[发明专利]固定于水溶液中的疏水性树脂上的脂肪酶的酶酯交换

说明书

技术领域

本发明公开了一种用于制备脂肪酸烷基酯的酶方法，所述脂肪酸烷基酯用于生物燃料、食品和清洁剂工业中。在所述方法中，脂肪酸源和醇或醇给体在固定于疏水性树脂上的酶的存在下，在碱性含水缓冲液或水的存在下反应。所公开的方法可使用连续搅拌槽反应器或填充床柱反应器批量地或连续地进行操作。

背景技术

酶的固定化已由大量技术进行描述，所述大量技术基本上旨在降低在整个酶方法中酶的成本贡献、促进酶从产物中回收，以及使方法能够连续操作。

固定化技术通常根据如下划分：

1.酶对固体载体（如二氧化硅和不可溶聚合物）的物理吸附。

2.在离子交换树脂上的吸附。

3.酶对固体载体材料（如环氧化的无机或聚合物载体）的共价结合。

4.酶在增长中的聚合物中的捕获。

5.酶在膜反应器中或在半渗透凝胶中的限制。

6.交联酶晶体（CLECS）或聚集体（CLEAS）。

所有前述酶固定化程序均由如下步骤组成：

1.关于pH、温度、缓冲盐的类型和离子强度，将酶溶解于适当的缓冲液体系中。

2.将固体载体加入至酶溶液中，并混合一定时间直至酶分子固定至固体载体上。

3.过滤含有固定化酶的固体载体。

4.用适当的缓冲液洗涤所述载体以去除松散结合的酶分子，然后干燥所述固体载体。

界面酶，主要是脂肪酶已遵循前述技术而被固定。这些提供了具有低合成活性和/或短的操作半衰期的固定化酶制剂。为了增加固定化脂肪酶和其他界面酶的合成活性和稳定性，已应用了不同的活化方法。这些方法包括：

1.将酶的表面官能团与疏水性残基（如脂肪酸或聚乙二醇）结合。

2.用表面活性剂（如多元醇脂肪酸酯）涂布酶的表面。

3.使酶接触疏水性载体（通常为聚丙烯），所述疏水性载体已用亲水性试剂（如乙醇或异丙醇）进行预处理。

上述方法都不产生用以进行工业量的酶反向转化的关于固定化界面酶的稳定和成本效益的令人满意的结果。而且，已报道当根据前述程序进行固定化时，由于由固定化程序所施加的某些限制，或者由于某些酶抑制剂在反应介质中的存在，大多数酶或者损失显著部分的它们的合成活性，或者它们不显示它们的完全活性性能。

脂肪酶和磷脂酶的另一主要缺点在于它们对亲水性底物，特别是短链醇和短链脂肪酸（C4以下）的低耐受性。已在许多研究中观察到短链醇和短链脂肪酸（分别例如甲醇和乙酸）是使必要的水分子从那些酶的四级结构分离，从而导致酶的变性和因此它们的催化活性的损失的原因。该缺点已阻止了脂肪酶用于使用油甘油三酯和甲醇作为底物来制备商业量的脂肪酸甲酯“生物柴油”的应用。

使用固定化脂肪酶用于脂肪酸源与游离醇的酯交换/酯化的另一缺点在于，所形成的甘油和水副产物在生物催化剂上积聚，因此阻止了底物自由到达固定化酶的活性位点。当使用同一批次的生物催化剂时，这些生物催化剂通常在数个循环之后损失它们的催化性能。

本发明人已开发了在许多制备循环内显示出良好的稳定性、持久的活性的特定固定化酶制剂。这种酶制剂的例子尤其公开于WO/2008/084470、WO/2008/139455和WO2009/069116中。

催化反应进行的条件可不利地影响固定化酶制剂的稳定性和效率。重要的是具有在反应条件下保留稳定性和活性的酶制剂。

随着描述的进行，本发明的这些目的和其他目的将变得显而易见。

发明内容

在一个实施例中，本发明涉及一种用于脂肪酸源与醇的酯交换/酯化以形成脂肪酸烷基酯的方法，其包括在固定化脂肪酶制剂的存在下使脂肪酸源与醇或醇给体反应，其中所述固定化脂肪酶制剂包含至少一种固定至疏水性多孔载体上的脂肪酶，且反应介质含有含水碱性缓冲溶液。