一种利用超临界流体色谱系统分离辅酶Q10的方法与流程

本发明属于物质分离提纯领域，具体涉及一种利用超临界流体色谱系统分离辅酶q10的方法。

背景技术：

辅酶q10(coenzymeq10，简写为coq10)又名泛醌，是一种类维生素物质，在动植物及微生物中广泛存在。辅酶q10是生物自发合成的细胞代谢激活剂和抗氧化剂，它能作用于某些酶，使之发生三维结构的变化，从而影响其生理活动。过去的研究及临床试验证明辅酶q10不仅具有增加机体免疫力、预防心脑血管硬化的作用，而且对改善高血压、充血性心衰竭、神经系统疾病以及治疗肿瘤等都有帮助。当前，辅酶q10作为一种珍贵的天然产物，被普遍用于生化药物、养生食品以及美容化妆品的生产中。

辅酶q10的生产方法主要有化学合成法、动植物细胞培养法和微生物发酵法。其中，微生物发酵法具有工艺稳定性高，易于大规模生产，操作简单，以及产品生物活性高、易于吸收等优点，是目前辅酶q10生产的研究热点。采用微生物发酵法制得的发酵液中含有多种辅酶q类同系物，将该发酵液经离心、过滤、冻干、粉碎后得到菌渣，通过提取得到辅酶q10粗提物，进一步纯化处理得到高纯度辅酶q10产品。现有的提取方法包括溶剂萃取法、皂化法、超临界流体萃取法，然后结合硅胶柱色谱、重结晶等技术对辅酶q10粗提物进行进一步纯化。然而，辅酶q10粗提取物中主要含有侧链上异戊烯单元数不同的辅酶q类同系物，与辅酶q10性质非常接近，硅胶柱色谱、重结晶等技术对其分离难度较大，溶剂用量大，耗时长，效率低。

cn103819326a公开了一种依次用超声波破碎、有机溶剂提取、硅胶柱层析和结晶来精制辅酶q10的方法。cn101429108a公开了一种依次用无水乙醇提取、水和正己烷萃取、硅胶柱层析和结晶来提纯辅酶q10的方法。cn102391092a公开了一种用超临界二氧化碳萃取菌渣，然后用硅胶柱层析和结晶得到纯度大于99.5％的辅酶q10的方法。cn101987815a公开了一种用吸附树脂和硅胶柱层析结合的方法制备得到纯度大于98％的辅酶q10的方法。上述方法均用到了硅胶柱层析，然而硅胶柱对于辅酶q类同系物分离能力较弱，需要再经多次重结晶才能将辅酶q类同系物完全脱除，工艺路线长，总回收率低。

cn108017530a及cn108084007a公开了一种利用模拟移动床色谱分离法纯化辅酶q10的方法，该方法允许连续进样，因而生产能力高，实现了生产的连续化，提高了固定相的利用率，分离效率较高，可对辅酶q类同系物完全脱除，减少了溶剂消耗，降低了生产成本。但是部分杂质在色谱柱内无法解吸干净，容易拖尾，影响柱效，纯度和收率均较低，且填料寿命低，工艺难以稳定运行，不适于大规模的推广应用。

超临界流体色谱(sfc)是采用超临界流体作为流动相、以固体吸附剂或键合到载体上的高聚物作为固定相的一种分离技术[journalofchromatographya，2016，1467:33-55]。目前未见采用超临界流体色谱法对辅酶q10进行分离的研究报道。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术采用硅胶柱色谱、重结晶等技术对含有多种辅酶q类同系物的辅酶q10粗提物进行分离提纯时存在收率低、耗时长且溶剂用量大以及采用模拟移动床色谱分离法对该辅酶q10粗提物进行分离提纯时存在纯度和收率均较低的缺陷，而提供了一种利用超临界流体色谱系统分离辅酶q10的方法，该方法能够获得纯度和收率均较高的辅酶q10产品，弥补了现有技术中采用超临界流体色谱法对辅酶q10进行分离提纯的研究空白。

