一种以DAOC发酵液为原料制备7-ADCA的工艺的制作方法

一种以daoc发酵液为原料制备7
‑
adca的工艺
技术领域
1.本发明属于生物活性成分分离提取及一种化合物的制备技术领域，更具体地涉及一种从生物发酵液中提取分离daoc及制备化合物7
‑
adca的方法。


背景技术：

2.７
‑
氨基脱乙酰氧基头孢烷酸（7
‑
adca）是人工合成半合成抗生素头孢菌素，如头孢羟氨苄、头孢氨苄和头孢拉定等的主要起始原料。其分子结构如下：７
‑
氨基脱乙酰氧基头孢烷酸（7
‑
adca）是一种制备3位功能化缺失的特殊头孢菌素中使用的底物。目前，其国内制备方法主要是化学法为主，专利cn101735246 以及文献( 刘东志，曲红梅，张天永.7
‑
adca 的合成进展[j] 国外医药抗生素分册，1998，19(4) ：267
‑
268.) 中公开了该法的基本工艺路线，首先是以青霉素g为原料，在氧化剂的作用下，氧化为青霉素亚砜，然后，是青霉素亚砜扩环重排为头孢菌素g，为了防止脱羧或其它副反应的发生，在扩环前需要将青霉素亚砜通过酯化反应转化为青霉素亚砜酯。最后，裂解头孢菌素g 生成7
‑
adca，目前多采用生物酶裂解头孢菌素g的工艺。这种制备工艺，需用到强化剂，制备风险较大，污染性较高，成本较大，而且扩环和水解率受酯化剂的影响，产率较低。国外早先有报道使用生物技术生产7
‑
adca，美国
‑
麦克公司发布了一种制备7
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adca的新的生物方法，专利号为cn92112278，其介绍了利用产黄青霉基因重组，得到daoc发酵液，然后笼统的介绍了利用生物酶裂解得到7
‑
adca，其过程并未介绍以daoc为底物如何进行生产得到7
‑
adca，并且也没有介绍如何进行分离纯化。西班牙莱昂公司其专利号为cn1357051a公开了一种利用生物法制备7
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adca的生产工艺，介绍了以daoc为底物生产7
‑
adca的过程，但是制备过程中需要利用对daoc先浓缩，然后，利用有机溶剂进行结晶，得到纯度不高的daoc结晶体，再利用两步酶法，结合强氧化剂进行裂解，最后利用有机物进行分离纯化，此过程虽然简化了原有的生产工艺，但是生产中，过程仍然比较复杂，仍需要用到有机溶剂和强氧化剂，而且产品的纯度和收率比较低。
[0003]
基于上述情况，设计发明一种制备7
‑
adca的新方法是非常有必要的。
[0004]


技术实现要素：
为解决上述问题，克服现有技术的不足，本发明提供了一种从生物发酵液中提取分离daoc及制备化合物7
‑
adca的方法。利用两种大孔树脂串柱法对daoc发酵液进行处理，得到纯度较高的daoc，再利用固定化酶对其进行催化，得到产品7
‑
adca。本制备工艺简单易实施，对于工业应用来讲具有重大进步。
[0005]
为了实现上述目的，本技术采取的技术方案如下：
一种以daoc发酵液为原料制备7
‑
adca的工艺，具体步骤如下：（1）daoc发酵液预处理：发酵液调节ph至7
‑
11，高速离心，除去不溶性大颗粒杂质，再调ph为2.5
‑
5，得预处理液，放置备用；（2）选用两种大孔吸附树脂串柱对预处理液进行初步提取，得解析液；（3）采用阴离子交换树脂对步骤（2）得到得解析液进行脱色处理；（4）用一步酰化酶裂解转化为7
‑
adca；（5）活性炭脱色；（6）调节ph值，结晶。
[0006]
daoc发酵液主要物质为daoc，少量的ocdac，由于菌种的基因改造，还有一些培养基，菌丝体，蛋白质氨基酸等。
[0007]
