辅酶Q10提取分离工艺研究

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作者：

黄钰清

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摘要：

辅酶Q10作为一种脂溶性抗氧化剂,在生物体的多个生理过程中发挥着重要作用,因此在医药、保健品、食品添加剂、化妆品等领域都有着广泛的应用,近年来辅酶Q10的市场需求不断增长。在众多生产方法中,微生物发酵法生产辅酶Q10因其多方面的优势而被认为是最有发展前景的生产工艺。传统的从发酵产物中分离纯化高纯度辅酶Q10产品的方法存在污染大、溶剂消耗量大、成本高等不足。本文以微生物发酵后细胞经干燥、粉碎后的物料为原料,研究开发了包括渗漉提取、萃取预处理、多级萃取纯化、液相制备色谱分离、结晶精制等分离步骤的新工艺,可制得纯度大于98%的辅酶Q10产品。针对辅酶Q10的提取、液液萃取分离纯化、液相制备色谱精制三个主要步骤进行了工艺参数的考察优化,为该工艺的工业化应用奠定基础。首先,作为制备工艺的起始步骤,优化提取方法和工艺参数使得辅酶Q10的提取率和其在提取物中的含量都保持在较高的水平,是保证工艺收率、降低分离纯化负担的关键。通过对多种提取方法的考察和渗漉提取的单因素实验考察,优化了提取工艺的操作参数,得到较佳的提取条件为:渗漉提取,正庚烷作溶剂,温度30 ℃,浸泡时间2 h,流速2 BV/h,收集6 BV提取液。该条件下,提取物中辅酶Q10含量可达56.14%,原料中辅酶Q10提取率可达92.43%(原料中辅酶Q10的含量以0.0322 g辅酶Q10/g原料,3.22%计)。采用高效液相色谱、液质联用等分析方法,确定了提取物中包括辅酶Q10,以及主要杂质甲萘醌8、还原型辅酶Q10、辅酶Q9、还原型辅酶Q9、5-脱甲氧基辅酶Q10、辅酶Q11等相应的HPLC色谱图中的出峰时间和物质结构。其次,考察了液液萃取对分离纯化提取物的可行性。考察建立了正庚烷-DMF萃取两相体系,一次萃取可将提取物中辅酶Q10含量从60%左右提高到90%左右,以此作为对提取物的预处理操作。进一步对萃取原料初始浓度和萃取温度对萃取相平衡的影响进行了考察,对各个多级萃取方式进行了实验模拟和理论计算。研究结果表明,随着萃取原料初始浓度的增大,分配系数减小,选择性系数在小范围内呈减小趋势。随着萃取温度的升高,分配系数增大,选择性系数在小范围内波动。因此可在可溶解范围内选择较大的萃取原料初始浓度,以保证较大的萃取处理能力;选择合适的萃取温度,保证萃取原料良好溶解且溶剂挥发损失较低。萃取段三级、洗涤段一级的分馏萃取,实验模拟结果表明轻相辅酶Q10纯度达91.60%,回收率达94.26%,辅酶Q10-脱甲氧基辅酶Q10二元体系的辅酶Q10含量达95.76%,相应理论计算结果为轻相辅酶Q10回收率94.25%,辅酶Q10-脱甲氧基辅酶Q10二元体系的辅酶Q10含量为95.80%,两者结果一致。分馏萃取可同时实现较高的产品回收率和分离效率,是适合于工业应用的萃取分离工艺。最后,萃取纯化后的产物中辅酶Q10的含量有了较大的提高,但是对其中最难以分离的杂质的分离效果较为有限,液相制备色谱纯化精制是工艺过程中必要的精制操作。考察了以硅胶装填的制备色谱柱的制备精制,通过单因素实验考察了流动相、流速、上样体积、上样浓度等因素对辅酶Q10和杂质分离度的影响,进一步通过响应面法建立了流速、上样体积、上样浓度三因素对辅酶Q10回收率和纯度的影响模型。为兼顾液相制备色谱的操作能力和产品纯度、回收率,确定操作条件为:流速2 mL/min,紫外检测波长254 nm,上样浓度500 mg/mL,上样体积0.7 mL,重复多次进样,分离效果稳定,重复性好。制备液相色谱制备得到的辅酶Q10产品以乙醇为溶剂,经降温结晶精制,得到的产品纯度为98.58%,回收率 97.7%。

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关键词：

辅酶Q10 提取工艺 多级液液萃取 液相制备色谱

学位级别：

硕士

学位年度：

2017