專利名稱：一種同時生產(chǎn)葡萄糖酸和r(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法。
背景技術(shù)：
已知，葡萄糖酸是化工、醫(yī)藥、食品等產(chǎn)品的重要中間體，可被用來生產(chǎn)葡萄糖酸的衍生物，也可直接作為一種產(chǎn)品，用在乳品工業(yè)上防止乳石沉淀，用在食品配方中作為酸味劑，也用來配制家用或工廠用清洗劑，織物加工和金屬加工的助劑等等。葡萄糖酸的鈣鹽、鋅鹽、亞鐵鹽、鉍鹽及其它鹽類已廣泛用于化學治療等用途。葡萄糖酸的金屬絡(luò)合物在堿性體系中廣泛用作金屬離子的掩蔽劑。以葡萄糖酸為原料化學合成葡萄酸的各種鹽是制備葡萄糖酸鹽的重要方法之一?，F(xiàn)有技術(shù)中，生產(chǎn)葡萄糖酸的主要方法有生物發(fā)酵法、均相化學氧化法、電解氧化法及多相催化氧化法。其中，生物發(fā)酵法是利用微生物的氧化作用將葡萄糖合成葡萄糖酸， 可以分為真菌發(fā)酵、細菌發(fā)酵、霉菌發(fā)酵、固定化細胞和固定化酶發(fā)酵法。生物發(fā)酵法的不足是，其需要培養(yǎng)菌種，篩選菌種，滅菌等諸多過程，對溫度要求較為嚴格，副產(chǎn)物多，周期較長，且生產(chǎn)的葡萄糖酸過程中因加入菌體等物質(zhì)，影響葡萄糖酸的產(chǎn)品純度，因而其發(fā)展需要解決很多技術(shù)問題。均相化學氧化法有二種，一是通過調(diào)整反應(yīng)條件為強堿性條件，把葡萄糖的醛基氧化成羧基；二是加入氫離子接受體，葡糖糖向葡萄糖酸的Carmizarrol機理轉(zhuǎn)化。均相化學氧化法需要嚴格控制催化劑的有效成份在反應(yīng)液中的濃度，對溫度、溶液PH有依賴性，中間步驟多，副產(chǎn)物多，產(chǎn)物難于分離，且作為催化劑的鹽難以再生，產(chǎn)率較低，反應(yīng)時間較長，對環(huán)境污染較大。電解氧化法是在電解槽中加入一定濃度的葡萄糖溶液，再加入適宜的電解質(zhì)，在一定的溫度，電壓和恒定的電流密度下將葡萄糖電解氧化成葡萄糖酸。電解氧化法克服了生物發(fā)酵法和均相化學氧化法的副產(chǎn)物多、過程多等缺點，但其在工業(yè)生產(chǎn)中能耗大，條件不易控制。多相催化氧化法是在液相葡萄酸溶液中，加入負載金屬的固相催化劑，然后通入氧氣作為氧化劑，從而把葡萄糖氧化得到葡萄糖酸。該方法只需一步反應(yīng)就可以合成葡萄糖酸，并且反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)率高，副產(chǎn)物少和產(chǎn)品易分離等特點，但反應(yīng)溶液需要保持在堿性，影響產(chǎn)品提純，且催化劑在使用過程中活性組份易流失， 其失效催化劑的貴金屬也難遇回收。另外還已知，R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯是一個非常重要的手性化合物，其是合成HMG-CoA還原酶抑制劑、L-Carnitine和(R) _4_氨基-3-羥基丁酸(GABOB)以及 L-Carnitine的中間體。HMG-CoA還原酶抑制劑可以控制膽固醇的生物合成。L-Carnitine 是運送長鏈脂肪酸通過細胞膜進入線粒體代謝，以產(chǎn)生能量的運輸工具，它常作為營養(yǎng)補充品供運動員用，也常用于嬰幼兒的營養(yǎng)品中。GABOB是Y-氨基丁酸的收縮劑，該類藥物可以用于控制一些臨床反應(yīng)，例如精神分裂癥、癲癇癥等。目前文獻報道的R(-)-4-氰基-3 羥基丁酸乙酯的合成路徑主要是生物法和化學法，其中生物法主要是通過水解酶或腈水解酶選擇性水解手性二氰化合物得到，該方法所得產(chǎn)物ee值達不到要求，且條件苛刻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(_) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法。為解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
一種同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法，其特征在于該方法包括如下步驟
(1 )、制酶以大腸桿菌為出發(fā)菌株，依次經(jīng)過篩選菌種，培養(yǎng)，離心分離，破壁處理，最后用硫酸銨對菌種進行收集處理得到酶；
(2)、酶催化反應(yīng)將葡糖糖、R(-)_3-氰基-3羥基丁酸乙酯以及乙酸丁酯投入反應(yīng)釜中，再將步驟(1)所制備的酶投入反應(yīng)釜中，溫度控制30 V 35°C，用氨水調(diào)節(jié)pH值為6 7，并且反應(yīng)過程中流加氨水以使體系pH始終保持在6 7，反應(yīng)60 75小時結(jié)束，獲得含有葡萄糖酸氨和R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯的產(chǎn)物體系；
