[發明專利]脫脂棉固定化脂肪酶及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201610638400.4
• 申請日: 2016-08-04
• 公開（公告）號: CN107686834A
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 叢方地;康潔;王笑;張瑩;周美娟
• 申請（專利權）人: 天津農學院
• 主分類號: C12N11/04
• 分類號: C12N11/04;C12N9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及非水酶學領域，具體說，涉及一類以脫脂棉為載體的固定化脂肪酶，以及通過簡單、安全和有效的方式，制備高非水活性和穩定性的脫脂棉固定化脂肪酶的方法和應用。

背景技術

脂肪酶是一類有重要工業應用價值的生物催化劑：脂肪酶可以催化合成高級香料、藥物中間體、高檔液晶材料和生物柴油等，特別是催化合成酯類化合物。近些年來，酯類化合物在食品、飲料、化妝品、醫藥工業等領域的應用越來越多，純度要求也越來越高，如乙酸己酯、乙酸癸酯和乙酸肉桂酯等。傳統的合成方法是化學合成，使用酸或無機金屬化合物作為催化劑，通常要求加熱到較高的溫度才能使反應能夠有效進行，而且會有較多的副產物生成，產物的分離也有一定困難，因此化學法合成酯類化合物消耗能量多，對設備腐蝕嚴重，且產物的純度難以達到理想的目標。脂肪酶作為綠色催化劑，可以在常溫下進行催化有機化學反應，而且因為脂肪酶對于酯鍵有相對專一選擇性，所以催化反應時，能量消耗少，副產物少，產物易于分離提純。脂肪酶因有區域選擇性和立體異構選擇性，也應用于手性醇和羧酸的酶促拆分，為藥物中間體領域和手性材料領域提供高化學純和高光學純的手性中間體。尤其是在無水或近無水的非水相環境中，脂肪酶仍然表現出催化作用。非水環境，通常是有機液相環境，非常有利于脂肪酶催化合成酯類化合物。

脂肪酶在非水相中催化有機化學合成反應更為有利。脂肪酶在含有一定量水的環境中和非水的有機環境中都表現出催化活性。在水和不溶于水的有機相共存的體系中，存在水/油(有機相)界面環境，在這種界面上，脂肪酶表現出較高的催化活性。這是因為大部分脂肪酶是水溶性的，其活性部位是一個疏水的區域，疏水的底物分子進入后，發生催化反應，在其活性部位上方有一段可以移動的且具有兩親性的α-螺旋，像一個蓋子。在界面上，水相可以優化并保持脂肪酶蛋白的構象，阻止有機溶劑對酶蛋白的變性作用；有機相可以通過疏水作用打開蓋子結構，使疏水的活性部位敞開，允許底物分子能夠進入活性部位，而發生催化作用，因此脂肪酶一般具有優異的界面催化活性。但是，在界面上，因水的存在，不能有效地進行酯合成反應。而在有機相中，因水的缺乏，可以避免水解反應、外消旋反應和聚合反應等的發生，而且產物易于分離和純化，非常有利于酯合成反應、酯交換反應以及轉酯反應，使反應的熱力學平衡向酯合成的方向進行，可以催化脂溶性的底物分子，并可以通過溶劑工程控制或修飾酶的催化選擇性，抑制依賴于水的副反應的發生，提高酶的熱穩定性，從而也減少了酶催化反應受污染的機會。然而，在非水相中，脂肪酶的蛋白結構容易被有機溶劑所變性，構象發生改變，失去部分催化活性，所以脂肪酶在有機相中通常表現出較低的催化活性和穩定性，這為脂肪酶合成酯的工業應用帶來的極大的不變，這是實現脂肪酶催化合成酯類化合物的工業應用的瓶頸。因此，脂肪酶非水相催化研究的核心工作是提高脂肪酶的非水相催化的活性和穩定性。