在步骤（1）中调到碱性的目的，破坏菌丝体，使daoc完全溶于液体之中，通过离心把不溶物除掉。调到酸性，要控制在物质的等电点之上，既要有利于物质不析出，而且也要有利于树脂非极性特点对物质吸附。
[0008]
所述步骤（2）中选用两种大孔吸附树脂串柱，具体为装载有相对较大孔径吸附树脂的预柱和装载有相对较小孔径吸附树脂的吸附柱串联；第一种吸附树脂孔径较大，比表面积较小，能吸附如蛋白质等可溶性大分子杂质；第二种树脂孔径适中，比表面积较大，能够吸附较多的所提取的物质，而且除去大多数的盐类等小分子物质。
[0009]
第一种大孔树脂除去的是可溶性蛋白多肽等大分子物质，第二种树脂除去的是小分子物质，和一些未知的极性分子的物质，和绝大部分盐类所述的相对较大孔径吸附树脂dm1180，苯乙烯
‑
二乙烯苯，比表面为300
‑
450
㎡
/g，孔径为12
‑
16nm，料液上柱体积为树脂的25
‑
30倍；如果料液处理量较少，收率则较低，物料损失较大，如果处理量较大，达不到除杂目的，所以，上柱量需要适中。
[0010]
预柱选择dm1180树脂是由于，此种树脂比表面和孔径大小合适，既能够除去杂质又能够不吸附有效物质所述的相对较小孔径吸附树脂为dm700，骨架为苯乙烯
‑
丙烯酸，比表面为1200
‑
1400
㎡
/g，孔径为5
‑
7nm，吸附量为45
‑
50mg/ml。
[0011]
吸附柱选择dm700，是由于此种树脂的特性既有利于吸附有效物质，又能除去大部分杂质，而且还能够起到层析的作用，只用廉价的碳酸氢钠即可解析下来。
[0012]
由于dm1180树脂的特性，如果上柱量过少，即会吸附杂质，又会吸附有效物质，根据杂质和有效物质的极性特点，需要过量上柱，让更多的杂质把已经吸附的daoc顶下来，这样一来，就要控制好物质的上柱量。所以，两种树脂的搭配要合理。
[0013]
所述的步骤（2）中两种大孔吸附树脂串柱对处理液进行初步提取，其处理工艺如下：a, 在预柱中装填dm1180树脂，在吸附柱中装填dm700后，将预柱的出料口连接吸附柱的进料口，安装完毕，备用；b，将预处理液从预柱的进料口进料，从吸附柱的出料口出料，预处理液流速保持在1
‑
3bv/h，预处理液上柱完毕后；再将水从预柱的进料口灌入，进行水洗，水洗体积为2
‑
6bv，流速1
‑
3bv/h；水洗完毕后，再进行解析，将解析剂0.4%碳酸氢钠从吸附柱进料口灌入，
对吸附柱进行解析，解析量为3
‑
5bv，解析流速0.2
‑
2bv/h，得到解析液；所述第（2）步：dm1180和dm700两种树脂的体积比为1:10
‑
15。
[0014]
所述第（3）步：阴离子交换树脂为艾美科健（中国）生物医药有限公司生产的lka53树脂，其脱色处理工艺具体为上柱液为dm700树脂解析液，脱色液为澄清泛黄色，解析剂为0.5
‑
1%乙酸钠，收集脱色液合并解析液，daoc物料纯度为97
‑
99.9%。
[0015]
所述第（4）步：酶解过程中所使用的酶为艾美科健（中国）生物医药有限公司生产的一步酶lkz126固定化酰化酶，酶载体为环氧基大孔吸附树脂，载体比表面为45
‑
60
㎡
/g，湿树脂的环氧值为380
‑
460umol/g，在固定化过程中，先在低温0
‑
5℃下吸附游离酰化酶，增大载体对其吸附量，而后逐渐升高温度至25
‑
30℃促进环氧基和氨基结合，反应15
‑
20h，酶活为150
‑
200u/g，投酶量约为10u/g，反应时间为30
‑
90min，温度为5
‑
20℃，ph为7.0
‑
8.5，所用试剂为一定浓度的氨水溶液，转化率为98
‑
99.99%。
[0016]
进一步地，所述第（5）步：活性炭的加入量为0.1
‑
0.5%，活性炭种类为303、313和306，脱色时间为0.5
‑
1.5h。
[0017]
进一步地，所述第（6）步：结晶所用酸为5
‑
20%的盐酸或者硫酸，滴加时间0.5
‑
1.5h，温度0
‑
