[发明专利]一种化学修饰脂肪酶的制备方法、脂肪酶及合成L-丙交酯的应用

说明书

本发明属于聚乳酸生产技术领域，具体公开了一种用于合成L‑丙交酯的化学修饰的脂肪酶，同时还公开了该脂肪酶的制备方法。本发明采用环氧油酸异丙酯对来源于南极假丝酵母的脂肪酶B进行化学修饰，得到了化学修饰的脂肪酶。所述化学修饰的脂肪酶的酶活性高，用于催化生成L‑丙交酯时产率显著提高。

技术领域

本发明涉及聚乳酸生产技术领域，特别涉及聚乳酸生产的重要中间体丙交酯的合成，尤其是合成L-丙交酯采用的脂肪酶催化剂。

背景技术

聚乳酸(简称“PLA”)是一种用途广泛的高分子材料，也是解决“白色污染”的最佳选择之一。目前，工业上主要采用两步法合成PLA，丙交酯是合成PLA的重要中间体。丙交酯的品质是影响开环聚合高分子量PLA的关键因素之一。丙交酯合成过程中反应及纯化过程参数的优化与控制都直接决定了丙交酯的品质和产率，从而影响着PLA的各种性能。

化学两步法合成丙交酯是目前比较通用的方法，但在化学反应过程中乳酸低聚物的聚合度很难控制；同时，由于裂解过程在高温下进行，这就可能使生成的丙交酯发生消旋化反应，也可能造成物料的分解、碳化、焦化及氧化等，因此化学合成法存在不少缺点。

与传统的化学合成法相比，脂肪酶介导催化反应具有反应条件温和、产物特异性高等优点，可以引入聚乳酸的合成。其中南极假丝酵母脂肪酶B(CALB)作为酶法合成最常用的脂肪酶，广泛应用于水解或醇解、酯合成、酯交换、内酯合成、多肽合成、高聚物合成及立体异构体拆分等有机合成反应，是目前用途最广泛的酶催化剂之一。然而，天然的CALB脂肪酶的应用存在一些不足，如在有机溶剂、高温、极端pH等非天然环境下极易失活等，这些不利因素限制了CALB脂肪酶在工业上的应用。例如文献(Jeon B W,Lee J,Kim H S,etal.Lipase-catalyzed enantioselective synthesis of(R,R)-lactide from alkyllactate to produce PDLA(poly D-lactic acid)and stereocomplex PLA(poly lacticacid)[J].Journal of Biotechnology,2013,168(2):201-207.)中公开了一种丙交酯的制备方法，利用L-乳酸甲酯作为原料，甲基叔丁醚作为溶剂，CALB商品化的酶Novozym 435作为催化剂，制得的产物为L-丙交酯，但是得率低，只有约54％，不适合工业化的生产。

为提高酶的性能，化学修饰是一种重要手段。化学修饰具有廉价、周期短、实验室可行、容易创造新型的酶学性质等优点。虽然化学修饰脂肪酶已经取得了一定的研究进展，但目前仍然局限于脂肪酸、氨基酸、酸酐、聚乙二醇(PEG)和多糖等常用修饰剂的研究，修饰所得酶的催化活性、稳定性、耐有机溶剂性等性能往往不能同时得到有效的改善以满足反应的需要。

化学修饰的主要对象一般是酶蛋白表面的自由氨基酸残基。由文献(Weber H K,Zuegg J,Faber K,etal.Molecular reasons for lipase-sensitivity againstacetaldehyde[J].Journal of Molecular Catalysis B Enzymatic,1997,3(1):131-138.)记载可知，CALB脂肪酶表面含有许多游离的氨基、羟基、酚羟基、羧基和巯基等官能团，特别是其2％～3％的表面由赖氨酸残基覆盖，这些官能团可以与羧酸、酮、醛等化合物发生酰化、烷基化、氧化还原和芳香环取代等反应，从而实现对CALB脂肪酶的修饰。

因此，对CALB脂肪酶进行分子改性，以强化其催化性能，为工业应用提供活性更高、稳定性更好、环境耐受性更强的新酶品种，具有重要的实际应用价值。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种化学修饰脂肪酶的制备方法，并且还提供了由所述制备方法得到的化学修饰脂肪酶，以及脂肪酶的应用。采用所述的化学修饰的脂肪酶催化合成L-丙交酯的产率显著提高。