(3)、產(chǎn)物提取對步驟(2)所得產(chǎn)物體系進行萃取分離，獲得含有葡萄糖酸氨的水溶液和含有R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液，其中，將所述含有葡萄糖酸氨的水溶液依次進行脫色、陰離子交換柱分離和陽離子交換柱分離，分離所得交換液進行脫色， 中和、濃縮、結(jié)晶獲得純度在95wt%以上的葡萄糖酸；所述含有R(_) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液經(jīng)蒸餾處理獲得純度大于98wt%的R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯。優(yōu)選地，步驟(1)中，所述篩選菌種根據(jù)微生物誘變技術(shù)和原生質(zhì)體融合技術(shù)來篩選。步驟(1)的一個具體過程為把大腸桿菌的培養(yǎng)基成分加入到種子罐中，119°C 122°C 滅菌30 60分鐘，接入篩選的菌種，于30°C 35°C下培養(yǎng)M小時后進行離心分離，對菌種進行破壁處理，用硫酸銨把菌種中的酶進行收集。步驟(2)中，葡糖糖、R(-)_3-氰基-3羥基丁酸乙酯以及酶的投料重量比優(yōu)選為 1 :1. 8 2. 2 0. 15 0. 25，最優(yōu)選為 1 2 :0. 2。步驟(3)中，所采用的陰離子交換柱可以為701陰離子交換柱，陽離子交換柱可以為732陽離子交換柱。由于上述技術(shù)方案的采用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點
發(fā)明人意外的發(fā)現(xiàn)，從大腸桿菌中提取出的酶能夠有效催化R(-)-3-氰基-3羥基丁酸乙酯和葡萄糖反應(yīng)生成R(_) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯和葡萄糖酸，經(jīng)過簡單的提純處理后，可以獲得純度大于98%的葡萄糖酸和e. e值大于98%的R(-) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯產(chǎn)品。R(-) -3-氰基-3羥基丁酸乙酯是獲得R(-) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的反應(yīng)底物，采取本發(fā)明方法，原料全部轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，在減少有機廢水產(chǎn)生的同時降低成本。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進一步詳細的說明
本實施例提供一種同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R (-) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法，其包括如下步驟
(1)、制酶把大腸桿菌的培養(yǎng)基成分加入種子罐中，121°C滅菌30分鐘，接入篩選的大腸桿菌的菌種，30°C 35°C下培養(yǎng)M小時后進行離心分離，對菌種進行破壁處理，用硫酸銨把菌種中的酶進行收集，其中，篩選是根據(jù)微生物誘變技術(shù)和原生質(zhì)體融合技術(shù)來篩選， 本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)當了解如何去具體實施，在此將不再贅述。(2)、酶催化反應(yīng)將125公斤葡糖糖、250公斤R(_)_3_氰基_3羥基丁酸乙酯以及250公斤體積乙酸丁酯投入反應(yīng)釜中，再將步驟(1)所制備的酶25公斤投入反應(yīng)釜中， 溫度控制30°C 35°C，用氨水調(diào)節(jié)pH值為6 7，并且反應(yīng)過程中流加氨水以使體系pH始終保持在6 7，反應(yīng)72小時結(jié)束，獲得含有葡萄糖酸氨和R(_) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的產(chǎn)物體系。(3)、產(chǎn)物提取對步驟(2)所得產(chǎn)物體系進行萃取分離，獲得含有葡萄糖酸氨的水溶液和含有R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液，其中，將所述含有葡萄糖酸氨的水溶液依次進行脫色、701陰離子交換柱分離和732陽離子交換柱分離，分離所得交換液采用活性炭進行脫色，中和、濃縮、結(jié)晶獲得純度在95% (GC)以上的葡萄糖酸；含有R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液經(jīng)蒸餾處理獲得黃色液體，蒸餾溫度先 700C，然后是120°C，黃色液體經(jīng)核磁共振測試確證為R(-) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯，HPLC 純度大于98%。