从Actinoplanes utahensis ZJB-08196发酵液中分离提取阿卡波糖工艺的研究

论文摘要

阿卡波糖是一种用于治疗Ⅱ型糖尿病的口服降糖类糖苷酶抑制药物。凭借其高安全性,良好的药动力学性质和低毒性,它在降低血糖的同时,还具有减轻血糖波动、预防心血管疾病的发生、调节体内脂类代谢等益处,自上市以来便成为治疗Ⅱ型糖尿病的理想药物。但是研究阿卡波糖发酵分离方面的工作还不够充分,对于分离理论研究不够,而且工艺方面的研究也不够充分和系统。本论文的主要目的是较系统地分析阿卡波糖在阳离子交换树脂上的吸附平衡、动力学、热力学和固定床传质行为,并且探索一条从Actinoplanes utahensis ZJB-08196发酵液中提取阿卡波糖的工艺路线。静态实验表明,阿卡波糖在自然pH条件下在五种研究用树脂上的吸附量最大。当体系pH值低于阿卡波糖的pKa1值和高于pKa2值后的吸附量减小。不同温度的吸附平衡实验表明,五种树脂对阿卡波糖吸附量的大小顺序为001×4>HZ016>001×7>HZ001>PT151,阿卡波糖在五种树脂上的吸附量均随温度的升高而升高,但是HZ016随温度的升高吸附量增加不多。不同温度条件下拟合得到的ln（qe/Ce）对qe曲线和范得霍夫曲线,得出五种研究用树脂对阿卡波糖的吸附过程ΔG<0,ΔH>0,ΔS>0,表明该吸附过程吸热,能自发进行,不需要外加能量。Langmuir方程是研究本体系等温吸附线的最佳模型。搅拌吸附动力学实验数据通过Pseudo-first-order、Pseudo-second-order和颗粒内扩散模型进行模拟可以看出,阿卡波糖在树脂活性位点上的吸附过程速率较快,对吸附过程速率影响较小,即吸附过程不受化学反应控制。而颗粒内扩散模型能很好地拟合实验数据,通过拟合得到了三个阶段吸附速率常数,它们随着时间不断减小,说明吸附刚开始速率较快,但随时间吸附过程变慢,扩散阻力越来越大。固定床穿透实验表明,初始浓度、操作流速和床层高径比等因素对固定床吸附过程有影响。随着进样浓度的增加,一定床层高径比的床层的动态吸附量有所增加;随着床层高度的增加或流速的降低,固定床穿透曲线变陡峭,床层效率得到提高。五种研究所用树脂中HZ001和HZ016较其他三种树脂传质区短,穿透曲线更为陡峭,床层的利用率高。而001×4、001×7和PT151床层传质区长,穿透曲线更平缓,床层的利用率低。利用醇沉和脱盐两道工艺对发酵液进行预处理,发酵液蛋白去除率达到89.45%,糖分去除率达88.14%,脱盐率达95.77%,最终纯度达到23.64%。这些杂质的去除大大减小了对阿卡波糖在阳离子交换树脂上的吸附的干扰,经过预处理相对于不经预处理的发酵液在研究所用树脂上的吸附量提高了数倍。初步提取实验揭示,HZ001效果最好,其固定床吸附量623.0 mg/g,固定床吸附量占最大吸附容量百分比81.29%,蛋白去除率98.52%,糖分去除率86.36%,脱色率95.36%,纯化率87.93%和收率97.86%。精制层析实验结果表明,PT151提高纯度效果最佳,其固定床吸附量为348.2mg/g,占其最大吸附量百分比为88.78%,纯化率87.42%,收率为91.30%。实验考察了经预处理的发酵液经五种阳离子交换树脂固定床层析后,目标物经阴离子树脂中和、进一步提取、阴离子树脂中和、干燥,最终收率为87.88%,终产品纯度为87.36%。基于前面的研究结果,本文探索出了一条简便提取阿卡波糖的方法,其工艺流程通过筛选到的两种阳离子交换树脂联合应用于提取阿卡波糖,相对于传统工艺提取方法具有操作步骤少,产物总回收率高等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阿卡波糖的研究进展
• 1.2.1 阿卡波糖的性质
• 1.2.2 阿卡波糖的主要合成方法
• 1.2.2.1 化学合成
• 1.2.2.2 生物合成
• 1.2.3 阿卡波糖的分离研究进展
• 1.2.3.1 膜分离
• 1.2.3.2 离子交换层析法
• 1.2.3.3 工艺路线
• 1.3 本课题的主要研究内容及意义
• 参考文献
• 第二章 静态树脂的筛选及理论研究
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 实验材料与仪器
• 2.2.1.1 试剂与材料
• 2.2.1.2 仪器
• 2.2.2 树脂选用、预处理及物理性能测定
• 2.2.2.1 树脂选用
• 2.2.2.2 树脂预处理及物理性质测定
• 2.2.3 静态吸附平衡实验
• 2.2.4 吸附量计算方法
• 2.2.5 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 树脂的选用
• 2.3.1.1 pH对吸附的影响
• 2.3.1.2 温度对吸附的影响
• 2.3.2 热力学函数的计算
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 吸附动力学及固定床传质过程研究
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 分析方法
• 3.2.3 静态搅拌动力学实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 吸附动力学研究
• 3.3.1.1 Pseudo-first-order模型和Pseudo-second-order模型
• 3.3.1.2 颗粒内扩散模型
• 3.3.1.3 初始浓度对内扩散的影响
• 3.3.2 穿透曲线
• 3.3.2.1 进样浓度的影响
• 3.3.2.2 流速的影响
• 3.3.2.3 床层高径比的影响
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 从发酵液中提取阿卡波糖
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料与仪器
• 4.2.1.1 主要实验试剂与材料
• 4.2.1.2 主要实验仪器
• 4.2.2 分析方法
• 4.2.2.1 料液效价的测定
• 4.2.2.2 料液色值的测定
• 4.2.2.3 总糖含量的测定
• 4.2.2.4 蛋白质含量的测定
• 4.2.2.5 紫外（UV）检测
• 4.2.3 实验方法
• 4.2.3.1 发酵液预处理
• 4.2.3.2 固定床层析实验
• 4.2.3.3 阴离子中和实验
• 4.2.3.4 浓缩干燥
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 发酵液预处理
• 4.3.1.1 醇沉
• 4.3.1.2 脱盐
• 4.3.1.3 预处理结果
• 4.3.2 初步提取
• 4.3.3 进一步提取
• 4.3.4 工艺流程
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结论与展望
• 攻读硕士学位期间发表论文情况
• 致谢