Biotransformation of ginsenoside Rb1 to ginsenoside Rd by highly substrate-tolerant Paecilomyces baineri 229-7

作者: Li Ye, Chao-Qun Zhou, Wei Zhou, Pei Zhou, Dao-Feng Chen, Xiao-Hui Liu, Xun-Long Shi, Mei-Qing Feng
单位: School of Pharmacy, Fudan University, 826 Zhangheng Road, Zhangjiang Hi-Tech Park, Shanghai 201203, China; Zhejiang Hisun Pharmaceutical Co., Ltd., Taizhou 318000, China
杂志: Bioresource Technology（2010）
DOI: 10.1016/j.biortech.2010.04.102
所属领域: 发酵工程
关键词: BiotransformationGinsenoside RdPaecilomyces baineriPurificationScale-up fermentation
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解决的核心问题

人参皂苷Rb1转化为高活性人参皂苷Rd过程中底物耐受性低、转化率低、产物易被进一步降解以及纯化困难等问题

研究策略

通过UV诱变和LiCl协同处理获得高底物耐受突变株Paecilomyces baineri 229-7，优化摇瓶培养基成分及发酵条件，在10-L发酵罐放大验证，并采用大孔树脂两步法纯化产物

研究路线图

100%

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核心内容

本研究针对人参皂苷Rb1生物转化制备高活性Rd过程中底物耐受性差、转化率低及产物易降解等问题，通过紫外线诱变结合氯化锂协同处理获得一株高底物耐受突变株Paecilomyces baineri 229-7，该菌株能选择性催化Rb1转化为Rd而不产生过度降解产物。在摇瓶水平优化培养基组成和发酵条件后，添加20 mg/mL底物时转化率高达94.9%；进一步将底物浓度提升至60 mg/mL，转化率仍可维持71.32%，显著优于原始菌株。向体系中加入0.25% Tween 20可使Rd产量额外提高10%。在10-L发酵罐放大实验中，转化率稳定在89%，验证了工艺的可放大性。产物纯化采用大孔树脂两步法，经HP20粗分离和H41精制后，Rd纯度从40.9%逐步提升至92.6%，总回收率为42.4%，最终获得33.8 g高纯度Rd。该研究首次建立了从发酵培养基中高效纯化人参皂苷Rd的简便工艺，证明了229-7突变株兼具高底物耐受性和转化选择性，为制药工业规模化制备人参皂苷Rd提供了经济可行的技术路线。

创新点

获得一株高底物耐受且选择性转化Rb1为Rd的突变株229-7；摇瓶转化率高达94.9%，底物浓度可达60 mg/mL仍保持71.32%转化率；首次建立从发酵培养基中大孔树脂纯化人参皂苷Rd的方法

研究对象（1）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Paecilomyces baineri 229-7	人参皂苷Rb1生物转化生成Rd（Rb1 → Rd）	—	β-葡萄糖苷酶	催化	该酶水解Rb1 C-20位葡萄糖残基生成Rd，突变导致下游F2和CK生成受阻，使Rd作为终产物积累

关键发现

摇瓶优化条件下，添加20 mg/mL SPNL时生物转化率为94.9%
10-L发酵罐放大时转化率89%
60 mg/mL高底物浓度下最大转化率仍达71.32%
加入0.25% Tween 20使Rd产量提高10%
最终产物纯度达92.6%，纯化总回收率42.4%（33.8 g Rd）
乙醇提取物中Rd浓度为5.7 mg/mL，经HP20粗分离后纯度从40.9%升至82.5%，H41精制后纯度92.6%

研究结论

高底物耐受突变株Paecilomyces baineri 229-7能高效、选择性转化人参皂苷Rb1为Rd，结合大孔树脂纯化工艺简便经济，该菌株在制药工业制备人参皂苷Rd方面具有良好应用前景