[发明专利]酶法生产氨基葡萄糖盐及其提纯方法

说明书

本发明公开了酶法生产氨基葡萄糖盐及其提纯方法，属于生物工程技术领域。本发明以N‑乙酰氨基葡萄糖为原料，经过脱乙酰酶水解得到氨基葡萄糖和乙酸，再通过酸溶液洗脱阳离子交换柱分离得到氨基葡萄糖盐，同时通过阴离子交换回收得到副产品乙酸钠。所得氨基葡萄糖盐经过浓缩、结晶、脱色、干燥得到高纯度的氨基葡萄糖盐晶体。本发明结合了酶的循环利用工艺、残余底物循环回收工艺和乙酸回收工艺，在提升N‑乙酰氨基葡萄糖的转化率和氨基葡萄糖盐产品总得率的同时，使酶得到循环利用，使残余底物循环得到充分转化，乙酸得到资源化利用，并通过常温下的操作条件，使树脂损耗率低，盐酸废液产生量极少，实现了节能降耗的经济效益和环保安全的效果。

技术领域

本发明涉及酶法生产氨基葡萄糖盐及其提纯方法，属于生物工程技术领域。

背景技术

氨基葡萄糖(GlcNAc)是一种重要的氨基己糖，由葡萄糖的一个羟基被氨基取代形成，易溶于水及亲水性溶剂。广泛存在于自然界，化学名称为：2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，通常以N-乙酰基衍生物(如甲壳素)或以N-硫酸酯和N-乙酰-3-O-乳酸醚(胞壁酸)形式存在于微生物、动物来源的多糖和结合多糖中。氨基葡萄糖盐酸盐，分子量215.5Da，白色结晶，无气味，略有甜味，易溶于水，微溶于甲醇，不溶于乙醇等有机溶剂。氨基葡萄糖分子不是很稳定，容易发生氧化或降解。可以制备为氨基葡萄糖盐，如氨基葡萄糖盐酸盐、氨基葡萄糖硫酸盐、氨基葡萄糖磷酸盐和氨基葡萄糖丙酮酸盐等，其稳定性可得到显著提升。氨基葡萄糖对人体具有重要的生理功能，参与肝肾解毒，发挥抗炎护肝补肾作用，对治疗风湿性关节炎症和胃溃疡有良好的疗效，是合成抗生素和抗癌药物的主要原料，还可应用于食品，化妆品和饲料添加剂中。

目前GlcNAc的生产方法主要有三大类：化学法、酶法和微生物法。天然原料如虾蟹壳和真菌细胞壁含有较丰富的几丁质，通过酸水解或酶水解后才能得到氨基葡萄糖单体。酶法主要是通过几丁质酶专一性水解几丁质，涉及的酶主要包括内切几丁质酶、外切几丁质酶、β-N-乙酰己糖胺酶和脱乙酰酶。几丁质经酶水解后可以得到氨基葡萄糖单体。

随着基因工程、代谢工程和合成生物学的快速发展，利用重组微生物可以直接以葡萄糖为底物生物合成得到GlcNAc，产物浓度甚至可以超过100g/L，这为GlcNAc的大规模生产奠定了良好的基础。利用微生物发酵法生产氨基葡萄糖具有转化率高、产物浓度高和生产周期短等优势。然而，目前提取氨基葡萄糖的原料主要为虾蟹壳和微生物发酵液，无论是发酵液还是酶水解产物，反应后得到主产物的同时均伴随有各种副产物的生成和未反应完全的残余物。因此，针对不同的原料，需要开发相应的氨基葡萄糖提取工艺。但目前实际生产过程中的提取方法往往存在工艺路线复杂、分离效率低、能耗高、环境污染大等缺点。

以富含乙酰氨基葡萄糖的液体或几丁质水解液为原料时，脱去分子中的乙酰基是提取工作的第一步，脱乙酰的方法主要有酸水解法和酶水解法。酸水解需消耗大量的无机酸，在后续的提取过程中又需要加入大量的碱液以中和之前加入的无机酸液，使提取过程中会产生大量的盐。提取过程的酸、碱消耗量大，产生大量难处理的高盐废水。而酶法脱乙酰的方法则无需使用大量酸、碱溶液，因此受到越来越多的青睐。

ZL2016112278411(公开号CN 106831894 B)公开了一种脱乙酰基耦合吸附分离D-氨基葡萄糖盐酸盐的方法，该方法以乙酰氨基葡萄糖发酵液为出发原料，通过陶瓷膜分离去除微生物菌体，再通过活性炭脱色以及离子交换树脂去除培养基中的残余盐分，得到乙酰氨基葡萄糖，再通过酸性阳离子交换柱在91℃条件下实现脱乙酰反应和吸附，反应时间约为120min，通过盐酸洗脱后获得氨基葡萄糖盐酸盐。由于涉及的反应温度超过90℃，处理过程中易产生色素物质，离子交换树脂易破碎损耗。