开发一种高效的基于树脂的方法，用于从Aspergillus sclerotiorum ASJ82的粗提物中纯化3-羟基吩嗪-1-羧酸

《Journal of Biotechnology》：Development of Efficient Resin-Based Method for Purifying 3-Hydroxyphenazine-1-Carboxylic Acid from Aspergillus sclerotiorum ASJ82 Crude Extract

3-OH-PCA从复杂生物转化介质中高效分离纯化研究采用HZ-818树脂优化吸附脱附参数， Langmuir模型拟合吸附数据，动态吸附柱实验显示纯度96.5%，回收率85.32%。

　　

Malik Jan|Kashif Hayat|Israr Khan|Aadil Ahmed Memon|Ibrar Khan

中国科学院深圳先进技术研究院合成微生物组研究中心，中国广东省深圳市光明区公长路

摘要

通过Aspergillus sclerotiorum ASJ82的全细胞生物催化作用，从吩嗪-1-羧酸中获得了新的代谢物3-羟基吩嗪-1-羧酸（3-OH-PCA）。尽管从生物技术的角度来看具有很大潜力，但由于缺乏从复杂生物转化介质中分离和纯化3-OH-PCA的有效方法，导致大规模工业应用的进一步实验研究受到严重阻碍，因为纯化得到的化合物量不足。因此，本研究旨在开发一种简单高效的技术，用于从A. sclerotiorum ASJ82的粗提物和培养基中分离和纯化3-OH-PCA。评估了五种大孔树脂（HP-20、HZ-818、HZ-801、D001和D155）的静态吸附和脱附性能。与其他树脂相比，HZ-818树脂在吸附和脱附3-OH-PCA方面表现出显著优势。此外，还利用Langmuir和Freundlich等温模型对HZ-818树脂的平衡吸附数据进行了分析，结果显示实验数据与Langmuir等温模型拟合良好，为了解3-OH-PCA在HZ-818树脂上的吸附行为提供了宝贵信息。进一步使用装有HZ-818树脂的色谱柱进行了动态吸附和脱附实验，以确定和优化有效分离和纯化3-OH-PCA所需的操作参数。在优化的分离和纯化条件下，3-OH-PCA的平均吸附容量为21.1±1.2 mg/g干树脂，脱附率为88±1.2%。经过HZ-818树脂处理后，3-OH-PCA的含量显著增加，纯度达到96.5±2.1%，回收率为85.32%。结果表明，HZ-818树脂作为吸附剂在从复杂介质中有效分离和纯化3-OH-PCA方面具有巨大潜力。总体而言，该方法在3-OH-PCA的分离和纯化方面显示出巨大前景，可应用于工业中从A. sclerotiorum ASJ82提取物中大规模生产3-OH-PCA，为进一步的研究和应用提供了可能。

引言

天然产物如吩嗪是药物发现的重要来源，大多数吩嗪最初是从海洋和陆地微生物中发现的（Valliappan等人，2014年；Huang等人，2024年）。迄今为止，已研究了超过6000种合成吩嗪和180种天然存在的吩嗪衍生物（Yan等人，2021年；Zhou等人，2025年）。吩嗪衍生物的物理和化学性质因官能团的位置和类型而异。这些芳香杂环化合物因其鲜艳的色素和广泛的抗菌活性而受到科学界的关注。它们的氧化还原和荧光特性使其更具重要性，其中一些还被用作生化和生物工业中的染料，还有一些被制成荧光探针，用于体内生化谱型的研究（Gu等人，2015年；Song等人，2025年）。

研究表明，吩嗪衍生物pyocyanin可用作天然纺织染料，具有优异的耐久性和广泛的农业应用（DeBritto等人，2020年）。此外，吩嗪衍生物还被用于开发有机发光二极管（OLED），并且与其他化合物相比表现出优异的性能（Gu等人，2015年）。对天然吩嗪衍生物需求的增加也源于研究人员对生物体健康的关注。吩嗪具有多种生物活性，如抗真菌、抗菌、杀虫、抗肿瘤、抗疟疾和抗癌化学预防作用（Krishnaiah等人，2018年；Velez-Haro等人，2024年）。近年来，开展了多项研究以改造高产微生物菌株并优化发酵过程以生产吩嗪衍生物（Liu等人，2016年；Hu等人，2017年）。最近，我们的研究小组分离并鉴定出真菌菌株A. sclerotiorum ASJ82，该菌株能够将PCA的产量提高到1.3 g/L，并产生约1 g/L的3-羟基吩嗪-1-羧酸（3-OH-PCA）（Jan等人，2023年）。代谢物3-OH-PCA呈深红色，可用作纺织工业的着色剂，并对植物病原体Rhizoctonia solani的生长具有显著的抑制作用（Jan等人，2023年）。