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1 )、制酶以大腸桿菌為出發(fā)菌株，依次經(jīng)過篩選菌種，培養(yǎng)，離心分離，破壁處理，最后用硫酸銨對菌種進行收集處理得到酶；(2)、酶催化反應(yīng)將葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羥基丁酸乙酯以及乙酸丁酯投入反應(yīng)釜中，再將步驟(1)所制備的酶投入反應(yīng)釜中，溫度控制30°C 35°C，用氨水調(diào)節(jié)pH值為6 7，并且反應(yīng)過程中流加氨水以使體系pH始終保持在6 7，反應(yīng)60 75小時結(jié)束，獲得含有葡萄糖酸氨和R(_) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的產(chǎn)物體系；(3)、產(chǎn)物提取對步驟(2)所得產(chǎn)物體系進行萃取分離，獲得含有葡萄糖酸氨的水溶液和含有R(“) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液，其中，將所述含有葡萄糖酸氨的水溶液依次進行脫色、陰離子交換柱分離和陽離子交換柱分離，分離所得交換液進行脫色， 中和、濃縮、結(jié)晶獲得純度在95wt%以上的葡萄糖酸；所述含有R(_) -4-氰基-3羥基丁酸乙酯的乙酸丁酯溶液經(jīng)蒸餾處理獲得純度大于98wt%的R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法， 其特征在于步驟(1)中，所述篩選菌種根據(jù)微生物誘變技術(shù)和原生質(zhì)體融合技術(shù)來篩選。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法，其特征在于步驟(1)的具體過程為把大腸桿菌的培養(yǎng)基成分加入到種子罐中， 119°C 122°C滅菌30 60分鐘，接入篩選的菌種，于30°C 35°C下培養(yǎng)M小時后進行離心分離，對菌種進行破壁處理，用硫酸銨把菌種中的酶進行收集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)_4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法， 其特征在于步驟(2)中，葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羥基丁酸乙酯以及酶的投料重量比為1 1. 8 2. 2 0. 15 0. 25。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法， 其特征在于步驟(2)中，葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羥基丁酸乙酯以及酶的投料重量比為1 2 0. 2。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種同時生產(chǎn)葡萄糖酸和R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯的方法，其包括(1)、制酶以大腸桿菌為出發(fā)菌株，依次經(jīng)過篩選菌種，培養(yǎng)，離心分離，破壁處理，最后用硫酸銨對菌種進行收集處理得到酶；(2)、酶催化反應(yīng)將葡糖糖、R(-)-3-氰基-3羥基丁酸乙酯以及乙酸丁酯投入反應(yīng)釜中，再將步驟(1)所制備的酶投入反應(yīng)釜中，溫度控制30℃～35℃，用氨水調(diào)節(jié)pH值為6～7，并且反應(yīng)過程中流加氨水以使體系pH始終保持在6～7，反應(yīng)60～75小時結(jié)束，獲得含有葡萄糖酸氨和R(-)-4-氰基-3羥基丁酸乙酯的產(chǎn)物體系；以及(3)產(chǎn)物提取。采取本發(fā)明方法，原料全部轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，可在減少有機廢水產(chǎn)生的同時降低成本。
文檔編號C12P13/00GK102286554SQ201110151690
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月8日
發(fā)明者浦軍平, 王平, 蘇理, 陳云剛 申請人:張家港市華昌藥業(yè)有限公司