本发明属于生物化工领域，具体涉及不稳定的三肽“谷胱甘肽”的分离纯化方法。
背景技术：
谷胱甘肽(glutathione，gsh)是一种由l-谷氨酸、l-半胱氨酸和甘氨酸脱水缩合而成的具有重要生理功能的三肽化合物，广泛存在于各种生物细胞中。谷胱甘肽有两种形式，即还原型(gsh)和氧化型(gssg)；在本文中，如未加特别说明，均指还原型谷胱甘肽。谷胱甘肽的分子量为307.33，熔点为189-193℃，晶体呈无色透明长柱状，等电点为2.83。它易溶于水，可溶于稀醇、液氨，不溶于醇、醚和丙酮。谷胱甘肽是生物体内最强的抗氧化剂，可清除体内自由基，具有抗氧化、抗衰老、解毒、保护肝脏和增强免疫力等生理功能，被称为“抗衰老因子和长寿因子”。
gsh的生产方法主要有四种，即萃取法、发酵法、化学合成法和酶法。微生物发酵法和酶法具有反应条件温和以及步骤简单等优势，是目前gsh生产的主要方法。从发酵液分离和纯化谷胱甘肽的方法有铜盐法、电渗析法、反胶束萃取法、双水相法和树脂法等。铜盐法需要通入硫化氢气体，环境污染严重；电渗析法耗能高、选择性差；反胶束和双水相萃取法有理论研究意义，但难以工业化；树脂对谷胱甘肽具有较好的吸附选择性，但由于有些杂质与谷胱甘肽的极性相近，故单纯的树脂法不足以除去所有的杂质，难以得到高品质的产品。
目前，谷胱甘肽的工业化分离纯化普遍存在污染严重、收率低、成本高、谷胱甘肽易被氧化和降解等问题，工业上需要收率高、成本低、能够避免谷胱甘肽被氧化和降解、及对环境污染小的 分离纯化工艺。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种可高收率、环境友好和低成本地获得高品质谷胱甘肽的分离纯化方法，该方法可实现工业化生产。
本发明的方法用于从含有谷胱甘肽的原液中分离纯化谷胱甘肽，该方法包括以下步骤：
-采用强酸性离子交换树脂对含有谷胱甘肽的原液进行分离，得到含有谷胱甘肽的分离液；以及
-采用纳滤装置对所述分离液进一步纯化。
本发明的方法还可包括：在采用所述强酸性离子交换树脂进行分离之前，用无机酸的水溶液将所述含有谷胱甘肽的原液的ph调节在1-5的范围内。
本发明的方法还可包括：在采用所述纳滤装置对所述分离液进一步纯化而得到含有谷胱甘肽的纯化液后，采用有机溶剂在0-10℃的温度下使所述纯化液结晶。
本发明提供的谷胱甘肽的分离纯化方法，与现有技术相比，具有以下预料不到的效果和益处：
(1)本发明的方法采用纳滤装置(如纳滤膜)进行过滤，可除去部分氨基酸和盐，同时可将上述含有谷胱甘肽的分离液于常温下浓缩，从而避免了因高温浓缩导致谷胱甘肽的氧化和降解；
(2)本发明的方法在用树脂进行分离(如柱层析)之前，不需要对含有谷胱甘肽的原液进行浓缩操作，这样既减少了工艺步骤，又有效地降低了谷胱甘肽被氧化的几率和风险；
(3)本发明的方法只需实施一次树脂分离操作(如柱层析)，可除去大部分杂质，工艺步骤少、效率高，能够进一步避免谷胱甘肽被氧化(否则其氧化产物在结晶环节很难与谷胱甘肽分离)；
(4)本发明的方法采用可再生性和高吸附性树脂进行分离纯化，大大减少了分离载体的使用量，降低了分离载体对环境的污染；
(5)本发明的方法在含有谷胱甘肽的原液中加入酸，使溶液体系处于ph1-5的酸性环境中，既可提高谷胱甘肽在树脂上的吸附量，又可进一步有效地防止谷胱甘肽的氧化；
(6)本发明方法的工艺过程不使用重金属盐、有毒气体和高能耗设备，除上述结晶操作以外，其他操作基本上均可在常温下进行，本发明采取高效分离树脂与纳滤有机结合的方式，可高收率、高品质和低成本地实现工业化分离纯化谷胱甘肽，并可达成绿色环保的目标。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明进行更详细的说明。这些实施方式旨在示例性地说明本发明，以便本领域技术人员能够更好地理解本发明，但是其细节不应视为对本发明的限制。本领域技术人员可设计出其他多种改变形式和实施方案，它们也涵盖在本发明公开原理的范围和精神之内，因此也在本发明的保护范围内。
