非水相酶催化相关文献

精细与专用化学品

年第

期

技术赢》》

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行日土狩针罕技木邵甲国生物工程开发中心中国化工信息中心内容审核张木于希椿宋宗文,

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工"物技术,

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项目系列报道之十五仑

卜相酶催化技术的应用水华东理工大学

许建和卜水相酶催化技术是酶工程继酶的固定化技术之后在,

摘,

要.

该项目利用非水相酶催化技术开发了光学活性环氧丙醇手性,

,

一

辛醇鲸

,

蜡油类可可酷和单酞甘油酣

个酶反应新产品并提供了适合工业化应用的酶法生产

新工艺.

采用具有水解匀环氧丙醇丁酸醋专一性的根霉脂肪酶得到光学纯度超过

一

年代取得的又一项,

的,

双

一

环氧丙醇丁酸酪开发了固定化酶和双亲分子非共价修饰酶相协同的,

重大突破它将酶反应的介质从传统的单一水溶液扩展到各种有机溶剂系统包括含有少量有机助溶剂的水溶液系统水疏水性有机溶剂两相系统油包水型微乳液,,

新方法拆分得到的柏脂为原料利用巧,,,

辛醇的光学纯度达,

采用无溶剂系统在,,

,

反

应器中进行了中试放大试验所得鲸蜡油产品含蜡量达到

以资源丰富价廉的乌

位选择性脂肪酶和有机相中酶促反应制得类可可脂纯度超过以假单胞菌脂肪酶为催化剂进行无溶剂法徐桐油甘油解反应制得单甘酷并在,,

反应器中进行了放大试验产品中单甘醋含量为.

还对单甘醋在化妆品中的

一

应用进行了初步研究关键词

非水相酶催化技术

环氧丙醇

手性

'

辛醇

鲸蜡油

类可可酣

单酞

系统和仅含微量水的均相有机溶剂系统,

甘油醋一

超临界流体.

以及无溶剂系统

由于脂肪,,

酶本身是一种界面酶在非及万

场"

水介质中比较稳定具有良好的工业化应用前景因此,

泣了心,,

设立了九五忱"

"

"

国家科技攻一

关项目非水相酶催化技术,

妙

,

一

,

,

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应用专题编号..,

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集中于脂肪酶的开发.

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·

和应用

该专题由华东理工,

.

,

,

勿

一

一

妙

.

.

大学教授所员,

许建和和魏东芝教,

愁戮燕黔篮争井燕岁淤嚣荟娜",

授牵头吉林大学曹淑桂中科院微生物研究徐家立和寇秀芬研究

"

孟

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乡,,

.

南京工业大学原南京,

·

马扭,

山心·

,

化工大学沈树宝教授,

和

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应

"

沈一

江南大学,,

原无锡轻工大,

学章克昌教授和夏咏梅博一

灯

.

.

.

,

,

助

士

共同承担利用非水相

,

加加

粗

,

卜

酶催化技术开发了光学活性

非水相酶催化相关文献

姑宁拱小,

进

,

精细与专用化学品

年第

期

环氧丙醇手性油醋

一

辛醇鲸蜡油类可可酩和单酞甘,

,

,

领先国际先进水平

,

.

个酶反应新产品并提供了适合工业化应用.

非水相酶催化拆分外消旋

一

辛醇

的酶法生产新工艺

酶催化拆分外消旋化合物是制备高光学纯度手性化合物的一种简单有效的新技术但是绝大多数,

专题任务完成情况微生物酶法拆分环氧丙醇丁酸醋一

天然酶催化这些非天然底物的活性和立体选择性都

不理想因此国际上许多学者都设法通过控制酶催

,

环氧丙醇及其衍生物,

一

酷作为一类重

化条件来提高酶的催化活性和立体选择性如采用,

要的

手性合成中间体在光学活性户阻断剂,

固定化技术和化学修饰技术,

.

该成果首次开发了应

如倍他乐克心得安等和,,

一

肉碱康丽亭等手

用固定化酶和双亲分子非共价修饰酶相协同的新方法有效地改善了有机相中酶的催化活性和立体选择性.,

性药物液晶中间体昆虫信息素的合成中具有十分广泛的应用前景.

