用于酶促合成脂肪酸糖酯的新型离子液体体系研究

Sugar fatty acid esters are bio-surfactants with broad applications in food, cosmetic and pharmaceutical industries. The aim of this project is to establish a green reaction system for sugar ester synthesis with high efficiency. We are going to 1). design two types of advanced ionic liquids (ILs), ammonium and phosphorium ILs and deep eutectic solvents (DESs), as the reaction medium, based on the new guidelines we have proposed for IL design; and 2). develop the use of a new lipase, Penicillium expansum lipase, as a catalyst for sugar ester synthesis, and its immobilization based on the CLEA (cross-linked enzyme aggregates) technology. This research will provide valuable information both in theory and in applications for green synthesis of sugar esters, development of new enzymes, rational design of green ILs and investigation about their effect on biocatalysis.

脂肪酸糖酯化合物是一类应用广泛、绿色环保的生物表面活性剂。本项目拟把溶剂设计和酶的选用及固定化两方面结合起来，建立一个高效、绿色的酶法合成糖酯的反应体系。一方面，依据离子液体设计的新理念来设计两类新型的绿色离子液体（铵盐/鏻盐离子液体与深度低共熔溶剂体系）作为反应介质；另一方面，开发国产的扩展青霉脂肪酶及其交联聚集的无载体固定化技术，并以此固定化酶作为催化剂。以脂肪酶催化糖酯合成为实例，研究分析离子液体的结构组成对反应物溶解度以及酶的催化活性、稳定性的影响及制约作用，探讨酶催化在深度低共熔溶剂体系中的应用及基本作用原理，为离子液体的理性设计提供理论和实验依据。此项研究对糖酯的绿色合成、新酶的应用开发、以及绿色离子液体的理性设计及其对生物催化的作用机制研究，无论在理论上还是在应用上都具有重要意义。

脂肪酸糖酯化合物是一类应用广泛、绿色环保的表面活性剂，其酶法合成比化学法合成有着不可比拟的优越性。本项目旨在以新型离子液体和低共熔溶剂作为反应介质，通过溶剂的设计、酶的筛选及其固定化，建立一个高效、绿色的酶法合成糖酯的反应体系。工作包括以下五个方面：.（1）.低共熔溶剂（DES）的研究：.通过研究24种DES对两种酶（PEL和HRP）的活性、稳定性和结构的影响，证明了DES可以使酶的活性和稳定性大大增加，这与其阴阳离子、氢键供体以及两者之间的摩尔比相关。生物毒性和生物降解实验表明，DES能不同程度地抑制各种生物的生长，并不是所有DES都是可生物降解的。此项工作对如何选择生物安全和可降解的DES为酶催化服务提供了非常重要的信息。.（2）.离子液体的结构、性质与酶活性之间的关系：.分析了16种离子液体的组成和结构与其各种溶剂性质之间的关系，以及这两者与脂肪酶催化脂肪酸糖酯合成转化率之间的制约关系。结果显示，由疏水性阳离子和亲水性阴离子组成的离子液体作为反应介质有利于酶促糖酯合成反应的进行，其中以[HMIm][TfO]为最佳。.（3）.酶法脂肪酸糖酯合成反应体系的优化：.脂肪酸糖酯用两种反应（酯化反应和转酯化反应）在两种脂肪酶（Novozym 435和Lipozyme TLIM）的催化下进行合成。最佳反应介质是[HMIm][TfO]/叔戊醇的双溶剂体系。响应面法优化使生产效率分别提高到796.6 μmol/h/g和397.5 μmol/h/g，均大大高于文献报道值。用甲基葡萄糖苷比葡萄糖转化率高，脂肪酸链越长转化率越高。糖酯产物的结构得到证实。米曲霉脂肪酶（AOL）催化转酯化反应生成葡萄糖月桂酸酯也在叔戊醇体系进行了响应面法优化。.（4）.作为溶剂／催化剂的离子液体：.醋酸季铵盐离子液体既可以充当糖酯合成的反应介质，还具有催化活性，且其活性随季铵盐上烷基链长增加而增加。提出了一个合理的反应机制进行解释。.（5）.脂肪酶的固定化.研究了一种新的酶固定化方法：用长链疏水基团和磺酸基团共同结合在惰性载体上，用以固定三种脂肪酶（CALB, TLL, AOL），并用于催化糖酯合成。