10℃，加入0.01
‑
0.2%亚硫酸钠或亚硫酸氢钠溶液为抗氧化剂。
[0018]
解决的第一个技术问题是：现有的生产制备7
‑
adca的方法，使用两步酶，过程复杂，收率低，产品纯度低，直接分离纯化得到纯度较高的daoc，再经过一步酶法制备了7
‑
adca；解决的第二个技术问题是：生产过程中需要使用大量的有机溶剂，导致大量含有溶剂的废水产生，排放污染环境，回收成本高难度大；解决的第三个技术问题是：传统的7
‑
adca制备方法，会使用双氧水等强氧化剂，不易操作，操作过程危险，对操作人身体有危害。
[0019]
解决的第四个技术问题是：传统的7
‑
adca制备方法，daoc发酵液分离纯化度不高，裂解酶使用寿命有限。
[0020]
解决的第五个技术问题是：d型氨基己二酸
‑7‑
adca的一步法无法去除氨基乙二酸侧链。
[0021]
解决的第六个技术问题是：传统的工艺，利用大孔吸附树脂不能得到纯度较高的daoc料液。
[0022]
本发明的有益效果是：
①
本发明采用两种大孔吸附树脂和阴离子交换树脂相结合的处理方法，对daoc发酵液进行粗提，精提和脱色，树脂可以多次使用，环保，工艺操作简单；
②
本发明在daoc提取过程中，可直接达到高纯度料液98
‑
99%，不需要浓缩结晶，简化工艺。
[0023]
③
传统的裂解酶为两步酶，过程较为复杂，需要使用强氧化剂和有机溶剂，本发明仅需用一步酶，就能脱除d型氨基己二酸
‑7‑
adca的侧链，而且操作过程简单，转化率较高，可达99.9%。
[0024]
④
在固定化过程中，先在低温0
‑
5℃下吸附游离酰化酶，增大载体对其吸附量，而后逐渐升高温度至25
‑
30℃促进环氧基和氨基结合，反应15
‑
20h，这样利用吸附和键合的方法，可提高固定化酶的活性，和使用寿命。
[0025]
⑤
传统7
‑
adca制备过程中，daoc料液纯度较低影响裂解酶的使用寿命，本发明，底物daoc纯度较高，裂解酶使用寿命可达1000
‑
1200批次。
[0026]
⑥
产品纯化后7
‑
adca含量较高，质量含量为99%以上,纯度可达99.5%以上。
[0027]
⑦
传统的大孔吸附树脂解析剂为乙酸钠，不但价格昂贵而且解析液杂质较多，而我们所用解析剂为碳酸氢钠，解析料液，纯度更高，解析效果更好。
[0028]
⑧
daoc发酵液的提取率高，可达95%以上，7
‑
adca产品的总收率为46
‑
48%，得到7
‑
adca产品的纯度较高，可达99.5%以上，含量可达99%以上。
[0029]
⑨
整套工艺相比现有的化学法工艺节约三分之一的价格成本。
附图说明
[0030]
图1为实施例2所制备产品的高效液相色谱图；图2为实施例1步骤（2）分离得到得daoc的高效液相色谱图。
[0031]
具体实施方式：在本发明的描述中具体细节仅仅是为了能够充分理解本发明的实施例，但是作为本领域的技术人员应该知道本发明的实施并不限于这些细节。另外，公知的结构和功能没有被详细的描述或者展示，以避免模糊了本发明实施例的要点。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0032]
本发明的具体实施方式：下列案例中，预柱的树脂体积为40ml，吸附柱的树脂体积为500ml。
[0033]
实施例一：（1）发酵结束后，取1.5l的daoc发酵液，加入4mol/l的氢氧化钠溶液，调节发酵液 ph=11，离心转速8000，去除不溶性大颗粒物质，用一定的水清洗离心固体，得上清液和清洗液的混合料液，调节料液ph=3.5，放置备用；（2）选用大孔吸附树脂对处理液进行初步提取：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的dm1180大孔吸附树脂（40ml，比表面为450
㎡
