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D—苯丙氨酸是一种具有很高药用价值的非天然氨基酸。作为现今“四大明星药物”——抗肿瘤药、心脑血管药、减肥药及降血糖药的合成原料和重要中间体,D—苯丙氨酸目前已成为国际市场急需的高附加值新产品。
目前国内外D—苯丙氨酸的制备方法主要有化学不对称拆分法和生物酶法。其中化学不对称拆分法制备D—苯丙氨酸是传统的生产方法,该法不仅工艺控制复杂,所用拆分剂价格昂贵,而且产物易消旋,故难以得到高光学纯度的D—苯丙氨酸。生物酶法主要有氨基酰化酶法(木瓜蛋白酶法、猪肾酰化酶法)、海因酶法、D—蛋氨酸酰胺酶法等。传统的生物酶法制备D—苯丙氨酸都首先要求对底物进行衍生化,反应步骤多,生产周期长,成本高、收率低。
本文利用紫外诱变筛选出的具有较高苯丙氨酸脱氨酶活力的巨大芽孢杆菌(Bacillus magterium)AS1.127-NJU10发酵培养后的菌体,直接拆分DL—苯丙氨酸,制得高光学纯度的 D—苯丙氨酸。该法克服了化学拆分法成本高昂,工艺复杂,产物不纯的缺陷;弥补了传统生物酶法必须将底物衍生化的缺憾,工艺简单,成本低廉。此法目前国内外尚未见报道,具有非常重要的“科技创新、产业化”意义。
本文以亲株巨大芽孢杆菌AS1.127为出发菌株,经紫外诱变后,筛选出一株具有较高苯丙氨酸脱氨酶活力的突变株AS1.127-NJU10,其产生的苯丙氨酸脱氨酶活力比亲株AS1.127的提高了1.5倍。
本文研究了AS1.127-NJU10最佳发酵产酶条件。考察了培养基中不同碳源、氮源、无机盐、无机离子对发酵过程中生物量和酶活的影响。确定了最佳碳源为蔗糖,氮源为NH4Cl和酵母浸膏,无机盐为KCl和MgSO4;并对以上五个因素按正交设计表L18(35)进行试验,得出最佳发酵培养基配方为(g/L):蔗糖20、NH4Cl10、酵母浸膏2.0、KCl1.0、MgSO41.0、L—Phe1.0(或DL—Phe2.0)。
本文采用优化后的发酵培养基对AS1.127-NJU10进行发酵培养,改变发酵条件,考察不同条件对发酵过程中生物量及酶活的影响。确定了该菌产酶的最佳发酵条件为:初始pH6.5,摇床转速200r/min,接种量10%(v/v),温度32℃,培养时间24h。
本文考察了不同拆分条件对AS1.127-NJU10菌株苯丙氨酸脱氨酶活性的影响,重点研究了温度、pH、缓冲液、无机离子、表面活性剂与菌体酶活的关系。得到了光学拆分DL—苯丙氨酸的最佳反应条件为:pH5.8磷酸缓冲体系,反应温度40℃,反应液中添加1.5%(g/100mL)DL—苯丙氨酸、2.0‰(v/v)吐温—80和10-5mol/L K+。
本文对影响菌体拆分DL—苯丙氨酸拆分率的因素如菌体投入量、底物DL—苯丙氨酸浓度及摇床转速进行了研究。得到了最佳拆分工艺条件为:温度40℃,pH5.8磷酸缓冲体系,反应液中含DL—苯丙氨酸1.5%(g/100mL)、吐温—802.0‰(v/v),K+10-5mol/L,每50mL反应液中添加湿菌体1.0g。在上述条件下,酶活达1913U。170r/min,振荡反应12h后,拆分完全。
本文进行了菌体重复利用试验。结果表明:菌体可连续用于拆分反应3~5次。第五次反应仍能对DL—苯丙氨酸进行完全拆分,但同样条件下,反应时间延长至20h。
拆分产物经JK008阳离子交换树脂柱分离精制,收率达73%。精制产品比旋光[α]20D=+34.4°(c=2.0,H2O),IR鉴定确认为D—苯丙氨酸。