLC图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例一:
一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,包括以下步骤:
S1、收集啤酒在酿酒过程中产生的啤酒酵母废渣;
S2、采用苯扎溴铵和季磷盐的混合物作为破壁剂,进行啤酒酵母的酶转化;
S3、酶转化后的酵母采用碱水解的方式进行水解反应;
S4、将水解后的混合液进行去蛋白超滤,得到超滤液;
S5、超滤液经脱盐液脱盐浓缩后,进行上柱吸附出核苷酸;
S6、核苷酸进行分级洗脱,分别收集出尿苷二磷酸UDP、腺苷三磷酸ATP以及尿苷三磷酸UTP;
S7、对腺苷三磷酸ATP以及未转化的尿苷三磷酸UTP进行回收;
S8、对尿苷二磷酸UDP进行纳滤浓缩,得到浓缩液;
S9、将浓缩液进行脱色吸附,得到尿苷二磷酸UDP吸附液;
S10、尿苷二磷酸UDP吸附液在45℃的温度条件下进行结晶干燥,得到尿苷二磷酸UDP粉;
S11、对尿苷二磷酸UDP粉进行真空包装,完成尿苷二磷酸的制备。
具体的,所述S2中,合适的破壁剂为苯扎溴铵和缩醛基改性季磷盐的混合物,优选地,苯扎溴铵和季磷盐的质量比为1:0.05-0.15。
所述的缩醛基改性的季磷盐的分子结构为:
ROCH2OCH2CH2P(R1)(R2)(R3)X,其中R=C1~C22烷基,R1、R2、R3独立地选自=C1~C4烷基,X=Cl、Br、HSO4中的一种或几种。
由于啤酒酵母中含有丰富的营养物质,含有近50%的蛋白质,并含有人体必需的各种氨基酸,还可以从中提取细胞色素c、核酸、谷胱甘肽(GSH)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)、辅酶A(CoA),本申请使用苯扎溴铵和缩醛基改性的季磷盐的混合物进行破壁,进行酶转化,提高了联产工艺中间产品的UDP含量。
在本申请使用了特定的破壁剂后,对酶转化工艺没有特别要求,在不违背本申请发明构思的基础上,任何已知的破壁剂均能用于本申请中。啤酒酵母的酶转化工艺是已知的,比如可以使用添加葡萄糖、尿苷一磷酸、磷酸氢钠、磷酸二氢钠作为原料。作为一种示意性的举例,酶转化反应可以使用葡萄糖、磷酸二氢钠、啤酒酵母废渣、尿苷一磷酸作为原料,各原料的比例关系是已知的,技术人员可以根据实际的反应需要对各物质原料进行调整。
破壁剂的添加料为发酵物料质量总和的2-5wt%,进一步优选地,为2.5-4%。当使用上述质量范围内的破壁剂时,酶转化阶段,即可生成尿苷二磷酸UDP,大幅提高了反应效率,而不再需要设置进一步的降解程序来使得尿苷三磷酸来降解得到尿苷二磷酸。
发酵反应可以根据已有的技术进行跟踪,根据预设的反应条件来实现对反应的精确可控,终止反应的方法是已知的,比如调节pH。啤酒酵母发酵制备尿苷磷酸的方法和工艺是已知的,此处不再赘述。
为了证实本申请破壁剂的实验效果,本申请设置实施例实施例1-7验证本申请中破壁剂的效果,具体实验结果见下表(经历步骤S2后的中间产物):
其中,实施例3-7中,季磷盐的结构式为:C3H7OCH2OCH2CH2P(CH3)3Cl;其中,C3H7为正丙基;
如图1所示,图中(实施例5)peak1为UDP,peak2为UTP,纯度98.33%。上述实验证明,使用本申请破壁剂可以在发酵过程中直接生成尿苷二磷酸,一步反应,大幅提高了工艺效率。
具体的,所述S3中,碱水解的方式中水解的pH调节剂为NaOH,选用原则如下表所示,pH在10-12的范围内。碱水解可以进一步提高尿苷二磷酸的产率和纯度,本申请设置了实施例8-10对碱水解条件进行了验证,其中,步骤S1和步骤S2的酶转化反应的条件同实施例5。
具体的,所述S3中,尿苷三磷酸UTP向尿苷二磷酸UDP转化后,啤酒酵母中的UDP含量高于80%,进一步优选地,啤酒酵母中的UDP含量高于90%;最优选地,啤酒酵母中的UDP含量高于95%。
具体的,所述S5中,超滤时依据滤膜孔径大小为10nm-20μm。
合适的孔径大小可以提高分离效率,如果孔径过小,则造成产物浪费;如果孔径过大,则造成产物分离效率低,产物纯度不足。
具体的,所述S7中,采用离子交换柱分离技术利用人工合成的离子交换树脂作为交换剂,将核苷酸从发酵液中交换到离子交换树脂上。
具体的,所述S10中,在脱盐和浓缩的纳滤过程中,确定适宜的pH,用于保证目标产物离子形态的低透过率,损失不超过2%。
具体的,所述S9中,脱色吸附时采用脱色素填料,用于提高结晶收率。
