[发明专利]一种监测酶促反应过程中组分变化模型的建模方法

说明书

本发明公开了一种监测酶促反应过程中组分变化模型的建模方法，涉及反应组分监控技术领域，该方法包括：配制底物并记录质量；两个反应釜间隔预定时间分别开启酶促反应，在酶促反应过程中，在预定采样时刻从反应釜中取样并采集样液的近红外光谱信息；处理提取的样液得到预定采样时刻的样液中酶促反应产物的浓度；按照预定时间在两个反应釜中交替采样直至酶促反应结束，再次记录质量；计算预定采样时刻的底物浓度，将产物浓度、底物浓度按照预定采样时刻与近红外光谱信息建立关联，得到反映酶促反应过程中产物与底物浓度变化的定量近红外光谱模型。该模型能够实时在线监测反应液中各组分浓度的变化，进而分析酶促反应进程，缩短了检测时间。

技术领域

本发明涉及反应组分监控技术领域，尤其是一种监测酶促反应过程中组分变化模型的建模方法。

背景技术

海藻糖(α，α-Trehalose)是一种二糖，由两个D-葡萄糖分子的α-1一键连接而成，是麦芽糖的同分异构体。它是一种非还原糖，不容易被酸水解，糖苷键不易被糖苷酶切割，分子式为C₁₂H₂₂O₁₁，分子量为342.31。提纯后，它通常以二水合物的形式存在，海藻糖的生物保护机制显著，在一些恶劣条件下能够稳定细生命体的胞膜和蛋白质分子不变性失活，从而维持生物特征和生命过程，所以它又被称为天然的“生命之糖”。其工业化生产方法备受关注，海藻糖的生产方法主要有微生物发酵法、抽提法、基因重组法与酶法合成，其中酶法合成是目前工业生产应用的主要方法。酶法主要分为磷酸化途径和非磷酸化途径，前者如TPS/TPP途径，Tre P途径。这类反应需要UDP、GDP之类的高能物质，且酶促反应不稳定，难以实现大规模工业化生产。非磷酸化途径，如双酶法，该酶系包括MTSase和MTHase，MTSase可以作用于DP≥3的麦芽寡糖、麦芽糊精或直链淀粉，在其末端生成具有海藻糖结构的α，α-1,1-葡萄糖苷键；MTHase将上述α，α-1,1-葡萄糖苷键特异性的从直链末端切掉转化成海藻糖，该合成途径被称为TreY/TreZ途径，该途径被认为是最有潜力的海藻糖生产方法，因此该途径的酶促过程分析具有指导意义。目前主要用高效液相色谱HPLC来检测海藻糖组分，以分析酶促过程，该方法费时费力，且难以在线实时检测酶转化过程中的组分变化。因此，发明一种能及时连续在线反馈转化过程中底物与产物变化的在线监测技术，对分析酶促反应过程具有重大意义。

近红外光谱(Near Infrared Spectroscopy，NIRS)分析技术是在近十几年内发展最快的分析新“巨人”，它的出现可以说带来了又一次分析技术的革命。近红外光谱分析技术集物理学、化学、计算机学、信息科学及相关技术于一体，已经发展成为一个十分活跃的研究领域。近红外技术是一种无任何放射性，非接触式，具有高测量精度、高分辨率、高可靠性的厚度检测和监控技术；在食品、石油化工和医药工程等领域中得到了广泛应用。

在现有的技术中，利用近红外技术监测海藻糖生产的过程中采用检测池，样液经过外循环处理，而不是原位监测，这样会影响样液的反应温度，不能及时在线反馈真实值导致建模准确度不高。目前尚无利用近红外且能够在线监测TreY/TreZ途径过程中产物与底物量变化的报道。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种监测酶促反应过程中组分变化模型的建模方法，利用近红外实时监测TreY/TreZ途径转化过程中，主产物海藻糖浓度与以理论转化率计算得到的底物麦芽糊精浓度变化之间的关系建立近红外光谱模型并校正，该模型用于酶反应连续过程的监测与分析。

本发明的技术方案如下：

一种监测酶促反应过程中组分变化模型的建模方法，包括如下步骤：

安装近红外监测与酶促反应装置，近红外监测装置包括计算机、近红外光谱仪及其探头，近红外光谱仪连接计算机，用于近红外建模；酶促反应装置包括至少两个反应釜；

在每个反应釜中配制初始样液，并记录反应釜与初始样液的质量，初始样液包括作为反应底物的麦芽糊精；