[發明專利]一種消除底物毒性的方法

在審

• 申請號: 201310682483.3
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN104711248A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 劉春巧;王芳;張鵬
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C12N11/12
• 分類號: C12N11/12;C12N11/10;C12N11/08;C12N11/14
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

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技術領域

本發明屬于生物技術領域，涉及利用固定化載體對有毒底物進行固定化，然后用固定化底物替代傳統的游離底物進行反應可有效消除底物對催化劑的毒害作用，大幅度提高目的產物產量的方法。

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背景技術

在生物催化反應中，經常要用到對催化劑有毒的化合物作為底物，這些底物的存在會影響催化劑的活性，造成催化劑的活性下降甚至使催化劑喪失催化作用。因此，如何消除底物對催化劑的毒害作用成為生物催化工業的一個瓶頸，嚴重阻礙了生物催化工業的發展。

固定化(immobilized)技術是用化學或物理手段將物體定位于限定空間區域的一門新興技術，主要包括固定化酶技術與固定化微生物技術，在化工、發酵、能源、醫藥等行業應用廣泛。然而，固定化酶或固定化微生物技術在增強生物催化劑的穩定性方面具有一定的作用，但在消除底物對生物催化劑毒性方面并沒有任何作用。

化合物對生物催化劑的毒性主要通過降低細胞內巰基水平及升高活性氧水平改變細胞內氧化還原狀態或與細胞原漿中的蛋白質發生化學反應使細胞變性而導致細胞衰退或死亡。通過底物固定化使得反應體系中游離的底物濃度基本為零，酶或微生物的新陳代謝將不受任何影響，可以更好地催化合成目的產物；此外，把有毒底物固定在載體上，可以大大提高催化劑對有毒底物的耐受度，從而大大提高目的產物的產量；再者，待反應結束后，未反應的有毒底物依然固定在載體上，可以用于下一批次的反應，有效減少了有毒底物廢水的排放，對環境的污染基本沒有。

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發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，利用固定化底物提高生物催化劑對有毒底物的耐受度，進而提高目的產物的產量。其中固定化載體采用殼聚糖及其改性，纖維素及其衍生物，有機合成聚合物，凝膠材料，磁性微粒，無機材料，絲素或甲殼素；底物固定化采用吸附法，共價結合法，交聯法或包埋法，然后用固定化底物替代傳統的游離底物在最佳反應條件下進行催化反應生產目的產物。該方法具有提高生物催化劑對有害底物的耐受度，大幅度提高目的產物產量，簡化產物后續分離純化工藝及減少有毒廢水排放等優點，大大降低了目的產物生產成本低，為大規模低成本生產目的產物奠定了基礎。

本發明的整體技術構思是：利用固定化載體固定化有毒底物，然后用固定化底物替代傳統的游離底物進行催化反應，該方法由下列工藝步驟組成：

（1）固定化底物的制備，其中包括固定化載體的選擇和底物的固定化；

（2）加入固定化底物進行催化反應；

（3）產物的分離純化；

（4）固定化載體的重復使用。

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本發明的具體工藝步驟及工藝條件是：

步驟（1）中固定化底物的制備：

根據有毒底物的理化性質選擇該底物最適的固定化載體，然后對固定化過程中涉及的固定化溫度、底物溶液pH、攪拌轉速、底物濃度及固定化時間等條件進行優化，確定最佳的固定化條件。

固定化載體為殼聚糖及其改性，纖維素及其衍生物，有機合成聚合物包括大孔吸附樹脂、離子交換樹脂、接枝聚合物和β-環糊精聚合，凝膠材料包括卡拉膠、聚乙烯醇、海藻酸鈣凝膠、烯丙基葡聚糖樹脂凝膠、微乳液凝膠和明膠，磁性微粒，無機材料包括硅膠，硅藻土，活性炭，CaCO₃粉末，蛋殼，二氧化鈦，陶瓷拉西環和膨潤土基多孔粘土材料，絲素或甲殼素。

固定化方法為吸附法，共價結合法，交聯法或包埋法。

步驟（2）中催化反應：

取一定量的酶或微生物細胞加入到含有一定體積反應液的反應體系中，通過考察反應溫度、體系pH、攪拌轉速、裝液量及反應時間等反應條件，確定最佳的反應條件。

催化反應為酶催化反應，細胞催化反應或有機催化反應。

步驟（3）中的產物分離純化：

采用固定化底物替代傳統的游離底物進行催化反應，反應結束后根據產物理化性質及狀態采用洗脫、萃取、離交或蒸餾的方式進行產物分離純化。

步驟（4）中固定化載體的回收及循環使用：

????在固定化底物催化反應結束后，利用過濾或離心的方法即可把固定化載體進行回收，回收的載體進入步驟（1）進行底物固定化，并再次作為底物投入催化反應體系中進行反應；如此重復循環，固定化載體的使用壽命可達50-300個周期。

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本發明所取得的技術進步在于：