本发明的发明人经过深入研究之后发现，将超临界流体作为流动相，搭配合适的固定相，可采用超临界流体色谱系统实现对辅酶q10与其他辅酶q类同系物的良好分离，操作简单，耗时短，成本较低，溶剂消耗少，且能够获得较高光学纯度的辅酶q10，收率高。基于此，完成了本发明。

具体地，本发明提供了一种利用超临界流体色谱系统分离辅酶q10的方法，其中，该方法包括：

(1)开启超临界流体色谱系统，设置系统参数；

(2)待系统稳定运行、色谱柱充分平衡、基线平稳后，注入待分离辅酶q10进料液，根据出峰的紫外峰信号收集辅酶q10组分；

(3)将所述辅酶q10组分中的溶剂去除，得到高纯度辅酶q10。

进一步地，所述待分离辅酶q10进料液为辅酶q10粗提物和有机溶剂的混合物。

进一步地，所述待分离辅酶q10进料液中辅酶q10粗提物的浓度为0.1-120mg·ml^-1。

进一步地，所述有机溶剂选自丙酮、丁酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、石油醚、乙醚、乙腈、异丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、正己烷、正庚烷和正辛烷中的至少一种。

进一步地，所述超临界流体色谱系统中的色谱柱填充固定相选自裸硅胶、c8、c18和改性硅胶中的至少一种。

进一步地，所述改性硅胶选自表面涂覆或键合有三(3,5-二甲基苯氨基甲酰化)直链淀粉的硅胶、表面键合有4-氯苯氨基甲酰化β-环糊精的硅胶和表面键合有3,5-二甲基苯氨基甲酰化-β-环糊精的硅胶中的至少一种。

进一步地，所述色谱柱的温度为20-55℃，柱压为6-15mpa。

进一步地，所述超临界流体色谱系统所采用的流动相的流速为3-15cv·min^-1。

进一步地，紫外检测波长为210-275nm。

进一步地，所述待分离辅酶q10进料液的进样量折纯为色谱柱填料质量的0.15-20％。

进一步地，所述超临界流体色谱系统所采用的流动相由超临界二氧化碳和夹带剂组成。

进一步地，所述夹带剂在流动相中的占比为3-65％v/v，优选为5-25％v/v。

进一步地，所述夹带剂选自丙酮、丁酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、石油醚、乙醚、乙腈、异丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、正己烷、正庚烷和正辛烷中的至少一种。

进一步地，所述超临界流体色谱系统由流体泵、夹带剂泵、柱温箱、进样器和紫外检测器组成；所述流体泵用于向超临界流体色谱系统中提供流动相的超临界二氧化碳流体，所述夹带剂泵用于向超临界流体色谱系统中提供流动相的夹带剂，柱温箱用于控制色谱柱的柱温，进样器用于向超临界流体色谱系统中注入待分离辅酶q10进料液，紫外检测器用于监测紫外波长及分离过程。

本发明的有益效果是：

本发明首次提出了采用超临界流体色谱系统分离方法对辅酶q10粗提物进行分离，将超临界流体作为流动相，搭配合适的固定相，能够使得辅酶q10与其同系物实现良好的分离，最终不仅能够获得纯度和收率均较高的辅酶q10，而且还可以大大降低有机溶剂的循环量，减少有机废液的排放，污染小，属于绿色环保工艺。本发明提供的方法克服了传统分离纯化技术溶剂用量大，耗时长，分离效率低，填料寿命短，纯度和回收率低，工艺不稳定的缺陷，具有经济、高效、易操作、环保的特点，有利于大规模工业推广应用，在定量分析和制备分离方面具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为辅酶q10粗提物按实施例1的方法经sfc分离后得到的高纯度辅酶q10液相色谱图谱。

具体实施方式

所述待分离辅酶q10进料液为辅酶q10粗提物和有机溶剂的混合物。其中，所述待分离辅酶q10进料液中辅酶q10粗提物的浓度优选为0.1-120mg·ml^-1，更优选为0.5-50mg·ml^-1。所述有机溶剂可以为现有的各种能够将辅酶q10粗提物稀释以使其适合色谱上样的惰性有机物质，其具体实例包括但不限于：丙酮、丁酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、石油醚、乙醚、乙腈、异丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、正己烷、正庚烷和正辛烷中的至少一种。此外，所述待分离辅酶q10进料液可以为现存的含有辅酶q10粗提物的且适合进料上样的溶液，也可以将辅酶q10粗提物溶解在有机溶剂中配制而成。

