透明质酸生产工艺

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玻尿酸生产工艺

玻尿酸生产工艺

玻尿酸生产工艺
玻尿酸是一种常见的填充物,广泛应用于医疗美容领域。

其生产工艺是一个复杂的过程,需要多个步骤和技术的支持。

首先,玻尿酸的原料是由葡萄糖、酵母等发酵得到的透明质酸。

这些原料通过一系列的处理步骤,如过滤、脱色、离子交换等,得到高纯度的透明质酸。

接下来,高纯度透明质酸会被加入到反应釜中,与交联剂进行反应。

交联剂可以是多种化合物,如1,4-丁二醛、二氧化硅等。

反应的条件包括温度、pH值、反应时间等,需要严格控制。

反应完成后,得到的产物是一种凝胶状物质,需要经过多次洗涤、过滤、干燥等处理步骤,最终得到玻尿酸产品。

这些产品可以根据不同的粒径、交联度等特性,被用于不同的医疗美容领域。

总的来说,玻尿酸生产工艺是一个需要高度技术支持和严格控制的过程。

只有在生产过程中保证了高纯度、高质量的产品,才能满足医疗美容领域对于玻尿酸的严格要求。

鸡冠中透明质酸的提取(精简版)

鸡冠中透明质酸的提取(精简版)

鸡冠中透明质酸的提取鸡冠中透明质酸的提取文章标题:鸡冠中透明质酸的提取透明质酸是一种酸性粘多糖,广泛用于眼科手术和化妆品。

用蒸馏水提取、氯仿去蛋白、乙醇沉淀和纯化可以从鸡冠中获得透明质酸。

透明质酸;粘多糖;提取;纯化1引言透明质酸(Hyaluronicacid)简称HA,是一种酸性粘多糖,广泛存在于动物的组织细胞间质和某些细菌的荚膜中。

Meyer和Palmer 等人于34年从牛眼玻璃体中分离出的一种高粘性物质,并随之命名为透明质酸。

Kendell等于37年从细菌体内提取到HA。

在临床上,透明质酸用于视网膜脱离手术,是眼科手术中必备的药品;同时,透明质酸是理想的保湿因子,广泛用于化妆品中。

HA的生产工艺主要分为两大类,以动物组织为原料的提取法和细菌发酵法。

几乎所有的动物组织中均含有HA,只是含量不同,能够用于生产的原料主要为鸡冠和人脐带。

从鸡冠中生产透明质酸具有广阔的市场。

1工艺流程2操作要点2.1预处理新鲜公鸡冠,投入丙酮中,浸泡h至鸡冠变硬为止,然后置瓷盘中于干燥箱干燥,干燥后用粉碎机粉碎成粉状。

2.2提取将粉状物倒入烧杯中,加入6~7倍去离子水,搅拌均匀,静置浸泡过夜,使鸡冠粉充分溶胀,收集滤液,滤渣再按同样方法浸泡两次,合并滤液。

2.3除杂物将滤液移入烧杯中,不断搅拌加入10%的固体乙酸钠,完全溶解后,加入等体积的氯仿、正丁醇溶液(氯仿:正丁醇为4:1),搅拌三小时左右,然后静置分层,虹吸出上层水相(注意千万不可吸出氯仿、正丁醇)。

2.4沉淀将上述水相倒入另一烧杯中,不断搅拌加入2倍体积的95%乙醇,静置沉淀过夜,虹吸出上层乙醇溶液(可回收乙醇),过滤得沉淀物,干燥后即为HA粗品。

2.5分离将粗品溶于4倍体积的0.1摩尔/升乙酸钠溶液中,搅拌下用2%的三氟乙酸调节溶液的pH值至4.5~5.0,加入等体积的氯仿、正丁醇溶液,搅拌均匀,静置分层后,虹吸收集上层水相,再往水相中加等体积的氯仿、正丁醇溶液,静置分层后,吸出上层水相,移入另一烧杯中。

透明质酸不同分子量的制备

透明质酸不同分子量的制备

透明质酸不同分子量的制备嘿,朋友们!今天咱们来聊聊透明质酸不同分子量的制备,那可就像烹饪不同等级的美食一样有趣呢。

先说说低分子量透明质酸的制备。

这就像是把一个大胖子变成小瘦子的过程。

我们可以采用酶解法,想象一下,那些酶就像是一群小小的剪刀手,咔嚓咔嚓,把原本长长的透明质酸分子链剪成一段一段的小片段,就这么把高分子量的透明质酸给剪成低分子量的啦,是不是很神奇?接着是中等分子量透明质酸的制备。

