[发明专利]一种利用环糊精的疏水化合物生物转化方法

说明书

技术领域

本发明属于疏水化合物生物转化技术领域。具体涉及利用环糊精及其衍生物的疏水化合物生物转化方法及其应用。

背景技术

生物转化是指利用酶或有机体(细胞、细胞器)作为催化剂实现化学转化的过程，又称生物催化，是生物体系(包括细菌、真菌、植物组织、动物组织培养系或生物体系的酶制剂)对外源性底物进行结构性修饰所发生的化学反应。生物催化剂包括酶和细胞，具有工业应用价值的生物酶主要来源于微生物菌种，对于多酶系统和具有辅酶的生物催化，常常采用微生物的全细胞参与反应，又称微生物转化反应。应用微生物进行的生物转化，绝大多数的有机底物都是疏水的，常受到一些因素的严重制约：底物在水中溶解度小，降低了底物的利用率和反应速率；高浓度的底物/产物常导致生物催化剂的抑制或失活，生物转化时间长，转化效率低等缺点。因此，疏水化合物的微生物转化需要解决的关键问题是提高底物的溶解度，并保持生物催化剂的活性和稳定性。

超分子(Supramolecular)是基于分子间的非共价键相互作用而形成的分子聚集体。超分子主客体分子间的非共价键是一种弱相互作用，包括氢键、范德华力、配位键、亲水/疏水作用等以及它们之间的协同作用。作为第二代超分子主体化合物的环糊精(Cyclodextrin，CD)，是葡萄糖的环状聚集体，具有独特的“内疏水”“外亲水”的笼形结构，可以包结许多无机、有机和手性客体分子形成主-客体包结物，而且产量较大、价格低廉，是目前最重要的具有包结作用的环状化合物，在模拟酶、分子识别等领域具有重要的理论价值和应用价值。环糊精在化学结构、生物相溶性和稳定性上均符合生物催化对主体化合物的要求。

环糊精是从淀粉得到的六个以上D-吡喃葡萄糖单元以alpha-1，4-糖苷键连结的具有环状疏水圆锥型结构的低聚糖非还原性化合物系列。由于环糊精的外部亲水而内腔疏水，因而它能够像酶一样提供一个疏水的结合部位，作为主体包结各种适当的客体，如有机分子、无机离子以及气体分子等。这种选择性的包结作用即通常所说的分子识别，其结果是形成主客体包结物。在α-、β-、γ-CD基础之上，对其进行修饰如酯化、醚化，烷基化、羟基化得到环糊精衍生物。主要的衍生物有羟丙基、甲基及磺丁基醚-β-环糊精等。这些基团的引入，并不影响中央空穴对客体分子的容纳能力，但能够改善环糊精的某些理化性质和包结能力。环糊精通过改性，可提高包结物或超分子复合体在水中的溶解度，构筑立体几何关系，形成特殊的手性位点和弱作用力模型，这大大扩展了环糊精的应用领域。

童林荟所著的《环糊精化学-基础与应用》(科学出版社，2001出版)中介绍了环糊精在污水处理中的应用，用添加β-CD改进活性污泥分解毒物能力，在有毒物质工业废水或制药以及农药废水处理上有实际应用价值。邵云、高士祥、杨彬等发表在环境科学学报的文章《HP-β-CD对不动杆菌降解高浓度硝基苯的影响》(2004，24(4)：690-695)介绍了在不动杆菌降解高浓度硝基苯的过程中添加羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)对细菌生长、硝基苯的去除及中间产物的转化的影响。

醋酸可的松经微生物C_1，2位脱氢生成甾体药物的重要中间体醋酸泼尼松是生物转化疏水性化合物的典型例子。姚传义等人进行了相关研究，发表于《中国医药工业杂志》的文章“PVA复合载体固定化简单节杆菌用于醋酸可的松脱氢”(1998年第6期245-247页)，文章叙述了以聚乙烯醇复合载体包埋简单节杆菌BY-2-3-51，制得具有较高机械强度和较好活性的球形固定化细胞，并用以进行初始浓度为20g/L的醋酸可的松脱氢的摇瓶实验，转化率平均达90％。上述研究结果虽然有效的提高了醋酸可的松的生物转化效率，但由于该方法涉及微生物包埋载体的制备以及微生物细胞的包埋等工艺环节，从而使得其转化工艺较为复杂，对上述工艺的应用产生了一定的制约和影响作用。

微生物转化疏水性化合物常受到一些因素的严重制约：底物在水中的溶解度很小，限制了其生物利用度，产物/底物对微生物具有抑制作用，生物转化时间长，转化效率低等缺点。

如何有效利用环糊精及其衍生物的特性提高疏水化合物的生物转化效率是一个值得探索和研究的课题。这方面的研究对于高效率获得疏水化合物生物转化产品具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是利用环糊精及其衍生物提供一种疏水化合物微生物转化的新方法；同时提供了环糊精及其衍生物在上述化合物微生物转化中的应用。

本发明的技术方案如下：