本发明提供了一种从含有谷胱甘肽的原液中分离纯化谷胱甘肽的方法，该方法包括：
-采用强酸性离子交换树脂对含有谷胱甘肽的原液进行分离，得到含有谷胱甘肽的分离液；以及
-采用纳滤装置对所述分离液进一步纯化。
在本发明的分离纯化方法中，所用的原液为需要被分离纯化的含有谷胱甘肽的液体，优选为通过酶法工艺(特别是固定化酶法工艺)所获得的含有谷胱甘肽的溶液。
优选的是，所述原液的ph在1-5的范围内，以防止谷胱甘肽的氧化。因此，本发明的方法还可包括：在采用强酸性离子交换树脂进行分离之前，将含有谷胱甘肽的原液的ph调节在1-5的范围内。一般而言，不与谷胱甘肽发生反应的酸性试剂均可用来调节原液的ph，使溶液体系处于ph1-5的酸性环境中，以免谷胱甘肽被氧化。从工业化角度来说，优选的是，加入无机酸的水溶液将所述含有谷胱甘肽的原液的ph调节在1-5的范围内。所述无机酸的水溶液中的 h+浓度优选为5m-8m(m即mol/l)，例如为5.5m、6m、6.5m、7m、7.5m。所述无机酸优选为盐酸、硫酸或硝酸，更优选为盐酸。
如果原液含有沉淀物，本发明的方法还可包括从原液中除去所述沉淀物的操作，例如可以用滤布进行过滤以除去所述沉淀物，然后采用强酸性离子交换树脂进行分离步骤。
在该分离步骤中，原液与强酸性离子交换树脂接触，使得谷胱甘肽被吸附到所述树脂上，然后将谷胱甘肽从所述树脂上洗脱，得到含有谷胱甘肽的分离液。
强酸性离子交换树脂是含有强酸性基团(如磺酸基，-so3h)作为主要的交换基团的阳离子交换树脂。所述树脂具有可再生性和高吸附性，它们可被装载于层析柱中。可用于本发明的强酸性离子交换树脂包括但不限于含有磺酸基的苯乙烯系树脂，特别是大孔型苯乙烯系树脂。综合考虑吸附效果、分离度等因素，优选采用阳离子交换树脂001x4、001x7、dl08、dl10、dl16、d001、d002、d006，更优选为001x7。
在谷胱甘肽被吸附到强酸性离子交换树脂上之后，可以采用酸性水溶液将谷胱甘肽从所述树脂上洗脱，得到含有谷胱甘肽的分离液。所述酸性水溶液的浓度优选为0.1m-0.5m，例如为0.2m、0.3m、0.4m。所述酸性水溶液优选为盐酸。在谷胱甘肽被吸附到所述树脂上之后、并且在将谷胱甘肽从所述树脂上洗脱之前，还可用水淋洗所述树脂。
在采用纳滤装置进一步纯化的步骤中，用纳滤装置对所述含有谷胱甘肽的分离液进行过滤，得到含有谷胱甘肽的纯化液(浓缩液)。纳滤操作通常在常温下进行，操作压力优选为0.3-0.8mpa。采用纳滤装置进行过滤，既可除去部分氨基酸和盐，又可将上述的含有谷胱甘肽的分离液浓缩。
纳滤装置通常包括纳滤膜。纳滤装置或纳滤膜的截留分子量优选为150da-300da(da即道尔顿)，例如为180、200、220、250、280da，更优选为200da。
在采用纳滤装置进一步纯化而得到含有谷胱甘肽的纯化液以 后，可以对所述纯化液进行结晶、过滤出谷胱甘肽晶体、以及将该晶体干燥。优选的是，采用有机溶剂在0-10℃的温度下使所述纯化液结晶。所述有机溶剂的用量优选为所述纯化液的体积的1-5倍，例如为2、3、4倍。所述有机溶剂可以为醇、醚和酮，优选为丙酮、乙醇、甲醇，更优选为乙醇。
优选的是，对所述晶体进行真空干燥。真空干燥优选在真空度为0.07-0.09mpa、温度不超过40℃(例如为室温、30℃、35℃)的条件下进行，典型地为35-40℃。
在使所述纯化液结晶之前，可用酸性水溶液将该纯化液的ph调节至2.5-3.5，例如2.7、2.9、3.0、3.2、3.5，优选为2.9-3.1。所述酸性水溶液优选为盐酸、硫酸水溶液。