这个呀,有点像修剪花园里的灌木丛。

化学降解法就派上用场啦。

就好比拿着特制的化学“剪刀”,按照我们想要的大小,把透明质酸分子修剪得规规矩矩,不多不少,刚好是中等分子量,这可是个技术活,就像园丁精心打理花园一样。

然后是高分子量透明质酸的制备。

这可就像搭建超级摩天大楼。

微生物发酵法是个很棒的手段。

微生物们就像一群勤劳的小工匠,一点点地把原料合成,构建出长长的透明质酸分子链,那分子链就像大楼的钢梁一样,越长越高,最后就得到了高分子量的透明质酸,感觉这些微生物超厉害呢。

要是制备超高分子量透明质酸啊,那简直是在创造巨人。

我们可以通过物理交联法,这就像用超级胶水把很多小的透明质酸分子粘在一起,粘成一个超级大的分子,这个大分子就像一个超级巨人,在透明质酸的世界里称霸,哈哈。

再看制备寡聚透明质酸。

这过程有点像把一串长长的珍珠项链拆成一小颗一小颗的珍珠。

采用特殊的水解工艺,就如同温柔的小偷,悄悄地把长链分解成一个个小小的寡聚体,每一个寡聚体就像一颗精致的小珍珠。

还有制备多分散性透明质酸。

这就像是调配一个超级混合大礼包。

把不同分子量的透明质酸混合在一起,就像把不同口味的糖果装在一个袋子里,通过精确的配比和工艺控制,让这个大礼包里的透明质酸分子量各有不同,充满了惊喜。

要是想制备窄分布分子量的透明质酸呢,这就像挑选模特一样严格。

要经过复杂的分级工艺,就如同选美比赛的评委,仔细地把分子量相近的透明质酸挑选出来,组成一支整齐划一的“模特队”,都是差不多的分子量,整整齐齐。

透明质酸(玻尿酸)

透明质酸(玻尿酸)

透明质酸(玻尿酸)⽬录1、透明质酸的简介 (2)2、透明质酸的结构及理化性质 (2)2.1透明质酸的结构 (2)2.2透明质酸理化性质 (2)2.3 透明质酸⽣理功能 (3)3透明质酸的制备⽅法 (3)3.1 动物组织提取法 (3)3.2 酶聚⼈⼯合成法 (4)3.3 微⽣物发酵法 (4)3.3.1 透明质酸⽣产菌株的选育 (5)3.3.2 透明质酸发酵条件的优化 (5)3.3.3 透明质酸的提取 (6)4 透明质酸的改性 (11)4.1 酯化改性 (11)4.2 酰胺化改性 (12)4.3 交联改性 (13)4.4 疏⽔改性 (14)4.5 接枝改性 (15)4.6 还原末端改性 (16)5 透明质酸的应⽤ (17)5.1 在化妆品中的应⽤ (17)5.2在临床医学中的应⽤ (18)5.3 在保健⾷品中的应⽤ (18)6 透明质酸的国内外⽣产研究现状及常见产品 (18)6.1透明质酸的国内外⽣产研究现状 (18)6.2常见产品 (20)7 我的设计⽅案 (20)参考⽂献: (22)透明质酸简介1、透明质酸的简介透明质酸(Hyaluronic Acid,简称 HA),⼜名“玻璃酸”,是⼀种不含硫酸基团的天然粘多糖,⼴泛分布于动物和⼈体的细胞外基质中,在⽪肤、肺和肠中含量较⾼(⼤于50%),同时也存在于滑液、脐带和⾎液中。

透明质酸另⼀名称为玻尿酸,但是玻尿酸与尿酸没有任何关系。

透明质酸因其独特的理化性质和⽣物学功能,被⼴泛应⽤于临床医学、⾼级化妆品、美容整形和保健⾷品等领域。

但天然透明质酸存在稳定性较差、易发⽣降解和亲⽔性过强等缺点,限制了其应⽤,因此通过对透明质酸修饰改性,从⽽开拓具有新的⽣物活性和功能性的透明质酸衍⽣物成为⽬前研究的热点[1]。

