酶的非水相催化及其应用

天津科技大学

《食品酶学》本科生课程论文

酶的非水相催化及其应用

non-aqueous enzymatic catalysis technology and its applications

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摘要

非水相酶催化反应是酶催化反应中的一个重要方面。非水相溶剂通常可增加底物溶解度, 减少水相中的副反应, 加快生物催化的速率和效率, 在药物及药物中间体和食品等方面具有较大的应用价值。以下主要分析了在非水介质中酶促反应的几个重要影响因素; 介绍了非水介质中酶催化反应的应用,以及其前景发展。

关键词：非水相催化，影响因素，实际应用，发展前景

Abstract It is well known that non-aqueous enzymatic catalysis has emerged as an

important area of enzyme engineering with the advantages of higher

substrate solubility, increased stereoselectivity, modified substrate

specificity and suppression of unwanted water-dependent side reactions.

As a result, non-aqueous enzymatic catalysis has been applied in the

biocatalytic synthesis of important pharmaceuticals and nutriceuticals.

The following main analyzed several important factors in non-aqueous

enzymatic catalysis：introduced in non-aqueous enzymatic catalysis in

front of the catalytic reaction，introduced the bright future of

non-aqueous enzymatic catalysis technology

Key words：non-aqueous enzymatic catalysis；important factors；

applications，Development prospect

目录

1 前言 (5)

2酶非水相催化的几种基本类型介绍 (6)

3 非水介质中酶促反应的几个重要影响因素

3.1 反应溶剂的影响 (7)

3.2 反应时间、温度和pH 值的影响 (8)

3.3 不同反应试剂的影响 (8)

3.4 反应时的物理因素 (9)

3.5 超声对非水介质中酶促反应的影响 (9)

4 非水介质中酶促反应的应用

4.1 非水介质中酶促反应基本应用范畴

4.1.1 在有机相中的应用 (10)

4.1.2 低共熔多相混合物体系中的酶促反应 (10)

4.1.3 固定化酶催化反应 (11)

4.2 非水介质中酶促反应的具体应用进展

4.2.1 微生物酶法拆分环氧丙醇丁酸醋 (11)

4.2.2 非水相酶催化拆分外消旋2-辛醇 (12)

4.2.3 固定化脂肪酶合成鲸蜡油工艺和设备 (13)

4.2.4 酶法生产类可可醋的开发和中试 (14)

4.2.5 非水相酶催化生产类可可脂技术 (15)

4.2.6 非水相酶法单甘醋生产专用脂肪酶 (15)

5 前景展望 (16)

6 参考文献 (17)

1、前言

酶已经在医药、食品轻工、化工能源、环保等领域广泛应用。这些应用大多数是在水溶液中进行的，有关酶的催化理论也是基于酶在水溶液中的催化反应而建立起来的，在其他介质中，酶往往不能催化，甚至使酶变性失活。因此，以往人们普遍认为只有在水溶液中才具有催化活性。

1984年，克里巴诺夫等在有机介质中进行了酶催化反应的研究，成功获得了多种有机化合物，明确指出了酶可以在水与有机溶剂的互溶体系中进行催化反应。在进行了一系列实验后，结果表明酶可以在有机介质中催化疏水性底物进行反应转化为产物，使酶在非水介质中的催化作用研究取得了进展［1］。

随后二十多年来, 非水相酶催化反应得到了快速的发展和应用。研究表明, 非水相体系酶催化反应具有许多优点, 例如,增加有机底物的溶解性, 改变反应的平衡方向, 提高反应的立体选择性, 抑制水参与的副反应, 易于消除底物和产物的抑制作用等。但是, 对于许多酶而言, 在有机溶剂中较易失活或降低活力。因此, 大多数酶在非水相中的催化反应速率远远小于水相,非水相酶反应的应用从而受到了很大的限制。为拓宽非水相酶反应的用范围, 提高酶在非水溶剂中的稳定性, 许多思路和方法已被运用于非水相酶催化领域, 主要包括蛋白质工程和溶剂工程。

2、酶非水相催化的几种基本类型介绍

一．有机介质中的酶催化

有机介质中的酶催化是指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。适用于底物、产物两者或其中之一为疏水性物质的酶催化作用。酶在有机介质中由于能够基本保持其完整的结构和活性中心的空间构象，所以能够发挥其催化功能。

二．气相介质中的酶催化

酶在气相介质中进行的催化反应。适用于底物是气体或者能够转化为气体的物质的酶催化反应。由于气体介质的密度低，扩散容易，因此酶在气相中的催化作用与在水溶液中的催化作用有明显的不同特点。

三．超临界介质中的酶催化

酶在超临界流体中进行的催化反应。超临界流体是指温度和压力超过某物质超临界点的流体。

四．离子液介质中的酶催化

酶在离子液中进行的催化作用。离子液（ionic liquids）是由有机阳离子与有机（无机）阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类，挥发性低、稳定性好。酶在离子液中的催化作用具有良好的稳定性和区域选择性、立体选择性、键选择性等显著特点。