在对过滤得到的晶体进行干燥之前，可用体积比浓度为70％-90％的有机溶剂的水溶液对晶体进行洗涤。所述有机溶剂优选为酒精、丙酮。
本发明的分离纯化方法不需要使用阴离子交换树脂。另外，除了结晶操作以外，本发明方法的其他操作基本上均可在常温下进行。在本文中，常温即室温或环境温度，也就是设备所处环境的温度，一般约为10-35℃。
国际药典规定，氧化型谷胱甘肽含量不得超过1.5％。通过本发明的方法能够得到纯度为98％以上、氧化型谷胱甘肽含量不超过1.5％的高品质的谷胱甘肽产品，能够高收率、环境友好和低成本地实现工业化生产高品质的谷胱甘肽。
本发明的各个方面、各个实施方式的技术特征可以相互组合。本文引述的文献的全部公开内容以引用的方式并入本文。
在本申请的说明书和权利要求书中，某一名词前所用的“一种”、“该”、“所述”或未指明数量的情况包括所指对象多于一个的情况，除非所述内容明确表示为其它含义。除非另外指明，否则本文中使用的表示特征尺寸、数量和物理特性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语“约”来修饰的。因此，除非有相反的说明，否则说明书和权利要求书中列出的数值参数均是近似 值，本领域的技术人员能够利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，适当改变这些近似值。另外，除非特别指明，否则由端值表示的数值范围包括该端值、以及该范围内的所有子范围和数值，例如1-5包括1、2、2.5、3、3.5、4、5、2-4等。
除非特别指明，否则本文中所述的所有的份数、百分率、比例等都是按重量计算的。另外，除非特别指明，否则本文提及溶液时溶剂均为水。
实例
在以下各实施例和对比例中，采用高效液相色谱仪(hplcwaters2998-2695，层析柱elitec184.6mmx250mm)，依照高效液相色谱法(中国药典2010版二部附录ⅴd)检测谷胱甘肽的纯度和氧化型谷胱甘肽的含量。
谷胱甘肽的收率是按照下式计算的：
收率＝结晶粉末重量/分离纯化用的原液中的谷胱甘肽重量×100％
各实施例和对比例中所用的原料和装置说明如下：
滤布得自浙江永宁滤布有限公司，规格为200目。
树脂001x7、001x4、d001均得自陕西西安电力树脂公司。
纳滤机所用的纳滤膜为dk1812,得自美国gewater&processtechnologies。
制备例：制备固定化酶催化反应液作为分离纯化用的原液
按照中国专利cn200710020902.1实施例3中所述的制备转化液(即固定化酶催化反应液)的方式，将谷氨酸、半胱氨酸和甘氨酸等反应物按其规定的比例加入到装有固定化酶的反应罐中，维持规定的ph(8.0)和温度(37℃)进行反应，待反应液中谷胱甘肽的浓度达到预定的40mm时，排出反应液，作为以下各实施例和对比例中进行分离纯化用的原液(也称为固定化酶催化反应液)。
实施例1
取5l固定化酶催化反应液，搅拌均匀并取样分析。之后缓慢滴加6m盐酸，将反应液ph调低至4。滤布过滤，将所得溶液低温(5-10℃)保存待上柱。以1.5bv/小时的流速将5.2l待上柱液泵入层析柱(树脂为001x7)中，纯水淋洗后，用一定体积的盐酸(0.2m)进行洗脱，收集洗脱液于储槽，共收集含gsh的流出液约13l。在0.5mpa压力下进行纳滤，排出浓缩液，用纯水清洗纳滤机后，合并纳滤浓缩液与洗机液体积共约1.1l，浓度约33g/l。将纳滤液加入到结晶釜中，用约18％盐酸水溶液将溶液ph调至3。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的4倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度为98.9％的白色疏松结晶谷胱甘肽约33克，收率约为75％，其中氧化型谷胱甘肽含量低至0.3％。
