[01594974]新型辅酶吡咯喹啉醌的创制关键技术及应用

吡咯喹啉醌（Pyrroloquinolinequinone,PQQ）是近年来发现的醌脱氢酶辅因子,是继NADH、FMN之后的第三类辅酶,为维生素B族新成员。PQQ具有促进微生物生长,也可促进植物生长、发育,可通过影响超氧化物歧化酶、抗坏血酸过氧化物酶活性减轻低温胁迫对农作物的伤害,因此,PQQ可用作高效生物肥料的重要有效成分,具有巨大的应用价值。但是,生产制备PQQ技术是其开发应用的瓶颈,针对该问题,在国家自然科学基金项目“吡咯喹啉醌生物合成途径中AHQ中间产物的生成反应机制研究”、河南省高校创新人才项目“食品功能因子“吡咯喹啉醌”规模化制备关键技术”、河南省自然科学基金项目“复合体酶合成“吡咯喹啉醌”的分子基础及催化机制研究”、河南省高等学校重点科研项目“吡咯喹啉醌无细胞体系合成制备关键技术研究”等项目资助下,我们项目组经过8年的研究和产学研合作,在吡咯喹啉醌的生物制造和应用方面进行了攻关,形成了一批具有自主知识产权的关键技术,取得了显著的经济效益和社会效益。 1、项目主要技术内容如下： （1）建立了新型辅酶“吡咯喹啉醌”生物制造关键技术 本项目研究了吡咯喹啉醌的生物合成机制,揭示了氧化葡萄糖杆菌合成吡咯喹啉醌的基因基础,阐明了氧化葡萄糖杆菌中吡咯喹啉醌生物合成反应和生物前体物。在此基础上,利用补料添加反应原料、辅因子、细胞膜通透性调控剂,促进发酵产量提升,开发了氧化葡萄糖杆菌发酵法制备吡咯喹啉醌的技术。其次,根据氧化葡萄糖杆菌中吡咯喹啉醌生物合成反应,研究了利用氧化葡萄糖杆菌菌体细胞破碎上清液和PQQ前体物在体外合成吡咯喹啉醌的方法。最后,研究了高效分离纯化PQQ的技术。利用络合剂与PQQ反应形成络合物使其转移至萃取相的原理,研究了络合萃取法分离纯化PQQ。根据吡咯喹啉醌的结构特点,提出并建立利用离子对双水相体系对其进行分离纯化的方法。该方法利用离子对试剂与PQQ发生反应而选择性分配在有机相,达到高效性地分离纯化的目的。另外,研究了以二氧化硅为基材、吡咯喹啉醌为模板分子、甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂热聚合制备吡咯喹啉醌分子印迹聚合物,并利用该聚合物分离纯化得到吡咯喹啉醌的方法。综合以上研究成果,本项目开发了利用氧化葡萄糖杆菌分批补料发酵生产制备高纯度吡咯喹啉醌产品的技术。 （2）建立了新型辅酶吡咯喹啉醌的生物复合肥应用关键技术 本项目研究了新型辅酶吡咯喹啉醌的生物活性,发现它可以通过增强有机体中的SOD酶活性提高生物体清除自由基的能力,从而提高对不良环境氧化应激的抵抗能力。在此基础上,创新性提出并建立了新型辅酶吡咯喹啉醌的生物复合肥应用关键技术,开发出新型生物复合肥。该生物复合肥采用吡咯喹啉醌和山楝属植物提取物作为生物复合肥协同增效的功能性成分,解决了现有复合肥功能单一、利用率低的缺点。 2、授权专利及发表论文情况 项目获授权发明专利5项,发表SCI期刊论文3篇。 3、技术经济指标、应用推广及效益情况 项目中研发的技术分别在郑州拓洋实业有限公司、河南飞天农业开发股份有限公司和登封快丰收农业发展有限公司等企业进行了推广应用,近三年来,新增销售收入4.44亿元,新增利润2.65亿元,具有显著的经济和社会效益。