基于上述实施例所述的基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺,采用了微生物发酵***,型号BC-21,工作容积150L,其稳定的自动发酵工艺用于本发明的酶液发酵;二氧化碳摇床实验***,品牌Cl imo-Shaker型号1SF1-XC,转速50-300rpm,工作环境温度4-45℃,用于发酵和酶液培育;液相色谱***,Waters 2695型号ZQ-LC-MS,其在原来2690和2790的分离模块基础之上进行了大量设计革新,能保持一天24小时、一周7天的长时间持续运转,且保证设备仪器的耐用性和可靠性,控温范围为5℃至65℃,充分保证酶液样品的稳定性;同时选用分光光度计(UV-5200PC)、离子交换柱(HJ-5P)、电位测定仪(ZD-2)等多台套实验室试验检测配套设备和COD测定仪(5B-3A)等水污染环境监测仪器利用ATP生产的优良酵母酶系联产UTP,发现能够实现UMP-5%,UDP-15%,UTP-80%的转化,将分离的混和液进行水解试验,发现在碱性条件下能够实现UDP含量高于80%,将为后续分离纯化提供优良的基础条件,由于废酵母已经提前分离,可以用于蛋白饲料等用途,这种路线将能够实现废酵母联产UDP的同时,开发UTP纯化路线,还能够实现副产品ATP和UTP的生产。
本发明的有益效果是:该基于多技术融合的尿苷二磷酸制备工艺,通过综合利用酵母胞内酶反应技术、膜分离技术、离子交换技术、色谱分离技术等技术手段联产出满足市场需求的绿色型尿苷二磷酸UDP,同时副产出ATP和UTP,实现了UTP、UDP、ATP同体系联产。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1、收集啤酒在酿酒过程中产生的啤酒酵母废渣;
S2、采用苯扎溴铵和季磷盐的混合物作为破壁剂,进行啤酒酵母的酶转化,破壁剂的添加量为发酵物料质量总和的2-5wt%,酶转化反应使用葡萄糖、磷酸二氢钠、啤酒酵母废渣、尿苷一磷酸作为原料;
S3、酶转化后的酵母采用碱水解的方式进行水解反应;
S4、将水解后的混合液进行去蛋白超滤,得到超滤液;
S5、超滤液经脱盐液脱盐浓缩后,进行上柱吸附出核苷酸;
S6、核苷酸进行分级洗脱,分别收集出尿苷二磷酸UDP、腺苷三磷酸ATP以及尿苷三磷酸UTP;
S7、对腺苷三磷酸ATP以及未转化的尿苷三磷酸UTP进行回收;
S8、对尿苷二磷酸UDP进行纳滤浓缩,得到浓缩液;
S9、将浓缩液进行脱色吸附,得到尿苷二磷酸UDP吸附液;
S10、尿苷二磷酸UDP吸附液在45℃的温度条件下进行结晶干燥,得到尿苷二磷酸UDP粉;
S11、对尿苷二磷酸UDP粉进行真空包装,完成尿苷二磷酸的制备;
具体的,所述S2中,合适的破壁剂为苯扎溴铵和缩醛基改性季磷盐的混合物;所述的缩醛基改性的季磷盐的分子结构为:
ROCH2OCH2CH2P(R1)(R2)(R3)X,其中R=C1~C22烷基,R1、R2、R3独立地选自=C1~C4烷基,X=Cl、Br、HSO4中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,所述S3中,碱水解的方式中pH在10-12的范围内。
3.根据权利要求1所述的一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,所述S3中,碱水解的方式中pH调节剂为NaOH。
4.根据权利要求1所述的一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,所述S5中,超滤时依据滤膜孔径大小为10nm-20μm。
5.根据权利要求1所述的一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,所述S7中,采用离子交换柱分离技术利用人工合成的离子交换树脂作为交换剂,将核苷酸从发酵液中交换到离子交换树脂上。
6.根据权利要求1所述的一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,所述S8中,在脱盐和浓缩的纳滤过程中,目标产物离子形态的损失不超过2%。
7.根据权利要求1所述的一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,所述S9中,脱色吸附时采用脱色素填料。
8.根据权利要求1所述的一种利用啤酒酵母废渣生产尿苷二磷酸、腺苷三磷酸和尿苷三磷酸的联产制备工艺,其特征在于,苯扎溴铵和季磷盐的质量比为1:0.05-0.15。
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