对比例1
取5l固定化酶催化反应液，搅拌均匀并取样分析。之后缓慢滴加6m盐酸，将反应液ph调低至4。滤布过滤，将所得溶液低温(5-10℃)保存待上柱。以1.5bv/小时的流速将5.2l待上柱液泵入层析柱(树脂为001x7)中，纯水淋洗后，用一定体积的盐酸(0.2m)进行洗脱，收集洗脱液于储槽，共收集含gsh的流出液约13l。将流出液浓缩到体积约1.2l，浓度约34g/l，尔后加入到结晶釜中，用约18％盐酸水溶液将溶液ph调至3。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的4倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度仅为93.2％的白色疏松结晶谷胱甘肽约31克，收率约为70％，其中氧化型谷胱甘肽含量约为0.2％。
实施例2：
取5l固定化酶催化反应液，搅拌均匀并取样分析。之后缓慢滴加6m盐酸，将反应液ph调低至4。滤布过滤，将所得溶液低温(5-10℃)保存待上柱。以1.5bv/小时的流速将5.2l待上柱液泵入层析柱(树脂为001x4)中，纯水淋洗后，用一定体积的盐酸(0.2m)进行洗脱，收集洗脱液于储槽，共收集含gsh的流出液约14l。在0.5mpa压力下进行纳滤，排出浓缩液，用纯水清洗纳滤机后，合并纳滤浓缩液与洗机液体积共约1.2l，浓度约29g/l。将纳滤液加入到结晶釜中，用约18％盐酸水溶液将溶液ph调至3。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的4倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度为98.2％的白色疏松结晶谷胱甘肽约31克，收率约为71％，其中氧化型谷胱甘肽含量低至0.2％。
实施例3：
取5l固定化酶催化反应液，搅拌均匀并取样分析。之后缓慢滴加6m盐酸，将反应液ph调低至4。滤布过滤，将所得溶液低温(5-10℃)保存待上柱。以1.5bv/小时的流速将5.2l待上柱液泵入层析柱(树脂为d001)中，纯水淋洗后，用一定体积的盐酸(0.2m)进行洗脱，收集洗脱液于储槽，共收集含gsh的流出液约16l。在0.5mpa压力下进行纳滤，排出浓缩液，用纯水清洗纳滤机后，合并纳滤浓缩液与洗机液体积共约1.1l，浓度约30g/l。将纳滤液加入到结晶釜中，用约18％盐酸水溶液将溶液ph调至3。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的4倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度为98.3％的白色疏松结晶谷胱甘肽约30克，收率约为68％，其中氧化型谷胱甘肽含量低至0.2％。
实施例4：
取5l固定化酶催化反应液，搅拌均匀并取样分析。之后缓慢滴加3m硫酸，将反应液ph调低至2。滤布过滤，将所得溶液低温(5-10℃)保存待上柱。以1.5bv/小时的流速将5.2l待上柱液泵入层析柱(树脂为001x7)中，纯水淋洗后，用一定体积的盐酸(0.2m)进行洗脱，收集洗脱液于储槽，共收集含gsh的流出液约14l。在0.5mpa压力下进行纳滤，排出浓缩液，用纯水清洗纳滤机后，合并纳滤浓缩液与洗机液体积共约1.2l，浓度约30g/l。将纳滤液加入到结晶釜中，用约18％盐酸水溶液将溶液ph调至3。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的4倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度为98.6％的白色疏松结晶谷胱甘肽约32克，收率约为74％，其中氧化型谷胱甘肽含量低至0.1％。
实施例5：