/g，孔径为16nm，）为预柱，dm700树脂（500ml，比表面为1360
㎡
/g，孔径为6nm,）为吸附柱，上柱液为预处理液，上柱量1.3l（25.74g），吸附流速1.0bv/h，水洗4bv的水，流速1bv/h，吸附量为51.28mg/ml，解析剂为质量分数0.4%碳酸氢钠，解析量为3.5bv，解析流速0.5bv/h，解析收率为99.01%，树脂收率为98.63%，产品daoc纯度99.73%（其高效液相色谱图见图2）；（3）采用阴离子交换树脂对解析液进行脱色处理：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的lka53阴离子交换树脂，上柱液为大孔吸附树脂的解析液，调节ph=9，吸附流速3bv/h，解析剂为0.8%氯化钠，脱色率90%，daoc收率98.5%，收集脱色液和解析液混合体积为1.0l，备用；（4）酶解：酰化酶采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的lkz126酰化酶，称取湿态的固定化酶（酶活128u/ml）78.13g，投入1.0l的脱色混合液中，ph控制在8.0
‑
8.2之间，转速为300r/min，温度为0
‑
10℃，反应时间为45min，转化率为98.92%。7
‑
adca产品纯度为98.22%；（5）活性炭脱色：取303活性炭1.0g，加入酶解液中，再加入0.2g亚硫酸氢钠，低温下搅拌30
‑
80min，过滤，加入10ml冷水清洗活性炭，合并混合液。
[0034]
（6）7
‑
adca产品结晶：取上述活性炭脱色液混合液1.03l，低温5℃，滴加15%盐酸，到ph=5.6，停止加酸，减慢搅拌速度，半小时后再加酸到ph=5.2，低温静置，养晶6h，抽滤，滤饼加入三倍体积丙酮淋洗，晾干。产品纯度：99.13%，质量含量99.56%。
[0035]
实施例二（1）发酵结束后，取1.5l的daoc发酵液，加入4mol/l的氢氧化钠溶液，调节发酵液 ph=9.5，离心转速10000，去除不溶性大颗粒物质，用一定的水清洗离心固体，得上清液和清洗液的混合料液，调节料液ph=4.0，放置备用；（2）选用大孔吸附树脂对处理液进行初步提取：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的dm1180大孔吸附树脂（45ml，比表面为450
㎡
/g，孔径为12nm）为预柱，dm700树脂为（520ml，比表面为1280
㎡
/g，孔径为8nm，）吸附柱，上柱液为预处理液，上柱量1.4l（27.72g），吸附流速1.5bv/h，水洗6bv的水，流速1bv/h，吸附量为55.22mg/ml，解析剂为0.6%碳酸氢钠，解析量为3.0bv，解析流速0.5bv/h，解析收率为98.6%，树脂收率为98.21%，产品daoc纯度97.32%；（3）采用阴离子交换树脂对解析液进行脱色处理：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的d947阴离子交换树脂，上柱液为大孔吸附树脂的解析液，调节ph=9，吸附流速3bv/h，解析剂为0.5%氯化钠，脱色率93%，daoc收率98.6%，收集脱色液和解析液混合体积为1.1l，备用；（4）酶解：酰化酶采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的lkz126酰化酶，称取湿态的固定化酶（酶活121u/ml）83g，投入1.1l的脱色混合液中，ph控制在8.4
‑
8.6，转速为300r/min，温度为0
‑
10℃，反应时间为50min，转化率为97.6%。7
‑
adca产品纯度为97.89%；（5）活性炭脱色：取313活性炭1.0g，加入酶解液中，再加入0.2g亚硫酸氢钠，低温下搅拌30