在本发明中，所述辅酶q10粗提物采用动植物细胞培养法或者微生物发酵法获得，优选采用微生物发酵法获得。

所述超临界流体色谱系统中的色谱柱填充固定相优选为裸硅胶、c8、c18和改性硅胶中的至少一种。其中，所述改性硅胶的具体实例包括但不限于：表面涂覆或键合有三(3,5-二甲基苯氨基甲酰化)直链淀粉的硅胶、表面键合有4-氯苯氨基甲酰化β-环糊精的硅胶和表面键合有3,5-二甲基苯氨基甲酰化-β-环糊精的硅胶中的至少一种。此外，所述固定相的粒度优选为25-75μm。

所述超临界流体色谱系统所采用的流动相优选由超临界二氧化碳和夹带剂组成。其中，所述夹带剂的具体实例包括但不限于：丙酮、丁酮、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸乙酯、乙酸甲酯、石油醚、乙醚、乙腈、异丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、正己烷、正庚烷和正辛烷中的至少一种，优选为乙醇。所述夹带剂在流动相中的占比优选为3-65％v/v，更优选为5-25％v/v，最优选为5-15％v/v。

在本发明中，当选用裸硅胶、c8、c18、表面涂覆或键合有三(3,5-二甲基苯氨基甲酰化)直链淀粉的硅胶、表面键合有4-氯苯氨基甲酰化β-环糊精的硅胶或者表面键合有3,5-二甲基苯氨基甲酰化-β-环糊精的硅胶作为固定相，同时选用超临界二氧化碳和夹带剂的混合物作为流动相时，两者能够实现完美的配合，可实现对辅酶q10粗提物的良好分离提纯，辅酶q10与其同系物的分离度可以达到6.08，选择因子可以达到3.22，所得辅酶q10产物的纯度和收率均非常高，同时还可以显著降低有机废液的排放，污染小。

当所述流动相由超临界二氧化碳和夹带剂组成时，相应地，所述超临界流体色谱系统由流体泵、夹带剂泵、柱温箱、进样器和紫外检测器组成；所述流体泵用于向超临界流体色谱系统中提供流动相的超临界二氧化碳流体，所述夹带剂泵用于向超临界流体色谱系统中提供流动相的夹带剂，柱温箱用于控制色谱柱的柱温，进样器用于向超临界流体色谱系统中注入待分离辅酶q10进料液，紫外检测器用于监测紫外波长及分离过程。

所述色谱柱的温度优选为20-55℃，更优选为30-40℃；柱压优选为6-15mpa，更优选为7-10mpa。在本发明中，所述柱压为表压。所述流动相的流速优选为3-15cv·min^-1，更优选为4-6cv·min^-1，最优选为5cv·min^-1。当将柱温、柱压以及流动相流速控制在以上优选范围内时，对于辅酶q类同系物的分离能力特别强，可将辅酶q类同系物完全脱除，同时还可以提高分离效率，有利于辅酶q10产物纯度和收率的进一步提高。

所述待分离辅酶q10进料液的进样量优选折纯为色谱柱填料质量的0.15-20％，更优选为5-15％，最优选为15％。当进样量过低(低于填料质量的0.15％)时，分离效率较低；当进样量过高(高于填料质量的20％)时，不仅可能超过色谱柱的运行负荷，而且还可能由于最初进入色谱柱的进料液与最后进入色谱柱的进料液存在进料时间差异而导致组分之间的相互干扰，所得辅酶q10的纯度会受到一定影响。

本发明采用uv检测器检测分离产物并监测分离过程，根据出峰的紫外峰信号收集辅酶q10组分。其中，紫外检测波长为210-275nm(最优选为245nm)的组分即为辅酶q10。当紫外峰信号检测到210-275nm这一位置出现特征峰且其他位置未出现特征峰时，此时流出的组分即为辅酶q10，开始收集。当紫外峰信号检测到210-275nm这一位置的特征峰开始变弱且其他位置也开始出现特征峰时，此时流出的组分为辅酶q10与其他辅酶q类同系物的混合物，结束收集。