该成果的技术关键是筛选高度选,

择性的微生物酶催化剂并通过对外消旋,

,

一

环

该成果利用非水相酶催化技术筛选出催化外消

氧丙醇丁酸酷的对映选择性水解回收获得光学活性的一

旋

一

辛醇拆分反应的最适酶源开发了一种适用于,

,

环氧丙醇丁酸醋,

.

研究内容包括底物的,

非水介质中提高酶催化效率的固定化新技术使酶的催化效率提高了

化学合成拆分路线的确定酶催化剂的筛选反应工艺条件的优化反应器的选择及扩大试验,

,

倍反应达到平衡的时间由,

,

.

缩短为

.

设计合成了一种双亲分子并建,

该成果达到的主要指标有①以环氧氯丙

烷和丁酸钠为原料用相转移催化法合成出丙醇丁酸醋产率为,,,,

立了改善酶立体选择性的新方法使酶的立体选择性

,

一

环氧

值提高了近,

倍

.

固定化酶与双亲分子同

纯度

②通过富

时应用后酶的催化效率提高了了

倍选择性提高辛醇的光学纯度达

,

集培养技术从土壤中分离获得一株专一性水解一

倍多拆分所得的,

一

一

环氧丙醇丁酸醋的根霉菌,

讼毋,

,

.

其中酶的固定化与双亲分子非共价,,

,

,

经过紫外诱变和培养基优化该菌株的发酵产,

修饰协同使用的方法属于创新性成果未见文献报道.

酶水平最高可达到

其对映选择性远高于猪

胰脂肪酶③对根霉脂肪酶催化环氧丙醇丁酸醋不对称水解反应的工艺条件进行了系统考察和优化发现在℃,

该成果采用酶催化技术反应条件温和为液晶,,

,

生产和手性药物的开发提供了重要的手性中间体,

,

二

时酶活最高而在,

,

℃

,

也为精细有机合成特别是手性中间体的制备建立了新方法提供了新技术一,

时选择性最好此时反应的对映选择率

.

酶催化拆分法制备手性.

值达

④在,

气升式发酵罐中进行了根霉

辛醇具有很好的应用前景

脂肪酶的发酵试验并用该酶液催化拆分旋底物获得了纯度超过的指标..,

外消,

固定化脂肪酶合成鲸蜡油工艺和设备

一

环氧丙醇丁酸醋光学,

其技术关键是选用合适的脂肪酶在有机溶剂中催化高级脂肪酸与长链脂肪醇的醋化制备类同于鲸蜡油的产品涉及酶种选择酶的生产固定化酶,,,,

对映体过量值

超过合同规定

,

工艺特点如下①反应底物可自行合成成本低,

制备有机溶剂中反应和反应调控产物分离提取,

,

,

廉②催化用酶为自制来源不受限制可以进行大,,

非标反应器研制等并要放大到中试规模和进行工业性试验.

规模的发酵培养③所产酶为胞外脂肪酶不用提取分离可以直接在发酵液中加底物进行酶促转化工,,

,

该成果的创新之处及特点如下,

①采用自行研,,

艺简单④产品易于分离精制的提取和精制技术所得,一一

.

该成果解决了产品环氧丙醇丁酸醋和.

制的高活力中性脂肪酶生产菌经培养条件优化发酵液

活力达到制备固定化酶指标的要求即每发酵液制,

一

环氧丙醇填补了国内空白,

经过国家教委科

固定化酶且成本低廉②比较了多种,,

技成果查新工作站查新认证该研究成果处于国内

固定化载体筛选出硅藻土柞蚕丝绸布桑蚕绸布

,

,

非水相酶催化相关文献

精细与专用化学品

年第

期

技术几虚达到批次以上.

·

棉绸和维尼龙布等廉价载体所得固定化酶性能优良催化效率高达,

,

还通过水蒸汽蒸馏和重结晶对.

一

液蜡,

固定化酶

产品进行了分离和精制,

最终得到的类可可脂与天,

③考察了不同溶剂系统的影响最后采用无溶剂系统对反应条件进行了优化和调控整个过程无污染,,

然可可脂的化学结构组成及物理性质十分相近产品的纯度超过国产化代可可脂.,

综合化学性能明显优于现有的

物形成对环境友好,,

④产品分离简单收率达到,

纯度可达

⑤设计安装了,

的主反应一,

非水相酶催化生产类可可脂技术

器进行了中试放大试验酉化率达到旨固定化酶可重复使用巧,

,

该成果以我国特有的植物油资源柏醋为原料,

一

批次产品含蜡量达到鲸蜡油产品,

,

—采用有机相酶促反应技术开发出一整,,,

廉价的乌

每批可得到

一

.

