[发明专利]全细胞催化制备阿拉伯糖丙酸单酯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及全细胞催化和合成领域，具体涉及一种在叔戊醇/二甲基亚砜双溶剂体系中用施氏假单胞菌催化合阿拉伯糖丙酸单酯。

背景技术

目前，以糖基作为骨架或者侧链的聚合物被称为“（含）糖聚合物”，其研究非常活跃，特别是对于可控合成以及精确制备的具有不同结构（比如线型、星状、超枝化以及树枝状）的糖聚合物已经成为研究热点，但目前其研究范围主要集中在生物医学和生物材料领域。尽管如此，由于合成的难度和性能的复杂，导致了对新颖的生物降解性聚合物/糖聚合物杂化材料的合成与性能研究仍然不足，特别是基于半纤维素糖高分子聚合物在水处理和造纸功能化学品的应用方面的研究则少见报导。目前，化学法合成含糖高分子聚合物的过程中单体的合成路径往往较复杂，试剂多，副产物多。不仅如此，化学法合成还有诸如反应条件苛刻、环境不友好等不足。这在一定程度上限制了含糖高分子聚合物的发展。

非水相溶剂体系中脂肪酶催化反应除了具有高度的区域选择性和立体选择性，不需要基团保护等传统水解酶的优点外，还可以催化酯交换、酯化、氨解等合成反应，可进行水不溶性物质的催化转化，大大拓展了酶的作用底物范围，不仅如此，它还有利于酶的回收和重复利用、降低分离过程的能耗，提高了酶的热稳定性以及减少和防止水引起的副反应和微生物污染，可以通过控制不同的反应条件，可以在糖的特定羟基上进行反应，制备结构确定的含糖的不饱和单体。自Klibanov首次报道非水相中的酶催化性能以来，非水酶学在最近20多年里取得了长足的发展。就目前而言，国际上对非水相条件下糖酯单体合成的研究较少，研究领域也仅限于生物医药，Dordick等在非水相条件下利用酶催化丙烯酸乙烯酯与甲基半乳糖苷、α-D-吡喃葡萄糖苷以及蔗糖等进行酯交换反应，制备了结构确定的含糖的不饱和单体。并且利用所得单体制备了生物相容水凝胶等聚合物。国内仅有魏远安和刘荣莉等报道了采用脂肪酶在非水相条件下合成了蔗糖基聚合物用于水果保鲜剂的研究。并且糖类化合物在有机溶剂中的溶解性很差，这在一定程度上阻碍了非水相中酶促催化糖酯单体合成的发展。

全细胞催化是指利用完整的生物有机体(即全细胞、组织甚至个体)作为催化剂进行化学转化，其本质是利用细胞内的酶进行催化。该法是介于发酵法和提取酶催化法之间的一种生物催化技术。细胞内完整的多酶体系可以实现酶的级联反应，从而弥补酶法催化中级联催化过程不易实现的不足，提高了催化效率，同时，又省去了繁琐的酶纯化过程，制备更加简单，生产成本更低。相比发酵法，全细胞催化克服了发酵法生长周期长、代谢产物复杂、底物转化率低、产物分离提取困难以及能耗高等缺点。相比提取酶催化反应，全细胞中的酶系保持原有生活细胞所处的状态和特定位置，酶稳定性更好，半衰期更长，适应性更强，更易实现能量和辅酶的原位再生。

阿拉伯糖是一种单糖。又称果胶糖。广泛存在于植物中，通常与其他单糖结合，以杂多糖的形式存在于胶、半纤维素、果胶酸、细菌多糖及某些糖苷中。在许多松柏科（如红杉）树的心材中含有游离状态的L-阿拉伯糖。 L-阿拉伯糖是从含在玉米皮里的半纤维素的阿拉伯木糖分离、精制而成的。砂糖是通过存在于小肠黏膜砂糖分解酵素，被葡萄糖和果糖分解吸收的。如果在砂糖中配用3%的阿拉伯糖就可以抑制60%的砂糖的吸收。为此与只是摄取砂糖情况相比较，可以抑制血糖值增高和胰岛素的分泌。另外，没有被分解的砂糖到达大肠，与阿拉伯糖一起可以起到抑制乳酸杆菌的作用。进一步通过阻碍对果糖吸收的抑制和产生肠内细菌的短锁脂肪酸的中性脂肪合成，达到抑制脂肪堆积的效果。阿拉伯糖有类似砂糖的甜味，但甜度只有其一半左右、其溶解度低于砂糖；酸、热度稳定。溶解浆是在制浆过程中除去了木素和半纤维素，只保留纤维素的高纯度精制化学浆，主要用于生产粘胶人造丝、硝化纤维、醋酸纤维、玻璃纸、羧甲基纤维素(CMC)等产品。 在生产溶解浆过程中所提取出来的大量半纤维素类糖为溶解浆副产物，对这些副产物的充分利用已成为当今的热门话题。本研究旨在对阿拉伯糖进行回收利用并制成阿拉伯糖丙酸单酯为今后食品添加剂以及表面活性剂添加新的合成思路。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的不足，提供一种环境友好、生产成本低、反应过程简单可控、产物易分离的叔戊醇/二甲基亚砜双溶剂体系中生物催化制备阿拉伯糖单酯的新方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

    全细胞催化制备阿拉伯糖丙酸单酯的方法,包括以下步骤：