本发明对色谱柱的规格没有特别的限定，只要能够实现辅酶q类同系物的分离即可，具体应该根据待分离辅酶q10进料液的处理量确定。在实际操作过程中，可以采用一根色谱柱或者一套色谱系统分离，但如果样品处理样很大时，也可以采用多根色谱柱或者多套色谱系统并联分离，这样可以提高产能。此外，可以将单次色谱分离后收集的辅酶q10组分单独进行溶剂去除，也可以重复多次进样后累积收集辅酶q10组分，之后再统一进行溶剂去除。此外，去除溶剂的方法通常可以采用旋转蒸发。其中，此处所述的溶剂包括辅酶q10进料液中存在的有机溶剂以及流动相中的夹带剂。

根据本发明的一种具体实施方式，所述利用超临界流体色谱系统分离辅酶q10的方法包括：

(1)将辅酶q10粗提物溶解在有机溶剂中配成待分离辅酶q10进料液；开启超临界流体色谱系统，设置系统参数；

(2)待系统稳定运行、色谱柱充分平衡、基线平稳后，注入待分离辅酶q10进料液，根据出峰的紫外峰信号收集辅酶q10组分，并按照此分离过程，重复多次进样；

(3)将以上步骤累积收集的辅酶q10组分使用旋转蒸发仪去除其中的有机溶剂和夹带剂，得到高纯度辅酶q10。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

以下实施例和对比例中，辅酶q10粗提物采用微生物发酵法获得，其中含有辅酶q10、辅酶q9、还原型辅酶q9、辅酶q10异构体、5-脱甲氧基辅酶q10、辅酶q11、还原型辅酶q11等。

实施例1

本实施例使用色谱柱规格为10×250mm，固定相为c18，粒度为25μm，超临界流体色谱系统分离辅酶q10的方法包括以下步骤：

(1)将辅酶q10粗提物溶解在甲醇中配成辅酶q10进料液，浓度为0.5mg·ml^-1，纯度为45％；开启超临界流体色谱系统，设置其色谱柱的柱温为30℃、柱压为7mpa，且柱压为恒定压力，流动相流速为6cv/min，流动相由超临界二氧化碳和夹带剂组成，夹带剂为乙醇且夹带剂在流动相中的占比为5％v/v，紫外波长为220nm；

(2)待系统稳定运行、色谱柱充分平衡、基线平稳后，注入折纯为色谱柱填料质量的15％的辅酶q10进料液；根据出峰的紫外峰信号收集辅酶q10组分，重复进样20次；

(3)将以上步骤累积收集的辅酶q10组分使用旋转蒸发仪去除其中的溶剂，得到高纯度辅酶q10。纯度为99.3％，收率为99.2％，处理时间为0.7min/kgq10，溶剂消耗为0.38l/kgq10。此外，辅酶q10粗提物经sfc分离后所得辅酶q10组分液相色谱图如图1所示。从图1可以看出，辅酶q10粗提物中的杂质组分已几乎去除干净，仅剩q10主峰及微量杂质峰。

实施例2

本实施例使用色谱柱规格为15×250mm，固定相为表面涂覆有三(3,5-二甲基苯氨基甲酰化)直链淀粉的硅胶，粒度为45μm，超临界流体色谱系统分离辅酶q10的方法包括以下步骤：

(1)将辅酶q10粗提物溶解在乙醇中配成辅酶q10进料液，浓度为5mg·ml^-1，纯度为52％；开启超临界流体色谱系统，设置其色谱柱的柱温为35℃、柱压为8.5mpa，且柱压为恒定压力，流动相流速为5cv/min，流动相由超临界二氧化碳和夹带剂组成，夹带剂为异丙醇且夹带剂在流动相中的占比为10％v/v，紫外波长为245nm；