尽管从生物转化介质中分离和纯化3-OH-PCA具有巨大潜力，但由于缺乏有效方法，大规模工业应用的进一步实验研究受到严重阻碍。3-OH-PCA具有与其前体代谢物PCA相似的芳香结构，因此从粗提物中分离和纯化3-OH-PCA至关重要。在生物加工行业中，最昂贵的阶段是下游过程（Liu等人，2008年）。已采用多种传统技术进行吩嗪衍生物的分离和纯化，如高效色谱、薄层色谱、高效毛细管电泳和自由流电泳（FFE），随后通过制备型高效液相色谱（HPLC）进行分析（Shao等人，2010年；Bien等人，2018年）。例如，自由流电泳（FFE）是一种基于重力的分离技术，已被用于从Pseudomonas M18的发酵液中纯化吩嗪-1-羧酸（PCA），但获得的PCA浓度相对较低，限制了其实际应用。然而，所有这些方法都有缺点，包括耗时耗力、过程复杂、溶剂浪费以及不适合大规模制备。以往关于吩嗪衍生物的研究主要集中在生产和鉴定上，对高效纯化方法的关注较少。对于扩大生产规模的需求，基于大孔树脂的分离和富集方法因高效、低成本和操作简便而显得很有前景（Aljawarneh等人，2024年；Bilal等人，2018年）。目前，大孔树脂因其从传统中药（TCM）中回收大分子、代谢物和化合物的潜力而受到广泛研究。这些化合物包括香豆素、黄酮类、木脂素、酚类和萜类（Mei等人，2025年；Yao等人，2015年）。大孔树脂成本低廉、耐用，且由于具有高结合能力和易于再生，能够有效从复杂混合物中富集所需化合物（Jatoi等人，2023年；Tang等人，2021年）。

迄今为止，仅有一篇报道描述了使用不同大孔树脂从发酵液中纯化吩嗪-1-羧酸（PCA）的方法，为当前的研究提供了基础（Mei等人，2025年）。由于医药和农业领域对吩嗪衍生物的需求不断增长，本研究旨在开发一种高效且简单的方法，用于初始分离和纯化3-OH-PCA。对可能影响五种不同树脂吸附和脱附比例及容量的多个参数进行了彻底研究。此外，还采用了一种基于树脂的吸附色谱方法来评估其分离和纯化3-OH-PCA的效率和实用性。本研究的结果将有助于推进3-OH-PCA分离和纯化技术的发展。

部分内容摘录

化学品和试剂

大孔树脂（HZ-818、HZ-801、D001和D155）由上海华振科技有限公司（中国上海）提供，而HP-20大孔树脂由日本三菱化学公司提供。所选树脂的物理化学性质详见表1。用于静态脱附和动态洗脱的甲醇（>99.9%）由上海Macklin生化有限公司提供。用于HPLC分析的乙腈和甲酸

选择用于3-OH-PCA纯化的大孔树脂

大孔树脂（MARS）的效率与其物理和化学性质密切相关，如表面积、极性和平均孔径（Sandhu和Gu，2013年）。此外，氢键和范德华相互作用也参与了溶质在树脂上的吸附过程（Guo等人，2025年；Liu等人，2021年）。在本研究中，评估了五种不同类型的大孔树脂（HP-20、HZ-801、HZ-818、D155和D001）以及3-OH-PCA的分离条件

结论

本研究探讨了从A. sclerotiorum ASJ82的生物转化液中富集、分离和纯化3-OH-PCA的方法。在多种操作条件下使用了五种不同的大孔吸附剂来评估其纯化效果。在所研究的树脂中，HZ-818树脂在吸附容量和纯化效率方面表现出显著优势，其吸附容量为21.2±1.2 mg/g干树脂。

CRediT作者贡献声明

Israr Khan：撰写 – 审稿与编辑。Kashif Hayat：撰写 – 审稿与编辑，概念构思。Malik Jan：撰写 – 初稿撰写，可视化，方法设计，实验研究，数据分析，概念构思。Ibrar Khan：撰写 – 审稿与编辑。Aadil Ahmed Memon：撰写 – 审稿与编辑。

利益冲突声明

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