2、透明质酸的结构及理化性质2.1透明质酸的结构透明质酸是⼀种⾼分⼦的聚合物。

是由单位D-葡萄糖醛酸及N-⼄酰葡糖胺组成的⾼级直链粘多糖。

D-葡萄糖醛酸及N-⼄酰葡糖胺之间由β-1,3-配糖键相连,双糖单位之间由β-1,4-配糖键相连。

兽疫链球菌的改良及其发酵生产透明质酸论文

兽疫链球菌的改良及其发酵生产透明质酸论文

兽疫链球菌的改良及其发酵生产透明质酸论文摘要透明质酸作为一种重要的生物高分子化合物,具有广泛的应用价值。

然而,其传统的生产方法存在一些问题,如成本高、产量低等。

因此,本论文旨在研究兽疫链球菌的改良及其在透明质酸生产中的应用。

通过优化兽疫链球菌的培养条件、改良发酵工艺等方法,提高透明质酸的产量并降低生产成本,从而推动透明质酸产业的发展。

引言透明质酸是一种多糖酸,是由葡萄糖和N-乙酰葡萄糖胺通过β-(1,3)和β-(1,4)的糖苷键连接而成。

它具有很高的黏性和保水性,被广泛应用于医药、化妆品和食品等领域。

传统的透明质酸生产主要依赖于动物组织的提取,这种方法成本高昂且资源有限。

因此,寻找更加经济、高效的透明质酸生产方法具有重要意义。

兽疫链球菌是一种常见的细菌,广泛存在于土壤、水体等环境中。

它具有很强的代谢能力和适应性,可以利用多种底物产生透明质酸。

因此,通过改良兽疫链球菌的生理特性和发酵工艺,可以提高透明质酸的产量和质量,并降低生产成本,从而推动透明质酸产业的发展。

兽疫链球菌的改良兽疫链球菌的改良主要包括改良菌种、优化培养条件和遗传工程改造等方面。

改良菌种传统的透明质酸生产菌种主要为野生兽疫链球菌,但其透明质酸产量较低且生长较慢。

因此,研究人员通过随机诱变和遗传工程等方法,改良了菌种的生理特性。

例如,选育出透明质酸高产菌株,能够在较短时间内产生大量的透明质酸。

优化培养条件透明质酸的产量受到兽疫链球菌的培养条件的影响较大。

研究人员通过优化培养基的组成、调节培养条件等方式,提高透明质酸的产量。

例如,添加适当的氮源和碳源可以促进兽疫链球菌的生长和代谢,从而提高透明质酸的产量。

遗传工程改造通过遗传工程改造兽疫链球菌,可以大幅提高其透明质酸产量。

研究人员利用基因工程技术,将透明质酸合成相关基因导入兽疫链球菌中,从而增强其透明质酸合成能力。

此外,通过基因敲除、基因表达调控等方法,也可以调控透明质酸产生相关基因的表达水平,提高透明质酸的产量。

透明质酸的发酵生产工艺

透明质酸的发酵生产工艺

透明质酸的发酵生产工艺专业:生物制药姓名:邓海艳课程名称:发酵工程摘要:透明质酸广泛分布于各种动物组织中,由于动物组织原料有限,且透明质酸的含量低,同时提取成本高,因而价格十分昂贵。

而微生物发酵法,所需的原料易得,大大降低了生产成本。

同时由于透明质酸存在于菌体英膜上,易于与菌体分离,因而减少了提取成本。

本篇文章就是以一株兽疫链球菌作为生产菌株进行研究重点讨论了温度、pH值、搅拌转速,发酵时间以及培养方式等发酵条件对透明质酸产量和分子质量的影响。

关键词:透明质酸;产量;影响因素;发酵条件透明质酸(hyaluronic acid,简称HA)又名玻璃酸,是一种高分子量的酸性黏多糖,广泛存在于脊椎动物的各种组织细胞间质中。

HA分子中的羧基和极性基团可与水形成氢键而结合大量的水,可以吸收与保持自身体重千倍以上的水分,是国际上公认的最好的保湿剂,还具有润滑,促进关节愈合等作用[1]。

不同分子质量的HA有不同的用途,低分子质量的HA通常用作食品原料,中等分子质量的HA主要应用于化妆品,而高分子量的HA在医学上有较高的应用价值。

1.透明质酸的微生物发酵法从上个世纪30年代开始,人们便开始进行微生物发酵法生产HA的研究。

微生物发酵法生产HA较动物组织提取法有许多的优点,比如生产成本低廉,规模不受原料限制,因为发酵液HA以游离状态存在所以易于HA的分离纯化。

能够产生HA的链球菌有A群和C群两类,其中A群主要有化脓链球菌, 一般不用作生产菌种,因为其致病性较高;C群有兽疫链球菌、马疫链球菌、类马链球菌等均属于非人体致病菌,所以可以用作HA的生产菌种罗瑞明等从患肺炎的羊肺液中分离出兽疫链球菌菌株,通过培养基优化得到的HA产量为1.88 g/L。

