脂肪酶催化酯合成技术.docVIP

???? 脂肪酶催化酯合成技术脂肪酶一般来自微生物．其次来自哺乳动物和植物。天然底物是长链脂肪酸三酰甘油酯，根据催化的特异性可以把脂肪酶分成三类：非特异性脂肪酸可以在随机位置水解甘油酯；1，3特异性脂肪酸在甘油骨架的1位和3位释放脂肪酸；脂肪酸特异性脂肪酶只可以在甘油酯上释放某些特定的脂肪酸。脂肪酸可以用来分对映导构体，催化酯水解反应和酯交换反应，可以用于脂肪裂解、油脂改性、有机化合物合成、洗涤助剂和化学分析过程。 ????l 结构-功能关系 ????脂肪酶的分子量在20，000至60，000之间，脂肪酶拥有亲核试剂-组氨酸-酸式残基组成的三元基团，该三元集团是丝氨酸-组氨酸-天冬氨酸或者丝氨酸-组氨酸-谷氨酸。脂肪酶的活性中心经常理在分子内部，被疏水的环境包围。一个螺旋形的多肽结构作为遮盖物，使得酶的活性中心不易被溶剂和底物接近。脂肪酶具有溶解蛋白的能力，这个螺旋形多肽结构也保护脂肪酶本身免受破坏。Uppenberg等用X-射线研究了来自。antarctica假丝酵母的脂肪酶，证明了遮蔽丝氨酸-组氨酸-天冬氨酸活动中心的螺旋形盖状结构的存在，界面活化现象可以激发盖状结构的开启，从而使活性中心暴露出来。 ????2 水和有机反应介质对脂肪酸的作用 ????2.1 水对脂肪酶的作用 ????底物一般不溶于水，在水相系统的反应产率比较低。Iwai等在水溶液中使用来自niger曲霉，delemar根霉，白地霉和cy-cfopium青霉的脂肪酶催化一系列脂肪酸和萜烯醇（香叶醇和法呢醇）的酷化反应，转化率比较低，最高只可达到45％，而niger曲霉脂肪酶基本没有催化活性。 ????但是，水有助于保持脂肪酶结构的完整性。活性中心的极性和酶蛋白的稳定性。水可以使得酶分子上的极性残基之间发生疏水相互作用，否则这些极性残基之间会相互结合，使酶失活。脂肪酶的来源不同，在催化过程中需要的水的数量也差异很大。 ????2.2 有机反应介质对脂肪酶的作用 ????脂肪酶的天然构型在非水溶剂的中变化较小，例如：猪胰腺脂肪酸在有机介质中，活性可以在100℃保持好几个小时，在无水的或者接近天水的溶剂中，可以观察到脂肪酶的活性提高，底物特异性得到改进，对映体选择性也改善。 ????有机溶剂保持一个较低的水分活度，可以降低酯化和水解反应的热动力学和动力学障碍，另外，有机底物在有机溶剂中较高的溶解度可以提高反应速度，非水体系中的高转化率也简化了分离工艺，脂肪酸在有机溶剂中的溶解度较低，通过在载体上逐步的解吸附作用可以减少酶的损失。若使用低沸点的有机溶剂，最后的产物分离工艺可以进一步得到简化。 ????2.3 有机反应介质与水的关系对反应的影响在非水反应介质中，与脂肪酶结合的水可能是体系中唯一的水，有机溶剂通过直接与酶相互作用或者脱去酶表面的水来影响反应。如果在酶周围的水分较多，超过在酶表面形成一个完整水化层所需水量，这在一定程度上可以保护酶免受有机溶剂导致的失活，但是，多出的水分会影响底物的传质，特别是对于疏水性底物。 ????脂肪酶分子在无水有机溶剂中的结构比较僵直，不能保证必需的构型变化以给底物在活性中心上提供位置，导致酶的催化活性的下降，Gray研究发现在无水情况下，圆筒状假丝酵母脂肪酶催化的酯交换反应生产丁酸薄荷酯的时候，反应在24小时后会停止，但是，每500活力单位的脂肪酶添加0.l毫升水就可以把酶活性保持到48小时。 ????水可以作为放松未折叠和重复折叠的酶分子的润滑剂，但这在恶劣环境条件下会导致酶的失活。因此，在溶剂中的水量应该适当，这对确保高的催化活性是关键的。总的说来，在非水酶学研究中，最好使用与水不混溶的疏水的有机溶剂。水量刚刚低于水与溶剂的饱和界限的时候，是确保催化活性的最佳水量。 ????酶的活性是有机溶剂的疏水性有关，通过测定有机溶剂的疏水性可以预测有机溶剂是否适合做反应介质，参数一般是logPoct，定义为一种溶剂在辛醇/水混合物中的分配系数的对数。当logPoct在0.5－2之间，logPoct与酶活性的关系不明确。在logPoct等于1.63的无溶剂中进行直接酯化可以得到满意的收率。Claon和AKoh报道说，在logPoct大于等于0.85的有机溶剂中，酯化反应合成香茅醇醋酸酯的转化率可达98％。在高logPcot范围内，随着有机溶剂logPcot增加，酶的活性没有呈现出相同的增加趋势。 ????3 酶的载体 ????脂肪酶价格昂贵，对酶进行再生或者重复利用是重要研究方向。酶的固定化可以在一定程度上保护酶受有机溶剂的钝化，也可以防止酶分子在有机溶剂中的聚集作用。固定化酶适合在连续的填充床或者流化床生产中应用。每个周期以后，由于钝化或者解吸附作用，酶的活性一般会下降。 ????在非水介质中，载体决定