套类可可脂生产工艺使产品性能符合国际类可可脂质量标准.

经中科院文献情报中心检索查新结论为国内

研究中筛选出一种具有结构专一性和以上,,

外尚未见有采用固定化脂肪酶作催化剂在无溶剂系统中以脂肪酸和脂肪醇为底物直接合成鲸蜡油,

,

催化高效性的脂肪酶发酵单位在可完全取代.

公司的进口酶制剂,

并实.

和代鲸蜡油的文献或专利报道

.

现了该脂肪酶的自行生产大大降低了生产成本

酶法生产类可可醋的开发和中试该成果的技术关键是利用,一

通过对非水相酶动力学特性及固定化酶技术应用的一系列研究,

位选择性的脂,

,

优化了非水相酶催化转醋反应的溶剂,,

肪酶及有机相中酶促反应的高新技术从较为廉价的乌柏脂生产高级类可可脂有.

体系反应温度酶浓度底物投料比和搅拌转速等工艺条件使多批反应周期在造了和,,

主要技术经济指标

以内

.

设计并制

①类可可脂纯度达到,

②类可可脂的生产℃,

生物反应器酶反应过程实现了部.

成本低于

元八③类可可脂质量达到国外同类

分自动化检测和控制,

脂肪酶的连续使用时间可达规模达次以上在左右.,

产品水平即熔点一,

碘价℃时,

一

,

皂化价.

以上间歇反应批数

固体脂肪指数

规模达,

批以上维持酶活

,

建立了

国外都以棕桐油为原料用脂肪酶在有机相中

产品分离工艺在中试水平上获得了理化性能与天然可可醋相近的类可可脂产品含量在.

酶促反应生产高级类可可脂,

.

但我国棕桐油原料相,

.

,

当贫乏而乌柏脂原料非常丰富且乌柏脂的主要组成为棕桐酸油酸棕桐酸的对称甘油三脂结构非一一

经,

分析产物中硬脂酸和棕桐酸左右产品纯度超过,

,

,

.

该成果填

常适用于生产类可可脂元八远低于棕桐油,

.

乌柏脂的市售价格为元八的价格,

补了我国该项产品和技术的空白经教育部主持的成果鉴定认为该项成果属于国内领先国际先进非水相酶法单甘醋生产专用脂肪酶,,

.

因此该

.

研究采用廉价的乌柏脂为原料通过有机相中酶促反应生产类可可脂,

.

该成果还进行了放大.

倍的一

单甘醋广泛用作食品和化妆品的助乳化剂

.

化

研究所得产品各项指标与小试结果相仿对国内外

学法生产单甘醋时需要在碱性催化剂作用下于,

种不同的商品酶制剂进行了筛选,

℃通氮保护反应所用油脂原料需预先加氢氢,,

考察了它们的稳定性与催化性能确定了一种具有,一

化对其碘价有严格要求否则会导致产品色泽加,

位专一性活力最高的脂肪酶,,

,

.

研究了水与主,

深

.

酶法生产单甘醋具有反应条件温和产品色泽,

,

体溶剂对酶催化效率的影响也考察了反应温度酶浓度底物比及转速对反应的影响确定最佳反应温,

好等优点在生产高含量单甘醋时无需昂贵的分子

蒸馏设备生产过程中没有废气废料排出因此酶法,

,

度为

℃

.

考察了不同有机溶剂的影响选出正己,

单甘醋属于绿色表面活性剂

.

烷作为酶促转醋反应的有机溶剂

.

对反应过程中各,

该成果解决的关键技术有

①高产菌种诱变和

组分的时变规律进行了跟踪分析并对反应

的动力学进行了数学模拟,

选育技术②发酵工艺特别是碳源和氮源的补加技

.

设计制造了,

固定化酶反应

术③利用程序降温的工艺使生成的单甘醋分步析出从而使平衡向所需方向移动提高产品中单甘醋,,

器实现了部分自动化监测和控制酶的重复利用可

非水相酶催化相关文献

姑少双月,

一

进

展

精细与专用化学品

年第

期

尸

的含量④利用分批加酶以及在临界温度以上进行预反应的方法提高了酶的利用效率,

中的污染物排放和临床使用时的毒副作用,

.