冯建成等以Streptococcus equiSHO为出发菌株,通过物理和化学诱变选育到1株遗传稳定、无溶血性且透明质酸酶缺陷型菌株SH0201,通过摇瓶发酵试验得到相对分子量2.06xl06 Da的HA。

微生物发酵透明质酸的制备及测定_吕磊

微生物发酵透明质酸的制备及测定_吕磊

16 4
药物生物技术
第 16 卷第 2 期
3.1.2 CPC 加入 量选 择 不 同 CPC 加入 量对 H A 粗品溶 液中糖醛酸 和蛋白质 含量的影 响 , 见 图 1。
3.5 相对分子质量的测定 根据比浓黏度 ηsp 与 HA 浓度的关系作图 , 该
回归曲线 与纵轴 的截距 为特 性粘度[ η] , 结果 见 图 3 , 根据公式 [ η] =3.6 ×10-4 Mr 0.78 , 平均相对分 子质量 M r 为 1.86 ×106 。
出了一种简单有效生产 HA 的分离纯化方法 , 即 采用过滤吸附法联用氯代十六烷基吡啶(CPC)分
2 实验方法
离纯化发酵液中的 H A , 其纯度 、蛋白质含量 、热原 值等符合医用标准[ 8] 。
2.1 分离纯化方法 兽疫链球菌发酵液[ 9] 离心去菌体 , 上清醇沉 ,
1 材料与仪器
沉淀溶解得粗品溶液 , 加入一定量的硅藻土 、活性 炭搅 拌均匀 吸附 , 过滤 , 加入 CP C , 离心 , 沉淀 溶
Fig 1 T he effect of CP C on co ntents o f g lucuronic acid and protein
3.1.3 乙醇加入量的选择 不同乙醇加入量对 H A 粗品溶液中糖醛酸含的影响 , 见图 2 。
Fig 3 T he relationship betw een ηsp/ c and c of H A
性黏度[
η]
, 并根据公式[
η]
=3.6
×10-4
M 0.78 r
计算
出平均相对分子质量 。 2.4.4 CPC 残留测定[ 13] 取样品溶液 1 m l , 按照 标准曲线的测定方法测定 590 nm 处的吸光度 , 从

发酵法生产透明质酸的工艺研究

发酵法生产透明质酸的工艺研究
间大 10 1 0倍 , 国际上公 认 的最好 的保 湿 剂 。透 明 3 是 质 酸具 有保 湿 、 养 、 营 润肤 等 作 用 , 因而广 泛 地 用 于
1 材料 与 方 法
1 1 材 料 . 1 1 1 供 试 菌株 .. NC A F一0 6 株 由本 实验室 保存 。 3菌
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发酵 法生产透明 的 质酸 工艺研 究
罗瑞 明
( 宁夏农学院食品科学 系, 宁夏永宁 , 00 ) 7 15 5
摘 要 本 文 主要 研 究 兽 疫链 率 茵 ( A F一06 产 透 明质 酸 的条 件 及 其 特 性 。正 交 实验 表 NC 3)
明, 产透明质酸的最合适培养基是 : 淀粉 3 , 2 酵母膏 1 蛋 白胨 2 轻质碳酸钙 0 1 % 蔗糖 %, %, %, 、%, 磷酸氢二钾 02 硫 酸镁 0 1 .%, .%。在 3 ,7r 发 酵 4 7 1 p 0  ̄, 0小时, 酵液 中透 明质 酸的含 量达 发
1 13 权 器 与 设 备 、、
显 微镜
可控 硅控温 水种 , 已报 道 的有 溶 血性 链球 菌 , 如骧 脓 链 球 菌 ( A群 ) 兽疫 链 球 菌 ( 、 c群 ) 、 马链 球菌 ( c群 )类 马 链球 菌 ( 、 c群 )缺乳 链球 菌 ( 、 c 群 )鸡霍烂 杆 菌等 。A群 链球 菌 系人 体 致 病 菌 . 、 不 宜 作 为生产 菌种 , c群链 球 菌为非 人体 致 病 菌 , 比较 适 合 于工 业 生 产 。 国 际 近年 来 利 用 c群 链 球 菌 生
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透明质酸的生产郭学平凌沛学王春喜张天民透明质酸是一种酸性黏多糖,广泛存在于动物的组织细胞间质(基质)和某些细菌的荚膜中。

