正交設計法優化胞磷膽堿鈉合成工藝

孫立娜 孫耀冉

(1. 天津德亦誠醫藥咨詢有限公司, 天津 300000; 2. 石家莊學院 化工學院, 河北 石家莊 050035)

胞磷膽堿鈉是一種核苷衍生物，又名胞二磷膽堿鈉，化學名為膽堿胞嘧啶核苷二磷酸酯單鈉鹽。是一種腦代謝激活劑，臨床上主要用于急性顱腦外傷和腦手術后意識障礙，以及治療帕金森綜合征和神經性耳聾，也可用于其他中樞神經系統急性損傷引起的功能和意識障礙、缺血性腦血管病和血管性癡呆，對老年性癡呆癥、抑郁癥、延緩衰老和提高學習效果和記憶力等都有一定的療效[1,2]。

關于胞磷膽堿鈉制備方法的報導很多，但大致可歸納為三種途徑。一種是有機化學合成法[3]，該法存在產品難與縮合劑分離，不適合藥用，反應轉化率低，副產物多，成本高，環境污染嚴重等問題；一種是微生物發酵法，該法存在產物濃度低，產率不穩定等問題；還有一種是酶促合成法，如利用啤酒酵母泥等微生物進行生物合成[4,5]。采用游離的啤酒酵母泥細胞酶促合成，工藝簡單、轉化率高，成本低。通過酶促合成法合成胞磷膽堿鈉的生產工藝過程可以分為酶促合成工藝和提取純化工藝兩大部分。本文通過正交設計法對酶促合成工藝中反應液組成的最佳條件進行了研究，即對反應液中胞苷酸、磷酸膽堿、葡萄糖、速凍啤酒酵母泥、硫酸鎂的加入量進行優化，找到了反應底物的最佳配比。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

胞苷酸、磷酸膽堿、葡萄糖和硫酸鎂均為市售分析純，酵母為啤酒生產中廢棄的啤酒酵母泥，實驗中使用的水均為自制的純化水。

753BI型分光光度計；ZWF-6型三用紫外分析儀；DYY-8B型穩壓穩流電泳儀；TGL-16G型高速離心機。

1.2 合成實驗方法

啤酒酵母泥酶促合成胞磷膽堿鈉的原理為胞二磷膽堿由微生物菌體所提供的酶系催化胞苷酸和磷酸膽堿而合成[6]，國內使用啤酒生產中廢棄的啤酒酵母泥，其中方程式為：

1.2.1 反應操作

根據正交試驗方案設定組成方案，取適量胞苷酸、磷酸膽堿及葡萄糖分別置于錐形瓶中，加入純化水，攪拌溶解后，加入速凍啤酒酵母泥，攪拌均勻，升溫至29 ℃，加入定量的硫酸鎂，攪拌均勻，開始計時。

維持反應溫度30±1℃左右，反應2小時后取樣，測轉化率，補加葡萄糖，以補充代謝過程中所消耗的能量物質，加葡萄糖后攪拌均勻。以后每反應1.5小時補加一次葡萄糖，反應8小時后取樣，測轉化率。

1.2.2 后處理

反應結束后，加熱升溫至70±2 ℃保溫10 min，迅速冷卻至室溫。將反應液進行板框壓濾，得壓濾液，濾渣干燥后可用做飼料。

1.3 含量測定方法

以胞苷酸投入量的轉化率計算胞磷膽堿鈉酶促反應合成的收率，30±1 ℃溫度條件下反應，反應時間為約8小時，用瓊脂糖電泳法和紫外分光光度法試驗3次平均測定轉化率[7]。

2 結果與討論

2.1 正交設計實驗方案

按照1.2中的實驗方法在啤酒酵母泥酶催化下，以胞苷酸為起始底物進行胞磷膽堿鈉的合成，該方法中所使用的主要原料有葡萄糖、磷酸膽堿、胞苷酸和硫酸鎂，采用正交設計方法對四種主要原料的用量進行考察。根據大量單因素反應的結果，設定胞苷酸、葡萄糖、磷酸膽堿和硫酸鎂四種反應底物的用量為四因素，每個因素三水平，如表1所示。

表1 因素水平表

注：底物濃度以100 mL反應液為準

2.2 試驗結果

設定反應液總量為100 mL，按照表1中各組分的量加入底物，按照1.2中的實驗方法在啤酒酵母泥酶催化下，采用L9(34)正交設計法進行設計實驗，以胞苷酸的轉化率作為考察指標，正交設計的具體方案和實驗結果如表2所示，方差分析結果見表3。

表2 正交試驗設計方案及結果

表3 方差分析結果

從表2的實驗結果可以看出，A因素即胞苷酸用量的各水平極差最大，為41.1，其為最主要影響因素，A2為A因素優先水平。胞苷酸作為主要原料之一，當濃度適當增加時，增大了反應物的濃度擴散動力，有助于增大轉化率。但是當增加過多后，過量的胞苷酸會激活胞苷酸水解酶，胞苷酸被水解為胞苷，胞磷膽堿鈉產率下降，同時，大量副產物胞苷會給反應后的分離提純帶來困難[8]。從表2的實驗結果還可以看出，B因素極差為14.9，影響次之，B2為B因素優先因素，C因素、D因素影響相近，以C3、D1最佳。

根據葡萄糖、磷酸膽堿、胞苷酸、硫酸鎂四因素篩選試驗結果和表3中方差分析的結果可以看出，A(胞苷酸的用量)為顯著影響因素，而B、C、D的實驗結果影響不顯著。因此在合成工藝中應該嚴格控制胞苷酸的用量。在A2B2C3D1組合下反應，胞磷膽堿鈉產率較高。根據以上結論，以100 mL反應液為準，確定底物濃度的最佳組成方案為：葡萄糖30 g，磷酸膽堿7.0 mL，胞苷酸1.0 g，硫酸鎂0.5 g。

3 結論

在啤酒酵母泥酶催化下，以胞苷酸為起始底物合成胞磷膽堿鈉，該路線中所使用的主要原料有葡萄糖、磷酸膽堿、胞苷酸和硫酸鎂，采用L9(34)正交設計法進行設計實驗，以胞苷酸的轉化率作為考察指標，對工藝中四種主要原料的用量進行優化。根據正交實驗的結果，得出以100 mL反應液為準的底物濃度的最佳組合方案為：葡萄糖30 g，磷酸膽堿7.0 mL，胞苷酸1.0 g，硫酸鎂0.5 g。

此外啤酒酵母泥酶催化反應的初始pH、反應溫度和時間有待進一步考察，以最終得到啤酒酵母泥酶催化下，以胞苷酸為起始底物合成胞磷膽堿鈉的總工藝。