透明质酸发酵工艺原理综述姬跃莹200900606030生化系生物工程091摘要：生物发酵法是生产透明质酸的主要方法，分离纯化是发酵法制备高分子量、高纯度透明质酸的关键环节本文探讨了透明质酸发酵液的特性和分离纯化过程中工艺条件对透明质酸分子量和结构的影响，对预处理、分离、纯化各阶段的工艺方法进行了系统比较和分析，指出了透明质酸分离纯化工艺中存在的问题。并提出了今后分离纯化研究的重点。关键词：透明质酸；分离；纯化AbstractFermentationhasbecomeaprimarymethodforproducinghyaluronicacid．Separationandpurificationarekeystepsoffermentationinpreparinghighrelativemolecularweight(Mr)andhighpurityhyaluronicacid．ThisarticlediscussesthecharacteristicsoffermentationbrothandtheinfluencesofprocessconditionsonhyaluronicacidMrandstructure，systematicallyanalyzesthetechniquesinpretreatment，separationandpurificationstages．Italsopointsoutsomeexistingproblemsintheseparationandpurificationtechniquesandpresentsthefocusoffutureresearch．Keywords：hyaluronicacid；separation；purification前言HA是由(1→4)202D2葡糖醛酸2B2(1→3)2D2N2乙酰葡糖胺的双糖单位重复连接构成的线性多糖。不同动物组织和细菌来源的HA无种属差异,由不同精制方法获得的HA,相对分子质量不同,但也无种属差异。透明质酸(Hyaluronicacid简称HA)分子式透明质酸(Hyaluronicacid简称HA)或称醣醛酸化学方程式示意图该物质在1934年首次从牛眼玻璃体中分离出来。HA水溶液所形成凝胶的独特网状结构和分子内羟基氢键使其具有极好的保水性和流变特性，因而被广泛应用于医学、化妆品等领域。近年来，国际市场对药用级HA的需求增长很快，而药用级HA要求较高的纯度和分子量。但目前国内生产HA的20余家企业中，产品能达到药用级要求的并不多。制备HA的方法主要包括从动物组织中分离提取法和微生物发酵法两种，发酵法生产HA由于原料来源丰富、成本低、易形成规模化生产、易获得高分子量HA等特点，正逐步取代从动物组织中分离提取HA的传统方法。1.发酵机制1.1生产菌种1.2生物合成途径HA在细胞内的合成是一个复杂的过程,有多种酶的参与,包括己糖激酶、葡萄糖磷酸变位酶、尿苷二磷酸(UDP)2葡萄糖焦磷酸化酶、UDP2葡萄糖脱氢酶、磷酸葡萄糖异构酶、氨基转移酶、乙酰基转移酶、变位酶和UDP2N2乙酰氨基葡糖焦磷酸化酶等。其中HAS是HA合成途径中的关键酶。HAS包含7个结构区域,即2个UDP2底物结合部位、2个HA2单糖2UDP供给部位、2个糖基转移酶催化位点和1个协助HA糖链跨膜的结构域。其中,2个糖基转移酶催化位点分别具有将UDP2GlcUA和UDP2GlcNAc连入HA糖链还原端的活性。合成HA的过程中,糖链还原端的最后一个单糖残基携带UDP基团,并结合在这种底物单糖的HA2单糖2UDP结合部位上;在相应的糖基转移酶催化位点上,底物结合位点上的UDP2单糖以共价键形式与糖链末端单糖连接,并将原糖链还原端的UDP基团释放。还原端UDP2单糖残基已经改变的糖链进行移位,运动到另外一个HA2单糖2UDP供给部位;然后另一个UDP2底物结合部位和相应的UDP2单糖转移酶催化位点发挥活性,连入新UDP2单糖,糖链再变换HA2单糖2UDP供给部位;依次循环,不断地将UDP2GlcNAc和UDP2GlcUA连入糖链的还原端,延长糖链。每合成二糖单位1moL,消耗腺苷三磷酸(ATP)5moL、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)2moL和乙酰辅酶A1moL。在游离糖链还原端不断延长的同时,糖链被挤压到细胞膜外侧,HA糖链合成到一定长度,还原端与HAS分离,分泌到胞外或细菌荚膜中。1.3代谢调节机制1.4产物积累机制在HA高密度发酵过程中0~30h调pH7.2,发酵后期调pH6.8。通过采用不同发酵阶段调节pH值,前中期有利于菌种的生长繁殖,后期有利于目的产物的积累（在游离糖链还原端不断延长的同时,糖链被挤压到细胞膜外侧,H