离子液体的组成和性质对产紫青霉全细胞催化特性的影响

精加工技术匮乏已严重影响了新疆甘草资源的开发利用。本项目以自行筛选的、能高效表达β-葡萄糖醛酸苷酶的产紫青霉（Penicillium purpurogenum Li-3）菌株为研究对象，针对使用纯化酶或固定化酶转化甘草酸（GL）定向合成单葡萄糖醛酸基甘草次酸(GAMG)过程中，存在酶分离纯化和固定化过程烦琐、酶活损失较大、成本较高以及在纯缓冲液或含有机溶剂的介质体系中催化效率较低等问题，将新型、绿色、高性能反应介质离子液体与全细胞催化技术相结合，研究离子液体的组成和溶剂性质对产紫青霉全细胞催化特性的影响；选择最适离子液体，并优化催化条件；建立产紫青霉全细胞催化双稳态动力学模型，精确地定量解析在含离子液体介质中全细胞催化反应的动力学过程。为大规模、低成本、高效率转化GL定向合成GAMG的新型清洁化细胞反应器和反应工艺设计奠定基础。

精加工技术匮乏已严重影响了新疆甘草资源的开发利用。本项目以自行筛选的、能高效表达β-葡萄糖醛酸苷酶的产紫青霉（Penicillium purpurogenum Li-3，w－PGUS）菌株为研究对象，针对使用纯化酶或固定化酶转化甘草酸(Glycyrrhizic acid, GL)定向合成单葡萄糖醛酸基甘草次酸(3-O-mono-β-D- glucuronide, GAMG)过程中，存在酶分离纯化和固定化过程烦琐、酶活损失较大、成本较高以及在纯缓冲液或含有机溶剂的介质体系中催化效率较低等问题，将绿色、高性能反应介质离子液体与全细胞催化技术相结合，研究了[Bmim]Cl、[Bmim]PF6、[Bmim]BF4、[Bmim]NO3、[Bmim]Ac、[Bmim]Tf2N等六种含不同阴离子的离子液体的组成和溶剂性质对w－PGUS全细胞催化特性的影响，并对其影响机理进行了较深入的探讨。结果显示，[Bmim]PF6对菌体细胞具有较好的生物相容性，在对细胞的生长活性、细胞膜透性以及催化活性等方面表现出适当的促进作用，因此选择[Bmim]PF6为最适离子液体，对含[Bmim]PF6介质体系中影响w－PGUS全细胞催化反应的因素进行考察，优化催化条件，建立了生物转化甘草酸合成GAMG的高效w－PGUS全细胞催化体系。此外，还对w－PGUS菌体细胞和离子液体的重复利用性进行了研究，结果显示，离子液体循环使用8次后，其回收率为85.3%；w－PGUS菌体细胞在[Bmim]PF6/缓冲液两相体系中重复利用3次后，甘草酸转化率维持在77.4%，当重复利用4次时，转化率为62.8%，即随着细胞重复利用次数的增加，全细胞酶的催化活性降低，因此甘草酸转化率呈降低趋势。通过研究离子液体[BMIM]PF6对β-葡萄糖醛酸苷酶结构和功能的影响发现，[Bmim]PF6诱导了蛋白分子伸展和二级结构的改变是促进酶催化活性的关键。本项目为大规模、低成本、高效率转化GL定向合成GAMG的新型清洁化细胞反应器和反应工艺设计奠定了一定基础。