取5l固定化酶催化反应液，搅拌均匀并取样分析。之后缓慢滴加3m硫酸，将反应液ph调低至5。滤布过滤，将所得溶液低温(5-10℃)保存待上柱。以1.5bv/小时的流速将5.2l待上柱液泵入层析柱(树脂为001x7)中，纯水淋洗后，用一定体积的盐酸(0.2m)进行洗脱，收集洗脱液于储槽，共收集含gsh的流出液约12l。在0.5mpa压力下进行纳滤，排出浓缩液，用纯水清洗纳滤机后，合并纳滤浓缩液与洗机液体积共约1l，浓度约34g/l。将纳滤液加入到结晶釜中，用约18％盐酸水溶液将溶液ph调至3。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的4倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度为98.2％的白色疏松结晶谷胱甘肽约31克，收率约为71％，其中氧化型谷胱甘肽含量低至0.3％。
实施例6：
取5l固定化酶催化反应液，搅拌均匀并取样分析。之后缓慢滴加3m硫酸，将反应液ph调低至2。滤布过滤，将所得溶液低温(5-10℃)保存待上柱。以1.5bv/小时的流速将5.2l待上柱液泵入层析柱(树脂为001x7)中，纯水淋洗后，用一定体积的盐酸(0.2m)进行洗脱，收集洗脱液于储槽，共收集含gsh的流出液约14l。在0.5mpa压力下进行纳滤，排出浓缩液，用纯水清洗纳滤机后，合并纳滤浓缩液与洗机液体积共约1.2l，浓度约30g/l。将纳滤液加入到结晶釜中，用约18％盐酸水溶液将溶液ph调至3。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的3倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度为98.5％的白色疏松结晶谷胱甘肽约30克，收率约为68％，其中氧化型谷胱甘肽含量低至0.2％。
对比例2
先将5升固定化酶催化反应液调节ph至2.8-3.0，减压浓缩，通过732阳离子交换柱，用0.5m硫酸洗脱，洗脱液调节ph至5.0，再通过707阴离子交换柱，并以0.5m氨水洗脱，收集洗脱液，浓缩至体积约为1.1升，浓度约为35g/l。搅拌下滴加95％乙醇(浓缩液体积的4倍)，于10℃以下搅拌结晶，用少量低温酒精溶液(体积比浓度为85％，10℃以下)润洗晶体。将湿晶体于真空干燥箱进行干燥(温度约40℃，真空度0.08mpa)，得到纯度为98.6％的白色疏松结晶谷胱甘肽约35克，收率约为80％，但其中氧化型谷胱甘肽含量大于1.5％(约为1.7％)，超过了国际药典规定值。
可见，本发明通过将强酸性离子交换树脂分离和纳滤纯化相结合，产生了预料不到的技术效果。根据本发明的方法，在用强酸性离子交换树脂进行分离或层析之前，不需要进行浓缩操作，因而既减少了工艺步骤，又有效地降低了谷胱甘肽被氧化的几率和风险。另外，本发明只需采用一次离子交换，可除去大部分杂质，工艺步骤少、效率高。而对比例2采用了两次离子交换，在过阳离子交换 柱后还需要过阴离子交换柱，并且在第二次柱层析中采用了碱性溶液氨水进行洗脱，这样谷胱甘肽易被氧化，其氧化产物在结晶环节很难与谷胱甘肽分离。再者，本发明采用的纳滤装置既可除去部分氨基酸和盐，又可将经过树脂分离所得的分离液于常温下浓缩，能够避免因高温浓缩导致谷胱甘肽被氧化和降解。因此，本发明可实现高收率、高品质、环境友好和低成本地分离纯化谷胱甘肽，能够获得纯度为98％以上、氧化型谷胱甘肽含量低于1.5％的谷胱甘肽。本发明的方法可适用于工业化生产。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，根据上述说明加以改进或变换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。