[發明專利]一種從木質纖維素汽爆水解液中獲得漆酶天然介體的方法

在審

• 申請號: 201510965211.3
• 申請日: 2015-12-21
• 公開（公告）號: CN105566070A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 邱衛華;韓業君
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C07C37/54
• 分類號: C07C37/54
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟;侯瀟瀟

【技術領域】

本發明屬于生物化工領域，特別涉及一種從木質纖維素汽爆水解液中獲得漆 酶天然介體的方法。

【背景技術】

漆酶及漆酶介體催化的反應被認為是綠色反應。因為，漆酶與其他木質素降 解酶相比，對有機物的氧化催化不需要任何輔助條件(LiP和MnP均需要H₂O₂的參與)，空氣中的氧氣就能滿足其需要；而且反應的副產物只有H₂O，沒有二 次污染，因此利用漆酶來去除環境中的污染物有著獨特的優勢。因此它是未來工 業生物催化領域最重要及最具產業化前景的氧化還原酶之一，并引發了國內外對 漆酶的研究熱潮。但是，由于低氧化還原電勢(0.5～0.8V)的漆酶僅能直接氧化降 解具低氧化還原電勢的酚型木素結構單元。對于占木質素總量中絕大部分的非酚 型結構單元則不能被氧化。1990年，Paice和Bourbonnais首次發現了一些小分 子化合物可以作為氧化還原介體(redoxmediator)，充當漆酶與底物之間的電子梭 (electronshuttle)，以不同的催化機制實現漆酶與非酚類及大分子木質素類等底物 間的電子傳遞，從而使漆酶所催化的底物種類和程度都將大大增加。自此，漆酶 /介體體系的應用和催化機理的研究開始如火如荼地進行。

有效的漆酶催化介體通常是一些帶有N-OH或N＝O基團的N-雜環物。同時， 理想的介體應該是一類能夠產生不被酶失活的穩定的自由基(以氧化態形式存 在)，且經過多次循環利用能夠保持其活性的小分子化合物。另外，從工業應用 和環保的角度，介體應該是環境友好并且低廉的。然而，目前大多數漆酶的介體 都是來自人工合成的小分子物質，如2,2’-連氮-3-乙苯-二噻唑-6磺酸(ABTS)、 1-羥基苯并三唑(1-hydroxybenzotriazole,HBT)等。這些人工合成的介體市場價格 昂貴，且難確保其本身或其衍生物不具有毒性，造成至今漆酶-介體體系仍未應 用于工業生產。近年來，漆酶催化天然介體的挖掘已經成為國內外學者研究的熱 點。一些木素降解產物作為漆酶催化反應的天然介體，由于具有環境和生態的優 勢而引起了國內外學者濃厚的研究興趣。已知的天然漆酶催化介體，如丁香醛、 乙酰丁香酮、香草醛、香草乙酮、香草酸甲酯、對香豆酸、二甲基苯酚、乙基香 草醛、甲基香草酸酯、三甲氧基苯酚等酚類化合物。從現有的研究來看，許多天 然介體的催化降解效果與人工合成介體相當，甚至優于合成介體。因此，近年來， 國內外許多學者已經開始從多種途徑尋找漆酶催化天然介體。

蒸汽爆破預處理是目前應用較廣泛的木質纖維素預處理技術。研究發現，在 汽爆的汽相蒸煮作用下，木質素會發生軟化和部分降解，不僅發生了酯鍵的斷裂， 同時還伴隨著愈創木基斷裂，從而產生酚酸、醇、醛等物質，如酚類化合物(鄰 苯二酚)；醇類化合物(2-羥基苯乙醇)；酮類化合物(4-(4-甲氧酚基)-2-丁酮)； 醛類化合物(4-羥基苯甲醛、香草醛和紫丁香醛等)；酸類化合物(4-甲氧基苯 乙酸、4-羥基苯甲酸、4-羥基苯乙酸、香草酸、3-甲氧基-4羥基苯乙酸、紫丁香 酸和4-羥基苯乙烯酸)等。這些天然漆酶催化介體最本質的催化機理是漆酶催化 酚類底物產生的苯氧自由基(PhO·)電子之間的傳遞，該自由基具有和合成介體 催化產生的氮氧自由基(NN–O·)類似的作用。

雖然已有關于從木質纖維素原料獲得天然介體的方法，但都是通過復雜的提 取純化過程得到單一的酚類物質，與漆酶構建成漆酶/介體體系。這種方法的問 題在于由于水解液中酚類物質的含量通常都較低，且物質組成復雜，造成單一酚 類物質的分離很困難，純化成本較高。因此，得到的天然介體在成本上并無優勢。 而實際上，最近的研究還表明不同介體組成的“雞尾酒”混合物比單個介體更能 提高漆酶氧化的能力，在多種介體同時存在時，可以顯著地加快底物的氧化，并 伴隨著電子從一種底物到另一個底物自由基的轉移，從而通過漆酶和這些介體之 間連續的電子傳遞提高催化效率。因此，本發明提出從木質纖維原料預處理水解 液中獲得漆酶介體。

【發明內容】

【發明目的】

本發明的目的在于針對現有漆酶介體成本高的問題，提供一種從木質纖維素 原料汽爆水解液中分離漆酶天然介體的方法，以期充分利用木質纖維素原料水解 液中多種天然介體共存的特點，克服現有方法中天然介體分離純化成本高、單一 介體催化效率低的問題，通過構建“漆酶/天然介體雞尾酒”催化體系，提高漆酶 催化效率。