‑
80min，过滤，加入10ml冷水清洗活性炭，合并混合液。
[0036]
（6）7
‑
adca产品结晶：取上述活性炭脱色液混合液1.03l，低温5℃，滴加15%盐酸，到ph=5.6，停止加酸，减慢搅拌速度，半小时后再加酸到ph=5.2，低温静置，养晶6h，抽滤，滤饼加入三倍体积丙酮淋洗，晾干。产品纯度：99.60%，质量含量99.23%，其高效液相色谱图及数据见图1。
[0037]
实施例三（1）发酵结束后，取1.5l的daoc发酵液，加入4mol/l的氢氧化钠溶液，调节发酵液 ph=10.8，离心转速10000，去除不溶性大颗粒物质，用一定的水清洗离心固体，得上清液和清洗液的混合料液，调节料液ph=3.0，放置备用；（2）选用大孔吸附树脂对处理液进行初步提取：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产dm1180大孔吸附树脂（40ml，比表面为350
㎡
/g，孔径为14nm）为预柱，dm700树脂为（480ml，比表面为1200
㎡
/g，孔径为7nm，）吸附柱，上柱液为预处理液，上柱量1.1l（20.92g），吸附流速3bv/h，水洗6bv的水，流速3bv/h，吸附量为39.42mg/ml，解析剂为0.5%乙酸钠，解析量为3.0bv，解析流速0.5bv/h，解析收率为98.6%，树脂收率为95.56%，产品daoc纯度98.32%；（3）采用阴离子交换树脂对解析液进行脱色处理：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的d947阴离子交换树脂，上柱液为大孔吸附树脂的解析液，调节ph=9，吸附流速3bv/h，解析剂为0.5%氯化钠，脱色率92.56%，daoc收率97.68%，收集脱色液和解析液
混合体积为1.15l，备用；（4）酶解：酰化酶采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的头孢lkz126酰化酶，称取湿态的固定化酶（酶活130u/ml）88.46g，投入1..15l的脱色混合液中，ph控制在8.2
‑
8.4，转速为300r/min，温度为0
‑
5℃，反应时间为30min，转化率为98.12%。7
‑
adca产品纯度为98.22%；（5）活性炭脱色：取303活性炭1.0g，加入酶解液中，再加入0.2g亚硫酸氢钠，低温下搅拌30
‑
80min，过滤，加入10ml冷水清洗活性炭，合并混合液。
[0038]
（6）7
‑
adca产品结晶：取上述活性炭脱色液混合液1.03l，低温5℃，滴加15%盐酸，到ph=5.6，停止加酸，减慢搅拌速度，半小时后再加酸到ph=5.2，低温静置，养晶6h，抽滤，滤饼加入三倍体积丙酮淋洗，晾干。产品纯度：99.41%，质量含量98.82%。
[0039]
实施例四：（1）发酵结束后，取1.5l的daoc发酵液，加入4mol/l的氢氧化钠溶液，调节发酵液 ph=11，离心转速8000，去除不溶性大颗粒物质，用一定的水清洗离心固体，得上清液和清洗液的混合料液，调节料液ph=5.0，放置备用；（2）选用大孔吸附树脂对处理液进行初步提取：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的dm1180大孔吸附树脂（35ml，比表面为450
㎡
/g，孔径为16nm，）为预柱，dm700树脂（550ml，比表面为1300
㎡
