十一 · 五“863工业生物技术”  专题系列报道（7）
全细胞催化高能磷酰化合物关键技术研究及其应用
南京同凯兆业生物技术有限公司 杨蕴毅 应汉杰
　　高能磷酰化合物（HEPC）是一类重要的生理活性物质，在生命活动中参与基因、蛋白质、多种酶的组装与表达，
从而对生物信息的传递、生物催化反应过程进行调控，并为上述过程提供必需的能量。在医药领域，其主要用于心
脑血管、癌症、肝炎、抗病毒和神经性疾病等多种疑难疾病的治疗和辅助治疗，并且可作为医药中间体用于其他多
种药物的合成；在食品和保健品领域，可帮助增强肌肉性能，缓解身体疲劳，补充体力；在饲料添加剂领域，可增
加禽类产蛋率，增强动物肌肉弹性等。
　　随着技术的更新和产品的推广，高能磷酰化合物的相关产品市场正在以每年15%~20%的速度快速增长。目前，
国际上已生产出上百种磷酰化合物，而且新的磷酰化合物还在不断被发现和生产，而我国能生产的磷酰化合物仅有
十多种，且技术落后。本课题组在“十一五”863项目的资助下，对三磷酸腺苷（ATP）、三磷酸胞苷（CTP）、三磷
酸鸟苷（GTP）和三磷酸尿苷（UTP）等高能磷酰化合物在大规模制造过程中所涉及的关键技术进行了研究，针对现
有高能磷酰化合物生产过程中存在的底物利用效率低、产物得率低、分离得率不高、精制产品质量不理想等众多关
键问题，从高能磷酰化合物的生物合成、产物分离、产品精制三个方向入手，建立起高效合成高能磷酰化合物的共
性核心技术平台，并建设了中试生产线，实现了四种NTP（ATP、CTP、GTP、UTP的总称）产品的小批量生产和销售。
一、    项目目标及完成情况
    项目目标：①在全细胞催化高效制备高能磷酰化合物的关键技术上取得突破，完成500L酶反应罐的中试及小规
模生产，实现产值2000万元；②ATP、CTP、GTP、UTP的摩尔得率分别大于95%、90%、90%和85%；③4个NTP的离
子交换收率大于90%、结晶收率大于80％、总收率不低于65%，产品质量符合国际市场的质量标准；④实现高能磷
酰化合物的绿色加工，降低水资源消耗、能量消耗各30%以上，综合成本降低20%左右，减少污染物的排放和污染扩
散30%。
　　完成情况：（1）完成NTP等高能磷酰化合物的催化、分离以及结晶工艺的中试工艺设计，已建成一条中试生产
线，自行设计并组装了连续离子交换-膜分离集成系统，并已完成各项装置的安装和调试工作。（2）从催化、分离及
结晶三个方面对NTP等高能磷酰化合物的生产工艺进行研究，建立了高效的能量原位再生和自耦联体系，自行设计
并组建了连续离交-膜分离集成技术和装备，发明了醇析和盐析协同作用下的结晶新方法，解决了传统生产工艺中存
在的底物利用效率低、产品得率低、工艺流程长、生产成本高、能耗高、污染大、产品质量不理想等共性关键技术
问题，4种NTP的得率均得到明显提高，各项技术指标均优于文献报道水平，产品质量符合国际市场的质量标准。（3）
完成中试化生产线的建设和试车工作，并实现4种NTP产品的小规模工业化生产，整体工艺流程由原有的14步减少
至5步，因而使得水资源消耗、能量消耗分别降低30%~40%以上，综合成本降低25%~30%左右，减少污染物的排放和
污染扩散30%。（4）在NTP产品的研究基础上，利用本项目所建立的平台技术，进一步实现1,6-二磷酸果糖、胞二
磷胆碱、尿苷二磷酸葡萄糖等磷酰化合物产品的小规模生产，均取得了良好的效果。（5）通过与多家企业接触合作，
实现了系列产品小规模批量生产和销售。
二、    新技术所具有的特点
　　本项目主要针对包括ATP、CTP、GTP和UTP等NTP系列产品在内的多种高能磷酰化合物在大规模制造过程中所
涉及的关键技术进行研究，以实现该类产品在制造工艺上的技术创新和大规模生产，并为其他多种生理活性物质的
工业制造提供借鉴。
　　（1）生物催化方面，发明了高效的能量原位再生和能量自耦联技术  将代谢工程基本理论和技术应用于酵母全
细胞催化高能磷酰化合物的代谢途径分析，建立模型，确定影响产物积累的关键节点；通过化学小分子效应物调控
节点处的代谢流量，建立生物合成高能磷酰化合物的高效细胞工厂，实现高能磷酰化合物的高效生产。
　　（2）产物分离方面，设计并组建了连续离子交换-膜分离集成技术  建立了针对不同产品分离介质的快速筛选
平台，提高分离效率；采用纳滤膜分离系统实现产品的同步浓缩与分离，明显简化工艺流程，显著减少物耗和能耗；
自行设计并组建了连续离子交换-膜分离集成系统和装备，完成离子交换分离过程与膜分离过程的工艺集成，显著提
高了分离效率，减少了工艺流程，明显缩短了分离时间，降低了成本，并显著减少了NTP产品生产过程中的物耗、
能耗和废物排放量。
　　（3）产品精制方面，发明了醇析与盐析复合的结晶新技术  将盐析过程引入传统的醇析结晶中，通过针对不同
产品，使用反应结晶和溶析结晶等方法，加强了结晶过程的可控制性，明显提高了产品的纯度和质量，解决了高能
磷酰化合物结晶难、产品质量不理想的共性关键技术问题。
　　三、市场开发情况及应用前景
　　高能磷酰化合物是一类重要的生理活性物质，目前已广泛应用于医药、食品和保健品以及饲料添加剂领域。本
课题组目前已完成500L酶反应罐的中试及小规模生产，产品的各项指标均达到或超过国际先进水平。通过与多家企
业的洽谈合作，目前已实现NTP系列产品的批量销售，累计实现销售额1550万元左右。项目完成后，将进一步进行
产业化放大实验，拟建成产能50t/a以上的NTP生产线，以满足逐渐增长的市场需求。
　　本课题组研究建立的高能磷酰化合物高效制备平台还可用于包括核苷单磷酸系列化合物、胞二磷胆碱、环磷腺
苷、尿苷二磷酸葡萄糖、腺苷甲硫氨酸、D-核糖、酪蛋白磷酸肽在内的多种精细化学品的高效生物合成和分离精制，
从而大大拓宽了本项目技术的应用范围和应用领域，可以带动一大批生物基精细化学品的研发和生产，促进相关学
科和领域的发展，并促进产业结构调整，使化工产品向精细化、高端化转移。