1934年Meyer等首先从牛眼玻璃体中分离出该物质,并命名为hyaluronic acid(HA)。

HA由葡糖醛酸和N-乙酰氨基葡糖组成的双糖单位构建成的直链多糖,相对分子质量(Mr)为(1~10)×105。

HA的生产工艺主要分为两大类,以动物组织为原料的提取法和细菌发酵法。

几乎所有的动物组织中均含有HA,只是含量不同,能够用于生产的原料主要为鸡冠和人脐带。

细菌发酵法是利用某些种属的链球菌在生长繁殖过程中,向胞外分泌以HA为主要成分的荚膜。

细菌发酵法与动物组织提法相比,具有生产规模不受动物原料限制,发酵液中HA以游离状态存在,易于分离纯化,成本低,易于形成规模化工业生产,无动物来源的致病病毒污染的危险等优点。

HA无种属差异,不同动物组织提取的及不同菌种发酵生产的HA,在化学本质和分子结构上是一致的,只是Mr有差别。

1以雄鸡冠为原料的生产工艺[1,2]1.1 工艺过程[1,2]冻鸡冠解冻后,用绞肉机绞碎,加适量水用胶体磨磨成糊状,按每1kg 鸡冠加水8L,加氯化钠80g,搅拌加热至90℃,保温10min,冷却至50℃,用1mol/L氢氧化钠液调pH8.5~9.0,加入适量胰酶,45℃~50℃保温酶解5h~7h,酶解过程中维持pH8.5~9.0。