/g，孔径为9nm,）为吸附柱，上柱液为预处理液，上柱量1.5l（29.72g），吸附流速2.5bv/h，水洗4bv的水，流速2.5bv/h，吸附量为54.63mg/ml，解析剂为质量分数0.4%碳酸氢钠，解析量为5.0bv，解析流速1.0bv/h，解析收率为99.36%，树脂收率为91.32%，产品daoc纯度97.33%；（3）采用阴离子交换树脂对解析液进行脱色处理：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的lka53阴离子交换树脂，上柱液为大孔吸附树脂的解析液，调节ph=9，吸附流速3bv/h，解析剂为1.0%氯化钠，脱色率93%，daoc收率97.5%，收集脱色液和解析液混合体积为1.25l，备用；（4）酶解：酰化酶采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的lkz126酰化酶，称取湿态的固定化酶（酶活135u/ml）92.59g，投入1.25l的脱色混合液中，ph控制在8.0
‑
8.2之间，转速为300r/min，温度为5
‑
10℃，反应时间为50min，转化率为99.00%。7
‑
adca产品纯度为97.72%；（5）活性炭脱色：取303活性炭1.0g，加入酶解液中，再加入0.2g亚硫酸氢钠，低温下搅拌30
‑
80min，过滤，加入10ml冷水清洗活性炭，合并混合液。
[0040]
（6）7
‑
adca产品结晶：取上述活性炭脱色液混合液1.03l，低温5℃，滴加15%盐酸，到ph=5.6，停止加酸，减慢搅拌速度，半小时后再加酸到ph=5.2，低温静置，养晶6h，抽滤，滤饼加入三倍体积丙酮淋洗，晾干。产品纯度：98.99%，质量含量98.66%。
[0041]
实施例五：（1）发酵结束后，取1.5l的daoc发酵液，加入6mol/l的氢氧化钠溶液，调节发酵液 ph=11，离心转速9000，去除不溶性大颗粒物质，用一定的水清洗离心固体，得上清液和清洗液的混合料液，调节料液ph=4.0，放置备用；（2）选用大孔吸附树脂对处理液进行初步提取：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的dm1180大孔吸附树脂（38ml，比表面为450
㎡
/g，孔径为15nm，）为预柱，
dm700树脂（490ml，比表面为1360
㎡
/g，孔径为7nm,）为吸附柱，上柱液为预处理液，上柱量1.24l（24.65g），吸附流速1.0bv/h，水洗3.5bv的水，流速1bv/h，吸附量为48.63mg/ml，解析剂为质量分数0.4%碳酸氢钠，解析量为3.5bv，解析流速0.5bv/h，解析收率为99.01%，树脂收率为97.66%，产品daoc纯度99.23%；（3）采用阴离子交换树脂对解析液进行脱色处理：树脂采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的lka53阴离子交换树脂，上柱液为大孔吸附树脂的解析液，调节ph=9，吸附流速2.8bv/h，解析剂为0.6%氯化钠，脱色率95%，daoc收率97.55%，收集脱色液和解析液混合体积为1.2l，备用；（4）酶解：酰化酶采用艾美科健（中国)生物医药有限公司生产的lkz126酰化酶，称取湿态的固定化酶（酶活130u/ml）92.31g，投入1.2l的脱色混合液中，ph控制在8.0
‑
8.4之间，转速为300r/min，温度为4
‑
8℃，反应时间为40min，转化率为99.35%。7
‑
adca产品纯度为98.53%；（5）活性炭脱色：取303活性炭1.0g，加入酶解液中，再加入0.2g亚硫酸氢钠，低温下搅拌60min，过滤，加入10ml冷水清洗活性炭，合并混合液。
[0042]
（6）7
‑
adca产品结晶：取上述活性炭脱色液混合液1.03l，低温5℃，滴加15%盐酸，到ph=5.6，停止加酸，减慢搅拌速度，半小时后再加酸到ph=5.2，低温静置，养晶6h，抽滤，滤饼加入三倍体积丙酮淋洗，晾干。产品纯度：99.21%，质量含量98.86%。