(2)待系统稳定运行、色谱柱充分平衡、基线平稳后，注入折纯为色谱柱填料质量的10％的辅酶q10进料液；根据出峰的紫外峰信号收集辅酶q10组分，重复进样25次；

(3)将以上步骤累积收集的辅酶q10组分使用旋转蒸发仪去除其中的溶剂，得到高纯度辅酶q10。纯度为99.5％，收率为99.4％，处理时间为0.65min/kgq10，溶剂消耗为0.8l/kgq10。

实施例3

本实施例使用色谱柱规格为15×300mm，固定相为表面键合有3,5-二甲基苯氨基甲酰化-β-环糊精的硅胶，粒度为75μm，超临界流体色谱分离辅酶q10的方法包括以下步骤：

(1)将辅酶q10粗提物溶解在丙酮中配成辅酶q10进料液，浓度为50mg·ml^-1，纯度为58％；开启超临界流体色谱系统，设置其色谱柱的柱温为40℃、柱压为10mpa，且柱压为恒定压力，流动相流速为4cv/min，流动相由超临界二氧化碳和夹带剂组成，夹带剂为正丙醇且夹带剂在流动相中的占比为15％v/v，紫外波长为275nm；

(2)待系统稳定运行、色谱柱充分平衡、基线平稳后，注入折纯为色谱柱填料质量的5％的辅酶q10进料液；根据出峰的紫外峰信号收集辅酶q10组分，重复进样30次；

(3)将以上步骤累积收集的辅酶q10组分使用旋转蒸发仪去除其中的溶剂，得到高纯度辅酶q10。纯度为99.7％，收率为99.5％，处理时间为0.68minkgq10，溶剂消耗为1.2l/kgq10。

实施例4

按照实施例1的方法对辅酶q10进行分离，不同的是，色谱柱的固定相为改性氧化铝，其他条件与实施例1相同，得到高纯度辅酶q10。纯度为95.3％，收率为96.5％，处理时间为1.2min/kgq10，溶剂消耗为2.1l/kgq10。

实施例5

按照实施例1的方法对辅酶q10进行分离，不同的是，流动相为超临界乙烯，夹带剂为正丁烷，其他条件与实施例1相同，得到高纯度辅酶q10。纯度为93.3％，收率为92.1％，处理时间为1.5min/kgq10，溶剂消耗为2.5l/kgq10。

对比实施例(采用普通硅胶柱色谱分离)

本对比实施例使用硅胶柱规格为35×400mm，固定相为c18硅胶，粒度为75μm，硅胶柱色谱分离辅酶q10的方法包括以下步骤：

(1)将辅酶q10粗提物溶解在体积分数为50％乙醇-甲醇混合液中配成辅酶q10进料液，浓度为10mg·ml^-1，纯度为55％；

(2)向硅胶柱中注入3倍柱体积30vt％乙醇-70vt％甲醇混合液进行柱平衡；

(3)待硅胶柱充分平衡后，注入折纯为色谱柱填料质量的20％的辅酶q10进料液；

(4)上样完成后，用30vt％乙醇-70vt％甲醇混合液洗脱，收集辅酶q10组分；

(5)将以上步骤收集的辅酶q10组分使用旋转蒸发仪去除其中的洗脱剂，得到辅酶q10浓缩物。纯度为92.1％，收率为90.3％，处理时间为1.5min/kgq10，溶剂消耗为7.6l/kgq10。

从以上结果可以看出，本发明采用超临界流体色谱系统能够使得辅酶q10与其同系物实现良好的分离，最终不仅能够获得纯度和收率均较高的辅酶q10，而且还可以大大降低有机溶剂的消耗量，处理时间短，分离效率高。此外，从实施例1与实施例4-5的对比可以看出，当选用裸硅胶、c8、c18、表面涂覆或键合有三(3,5-二甲基苯氨基甲酰化)直链淀粉的硅胶、表面键合有4-氯苯氨基甲酰化β-环糊精的硅胶或者表面键合有3,5-二甲基苯氨基甲酰化-β-环糊精的硅胶作为固定相，同时选用超临界二氧化碳和夹带剂的混合物作为流动相时，两者能够实现完美的配合，所得辅酶q10产物的纯度和收率均非常高，同时还可以进一步降低有机废液的排放，环境污染小。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。