将酶解提取液用滤布加硅藻土加压过滤,得澄清滤液。

取滤液,调pH6.0~6.5,将滤液加到3倍体积的95%乙醇中,反复倾倒3次,待纤维状沉淀充分上浮后,取出沉淀,用适量乙醇脱水3~5次,真空干燥,得HA中间品。

将HA中间品溶于0.1mol/L氯化钠溶液中,溶解浓度为0.3%,溶解过程中加少量氯仿防腐。

溶解后,调pH4.5~5.0,加入等体积的氯仿搅拌处理2次,静置分出水相。

将水相用稀氢氧化钠溶液调pH7.5,加入适量链霉蛋白酶,37℃酶解24h。

酶解结束后,向酶解液中加入同体积的1%氯化十六烷基吡啶(CPC)溶液,静置,收集HA-CPC络合沉淀。

将HA-CPC 络合沉淀加入0.4mol/L氯化钠溶液中,搅拌解离5h~10h。

解离液先用硅藻土过滤至清,再用0.2μm微孔滤膜精滤。

将滤液加至3倍体积的95%乙醇中,反复倾倒3次,取出纤维状HA沉淀,脱水,真空干燥,得药用HA精品。

1.2 工艺说明与讨论鸡冠绞碎后用胶体磨处理时,注意不要磨得太细,以减少机械剪切力对HA的降解。

磨成糊状后,酶解和提取同时进行,提取效率高。

提取时,在水中加入1%的氯化钠。

加热至90℃可对原料有一定灭菌作用,并使蛋白质热变性,易被蛋白酶水解。

所用的蛋白水解酶为胰酶、木瓜蛋白酶、链霉蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶等。

公鸡冠中的HA与蛋白质以结合状态存在,酶解的另一重要作用是切断HA与蛋白质分子的结合。

提取和酶解时,应注意防腐。

醇沉淀是分离提纯HA、肝素、硫酸软骨素等最常用的方法之一,在制备过程中,可多次重复使用,类似于重结晶的作用。

在从水溶液中用甲醇或乙醇沉淀HA或其它黏多糖时,必须有盐的存在,一般为1%左右的氯化钠。

沉淀形态有纤维状和无定型粉末状两种形态,纤维状HA容易制备,形态疏松,易于脱水和真空干燥,缺点是使用时,溶解速度慢。

制备无定型粉末状沉淀,需控制料液的盐浓度、料液和乙醇的混合速度及搅拌速度等诸多因素,工艺较复杂,但粉末状HA溶解速度快,使用方便。

第一次乙醇沉淀、脱水、真空干燥所得HA产品,可作为化妆品用保湿剂。

进行进一步精制时,可以使用干燥的产品,也可使用乙醇沉淀后未干燥的产品,这样可以缩短生产周期。

氯仿可使蛋白变性沉淀,利用此作用可除去一部分蛋白质杂质。

氯仿处理的另一个重要的作用,是除去致炎物质。

可反复多次进行氯仿处理。

CPC络合沉淀与解离步骤是分离提纯酸性黏多糖常用的方法之一,特点是纯化效率高、回收率高,可以从很低浓度的溶液中将HA或其它酸性黏多糖沉淀出来。

在低盐浓度下,HA与CPC络合沉淀,在高盐浓度下,HA-CPC 络合物解离溶解。

利用这一性质,可除去不能与CPC络合并沉淀的杂质。

HA在干燥之前要充分脱水,否则有机溶剂挥发后,残存的水分过多,会导致被干燥的产品黏结,不易于干燥,干燥时间延长,干燥后产品变硬、变黄。

脱水所用的溶剂为95%乙醇、无水乙醇、丙酮等。

丙酮的沸点低,用丙酮脱水易于干燥,但干燥后的产品带有特殊气味。

干燥的产品量较少时,可采用静止状态下,加五氧化二磷进行常温真空干燥;产品量较多时,可采用动态的真空干燥。

从雄鸡冠提取HA,产品的M r和收率与鸡的品种及生长期有很大的关系。

生长期在一年以上的雄鸡,尤其鸡冠较大的,产品的M r可达2×106,HA中间品的收率以鸡冠湿重计在1%左右,从中间品到药用精品的纯化收率为50%~70%。

药用精品的纯度以葡糖醛酸计可达46%以上(纯HA的葡糖醛酸含量为48.37%),蛋白质含量低于0.1%。

目前国际上提取的注射级HA的质量水平为:葡糖醛酸含量大于46%,M r大于1.5×106,蛋白质含量小于0.1%,内毒素含量小于0.2EU/mg。

2 细菌发酵法生产工艺2.1 工艺过程[3~5]取斜面菌种,接种于装有灭菌培养液锥形瓶中,37℃培养12h~16h,接种于种子罐中。

培养液中氮源为蛋白胨、牛肉浸膏、酵母膏等,碳源为葡萄糖。

37℃搅拌培养12h~16h,接种于发酵罐中。

接种比例1:10。

发酵液配方基本与种子液相同,只是葡萄糖含量较高,一般为3%~6%。

维持通气量0.3vvm~1.0vvm,搅拌转速120r/min,37℃发酵40h~46h。

在发酵过程中,发酵液的pH值不断下降,需调pH6.5~7.0。

发酵后期,葡萄糖浓度下降至0.5%以下,pH值下降很慢或不再下降时,即为发酵终点。

发酵结束,用三氯乙酸调pH4.0~4.5,板框过滤除菌体,滤液调pH6.0~6.5,加3倍体积95%乙醇,沉淀出HA。

沉淀用发酵体积的0.1mol/L氯化钠水溶液溶解,在搅拌下,加入过量的1%CPC与滤液中的HA发生络合沉淀,静置使沉淀下沉。

虹吸出母液,加入0.1mol/L氯化钠液洗涤沉淀两次。

沉淀在发酵体积的0.4mol/L氯化钠液中搅拌解离过夜。

过滤,滤液加乙醇沉淀,乙醇脱水,真空干燥得HA。

2.2工艺说明与讨论早在1937年,Kendall等[6]就发现链球菌可产生HA,许多人对此进行了研究。

链球菌属的多种细菌具有荚膜,这种荚膜的主要成分就是HA。

链球菌在生长过程中,荚膜的产生有几种不同的情况,有的菌株在整个生长期都有荚膜,有的在对数生长期的前段产生,后段消失,或稳定期消失,有的根本不产生荚膜。

进一步的研究发现这与菌种是否产生HA酶有密切关系,荚膜的消失是由于被酶水解。

MacLennan[7]根据是否产生HA和HA酶,将具有荚膜的链球菌C组分为三类:1)只产生HA,不产生HA酶;2)HA和HA酶都产生;3)只产生HA酶,不产生HA。