该产品

.

具有巨大的市场前景预计每年全球总需求量可达百吨产值将超过亿元光学纯,

经初筛和诱变育种筛选出一株具有较好产酶能力的铜绿假单胞菌得,

,

.

通过产酶条件的优化使以上产品,

,

一

辛醇是合成液晶农药和医药的重要.

,

发酵罐中发酵酶活达到.

中间体目前已完成实验室中试原料每年国际需求量在,,

作为液晶的手性

中单甘酷含量不低于,

此外在,

反应器中,

以上作为生物杀虫,

进行了放大试验终产品中单甘醋含量为与小试结果一致.

剂类固醇等光学活性药物和农药手性中间体其市

在专题任务要求之外进行了合成,

场需求也相当可观

.

产品的应用研究其结果表明酶法单甘醋用作膏霜类化妆品的助乳化剂时膏霜结膏点比加化学法单,

,

鲸蜡油是脂肪酶工业化应用的热门产品其作为润滑剂和在化妆品中应用的潜在市场将达到千吨以上.

,

甘醋的结膏点低且

,

酶法单甘酩加人量为一

加工每吨成品可增值.

万元年效益将达到,

时或,

,

酶法单甘醋加人量为的

万元,

目前该产品已在烟台一家企业完成了.

时乳化效果与加入量为相当.

化学法单甘醋

中试正在进行工业化试验和应用推广工作,

高品质类可可脂在食品医药及化妆品行业有,

国外目前有同类技术报道但仅限于克级规模

重要用途

.

我国有丰富的原料资源及巨大的潜在市,

合成未对产品性能进行研究

,

.

该成果以假单胞菌,

场

.

该产品目前已完成中试研究有望在近期开展,

脂肪酶为催化剂进行无溶剂法棕桐油甘油解反应℃下反应

产业化应用前景乐观,

.

我国曾建立了二十几家代,

后产品中单

甘醋含量大于

,

程国

可可脂生产厂目前绝大多数设备处于闲置状态可以利用原有的物理分提生产线只需在原料油精炼,

序降温下共反应

后单甘醋含量达到

.

内查新报告表明未见与该专题相同技术指标的公开报道.

和分提工艺之间加上酶促转醋工艺即可可降低固定资产的一次性投人.

,

酶法单甘醋成果中开发的脂肪酶是单甘醋合成

成果产业化进程及推广应用前景荷兰更建造了,

的专用催化剂但是该酶在其它酷如风味醋化妆,

,

,

公司在光学活性环氧丙醇及其衍生,

品用长链脂肪醇醋和高附加值甘油醋的合成中也取

物的开发上已达到吨级规模而日本的,

公司

得了较好的结果因此该成果的应用范围可以得到,

规模的大型发酵罐专门用于制造

进一步拓展

.

专题在,

罐中进行了假单胞菌脂.

光学纯环氧氯丙烷和一氯丙二醇在功能上等价于环氧丙醇.

肪酶的发酵中试具有工业化推广前景,

作为膏霜,

该项目制得的中试产品已提供给有关

类化妆品的助乳化剂酶法单甘醋具有良好的应用性能且用量少值得进一步推广,,,

手性药物如户阻断剂心得安和倍他乐克的研究开发单位进行进一步应用研究,

,

.

同时酶法工艺,

目前尚处于开发过

将节约大量能源减少排放废气实现全清洁生产具有良好的经济和社会效益.

程中

.

预计所研制的光学活性药物可减少生产过程

口

上接第

页

主知识产权的二氟甲烷制备技术开发成功为我国建

加快产业化进程鉴于我国业已在修正后的《关于消耗大气臭氧上层物质的蒙特利尔议定书》签字从而承担了限,

设二氟甲烷产业化生产装置提供了技术依据二氟甲烷百吨级中试业已完成但我国淘汰,

.

尽管的.

进程在不断加快对,,

替代品的需求量急剧增国

加因此迫切需要加快二氟甲烷的产业化进程

期禁止使用消耗大气臭氧层物质务.

的国际义,

家业已以创新基金的形式支持,

二氟甲烷制,

限期淘汰,

和

等生产装置发展.

备技术工业化试验项目如何加快项目进展就成为

替代品产业将成为不可逆转的发展趋势

具有自

今后的主要研究课题

.

口