[发明专利]提高脂肪酶耐有机溶剂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及酶工程技术领域，具体涉及一种提高脂肪酶耐有机溶剂性的方法。

背景技术

脂肪酶（EC 3.1.1.3）是工业生产应用中的常用酶，在水环境中能够催化脂键的水解，当处于有机溶剂环境中能催化酯交换、酯化、转脂和酰胺化等反应，并具有区域选择性、立体选择性、较高的稳定性，尤其是它的立体选择催化特性，可以用于化学法难以进行的消旋化合物的拆分、不对称合成等。而脂肪酶作用的底物往往是水不溶性，在有机相中才有较好的溶解度，但是在有机溶剂中，介电常数会降低，随之增加异性电荷的吸引力，使蛋白质表面的基团离子化程度减弱，使蛋白质变性。大多数酶类在有机溶剂中活力受到抑制甚至失活，所以在生物催化中的应用受到很大的限制。在有机介质中维持较高的脂肪酶活性及脂肪酶催化底物的广泛性是实际生物催化过程中的难题。

如何提高酶分子在有机溶剂中的稳定性及活性的保持成了工业化应用中的关键瓶颈。天然脂肪酶在反应过程中催化性能容易受到底物、产物等其他因素的影响；在生产过程中一般都需要极端的操作条件，常用的脂肪酶在有机溶剂、高温、高压、极端pH等非天然环境条件下难以保持较高的活性和稳定性。随着脂肪酶在各个领域的应用越来越广，目前已知的种类和性质已经不能满足生产需求。这些不利因素使脂肪酶难以进一步实现规模化的工业应用，因此提高脂肪酶的有机溶剂稳定性及催化反应速率，对整个行业的发展至关重要。

开发有机溶剂中脂肪酶具有高活性及高稳定性是十分迫切的，可提升生物催化工程的关键理论与技术。现有技术对在有机溶剂中进行酶催化的研究着重于酶催化介质工程，酶的物理化学修饰及固定化等技术，往往难以高效地改善酶的有机溶剂稳定性及催化反应效率。

(1)固定化酶技术是实现此目标的有效方法之一，在化工领域已经有不少固定化脂肪酶的应用。（见授权中国申请，授权公告号CN 103232992 A）。

(2)基因突变或定向进化改造脂肪酶，获得高催化性能的突变酶。（见授权中国申请，公告号ZL102978182 A）。

     (3)化学修饰，其中聚乙二醇(PEG)是使用最广泛的修饰剂。（见授权中国申请，授权公告号ZL 102559635 A）。

     (4)添加具有保护作用的小分子渗透剂，一般包括氧化三甲胺，甜菜碱，脯氨酸，山梨醇，甘油，糖类等。（见授权中国申请，授权公告号ZL 101225410 A）。

目前，海藻糖应用于提高脂肪酶耐有机溶剂性的研究尚未见报道。

发明内容

发明人意外发现，在脂肪酶催化反应的有机溶剂体系中添加海藻糖后，脂肪酶的耐有机溶剂性有所提高，基于此，发明人提出了本发明方案。而本发明也为解决有机溶剂中酶耐受性差、活力低等问题提供了相应的解决方案。

具体的，本发明的技术方案为：

一种提高脂肪酶耐有机溶剂的方法，以脂肪酶为催化剂，在包含有有机溶剂的体系中对底物进行催化反应，其特征在于，在含有脂肪酶的有机溶剂体系中添加了海藻糖。

对于本发明中反应体系可以理解为，存在反应的底物，催化剂，即脂肪酶，以及反应溶剂；其中包括优选对底物进行乳化的措施和添加物，目的在于提高底物在有机溶剂中与酶的接触面积以及接触效果等。

在本发明中，只要在反应体系中添加了海藻糖，即可以实现本发明的目的。即可以理解为，在反应的时机，如在反应前、反应开始后或者反应结束前，在反应的各必要组成物，如在底物、催化液或者酶液、有机溶剂或者反应介质、以及三者任一的组合中添加海藻糖均可以实现本发明的目的。

在优选的一个实施方案中，以最终的酶催化反应体系计，海藻糖在反应体系中添加的浓度为0.25 -1.25 mol/L。

在本发明的另一个优选实施方案中，催化体系中，所述有机溶剂体系为含有有机溶剂的乳化体系，脂肪酶存在于所述催化反应的乳化体系中。

在本发明中，催化反应为水解、酯交换、酯化、转脂和酰胺化反应中的一种。其中，对于催化反应的实质可以理解为酶与底物结合并使底物转化为产物，发明人发现了在添加了海藻糖的有机溶剂体系中，脂肪酶结构发生改变的直接证据。因此，对于反应的类型的理解，应理解为海藻糖存在时，或导致酶结构的改变，因此，反应的类型应该包括而不局限于水解反应。