因此,HA酶的产生对HA的发酵非常不利,在菌种筛选时,要注意观察判断菌种是否同时产生HA酶。

可产生HA的链球菌多为A组和C组,A组中主要有酿脓链球菌等,由于致病性较强,较少用作菌种进行大规模发酵;C组致病性较弱,多采用此类菌,主要有兽疫链球菌、马链球菌和类马链球菌等。

发酵生产HA所用的菌种,一般是将产生HA的链球菌进行诱变处理得到,诱变方法有紫外线照射、化学诱变剂处理等。

除链球菌外,还有Pasteurella multocida可产生HA[8]。

早期对链球菌荚膜HA的研究,主要是为了探索链球菌的荚膜组成和其作用[9~11]及实验室少量制备等,以工业化生产为目的的发酵HA研究始于80年代初期[12],在借鉴前人对某些链球菌产生HA荚膜这一重要发现,利用现代液体深层发酵技术和设备,对菌种、培养基、各种发酵参数条件进行了优化,并对细菌生物合成HA的代谢过程进行了深入研究,阐明了HA在菌体内的合成路线,使发酵产率和HA的Mr有了大幅度的提高,发酵法已成为HA生产的主流工艺。

链球菌的营养需求较高,通常需含血清、小牛肉浸出液(veal infusion broth)、脑心浸出液(brain heart infusion)等培养基,菌体才能较好地生长,但这类营养物质价格昂贵,大规模生产中用其作为培养基,成本太高。

所以在选择菌种时,要考虑其营养需求及所用培养基的成本问题。

发酵生产HA所用的培养基,氮源为蛋白胨、酪蛋白水解液、酵母膏或浸出粉、牛肉浸膏、大豆蛋白水解液、尿素、无机铵盐等。

其中酵母膏最常用,除了作为氮源外,还含有多种维生素和生长因子,有些是链球菌生长所必需的。

在发酵液中添加一定量的谷氨酸和精氨酸[13],可以提高HA的产率。

碳源主要是各种单糖、蔗糖和淀粉水解物,最常用的是葡萄糖。

其他还有磷酸盐、硫酸盐,钾、钠、钙、镁等无机盐,铁、锰、铜、锌等微量元素。

链球菌属于兼性厌氧菌。

在HA的发酵工艺中,大多数采用有氧发酵,也有的采用厌氧发酵。

根据HA生物合成路线,有氧发酵的葡萄糖能量代谢可产生更多的A TP,有利于UTP生成,而UTP是合成HA的两个活化前提物,即UDP-葡糖醛酸和UDP-N-乙酰氨基葡糖所必需的物质。

因此从代谢调控的角度来说,有氧发酵有利于HA的合成。

Nimrod等[14]用兽疫链球菌的一个变异菌株进行发酵,在厌氧条件下,HA的产率为2g/L;在通气条件下,为4g/L~6g/L。

在发酵过程中通常保持一个适当的溶氧量,也可在不同阶段采用不同的溶氧量。

通过增加通气量和提高搅拌转速可提高发酵液的溶氧,但转速过快可导致HA的机械降解。

在HA的发酵过程中,pH值是一个重要的因素,一般控制在6.0~8.5范围内,最好在7.0左右。

链球菌是一种乳酸菌,产生乳酸等小分子有机酸,需用碱液进行中和,以维持适当的pH值。

在摇瓶和种子罐培养阶段,温度一般控制在37℃。

发酵温度一般为37℃,也有的采用35℃或33℃等较低的温度,或在不同的阶段采用不同的温度。

在种子培养阶段和发酵的初期,37℃培养可使菌体较快的生长繁殖,发酵中期和后期可适当降低温度,据报道可使葡萄糖的代谢方向由合成菌体细胞壁转向合成HA,提高HA的产率。

药用级HA的Mr要求较高,发酵法生产的HA的平均Mr为(1~4)×106,人们试图通过葡萄糖的代谢调控,来提高HA的Mr。

Kitchen[16]等发现从成纤维细胞分离出的HA合成酶的半衰期仅有2h~4h,大约相当于一条HA分子链的合成时间,于是推断:一个HA分子的Mr或链长度,取决于合成它的合成酶在其生命期内可聚合前提物分子(UDP-葡糖醛酸和UDP-N-乙酰氨基葡糖)的数量。

根据这一理论,菌体过多的表达HA合成酶,酶分子之间会竞争同一前提物资源,导致HAMr的降低。

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