[发明专利]一种酶法转化制备DL-半胱氨酸的方法

说明书

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种酶法转化制备DL‑半胱氨酸的方法。该方法利用多酶偶联催化得到了附加值较高的DL‑半胱氨酸，省去了中间产物分离提取过程，同时解决了酶法合成半胱氨酸过程中廉价丝氨酸的来源问题，具有生产成本低、转化时间短、操作简便、适合大规模工业化生产等优点。

一、技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种酶法转化制备DL-半胱氨酸的方法。

二、背景技术

半胱氨酸化学名为2-氨基-3-巯基丙酸，分子式为C₃H₇NO₂S，相对分子质量121.12。半胱氨酸属于脂肪族氨基酸，呈白色结晶性粉末，无臭，味酸，易被氧化，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚、苯等有机试剂。根据构型不同，半胱氨酸分D型、L型和DL型，其中DL型为半胱氨酸的外消旋体。

DL-半胱氨酸具有广泛的用途：在化妆品领域，DL-半胱氨酸或其盐可用于染发烫发，具有不损伤发质，自然光亮等优点；在医药领域，DL-半胱氨酸及其衍生物可用于肝脏解毒、解热镇痛、治疗溃疡、恢复疲劳、输液等，特别用于治疗支气管炎；在食品方面，DL-半胱氨酸可作为发酵助剂、奶粉及果汁的抗氧剂和稳定剂、动物食物的营养添加剂等。

目前，根据文献报道DL-半胱氨酸的制备方法主要有中和结晶法、化学合成法和化学消旋法。

1、中和结晶法

陈士安(CN 102260202A)将DL-半胱氨酸盐酸盐晶体加水配制成一定浓度，利用氢氧化钠中和至pH 6.0，反应2h后浓缩结晶，烘干得到DL-半胱氨酸晶体。该方法工艺简单、效率高，但如何获得高品质的DL-半胱氨酸盐酸盐晶体是关键。

2、化学合成法

温建华(CN 102531980B)采用环乙亚胺与溴水反应得到2-溴-环乙亚胺，2-溴-环乙亚胺与氰化钠反应得到2-氰基-环乙亚胺，2-氰基-环乙亚胺与硫化钠开环反应得到2-硫基-3-氨基丙氰，最后酸水解得到DL-半胱氨酸。化学合成法不仅步骤较多，而且存在副反应，该工艺中用到剧毒化合物氰化钠，安全和环保风险大。

3、化学消旋法

何佺(氨基酸和生物资源,2005,27(3):55～57)采用纯乙酸溶剂中加乙酸酐的方法，对L-半胱氨酸等几种氨基酸进行消旋研究，消旋率可达100％，消旋速率与温度、乙酸酐用量及氨基酸结构等相关。

陈士安(CN 102887842A)将L-半胱氨酸盐酸盐、冰乙酸、丙酸和丙酮以1:1:2:3的比例混合，80℃反应1h，再加入重量为L-半胱氨酸盐酸盐1/4的芳香醛，搅拌均匀后保温静置反应8h，加入与反应液等体积的冰水，降温得到结晶，乙醇洗涤后烘干，得到DL-半胱氨酸盐酸盐。

化学消旋法要用到酸、有机溶剂、高温等反应条件，环保压力大；而且反应过程复杂，收率低，产物分离存在一定难度。

酶法转化因具有专一性强、反应条件温和、环境友好等优点而日益受到重视。酶法转化制备半胱氨酸近年来成为人们研究的热点，其中研究较多的酶是色氨酸合成酶。色氨酸合成酶不仅能够催化L-丝氨酸和吲哚合成L-色氨酸，还能催化L-丝氨酸和硫氢化钠反应生成L-半胱氨酸。

Ken-ichi Ishiwata(Journal of Fermentation and Bioengineering,67(3):169～172,1989)以L-丝氨酸和硫氢化钠为底物，色氨酸合成酶酶法合成了L-半胱氨酸，在最佳条件下反应液中L-半胱氨酸达到114g/L，转化率是以L-丝氨酸和吲哚为底物酶法合成L-色氨酸的47％。日本专利(JP 62215396-A,1987；JP 63007790-A,1988)报道了以L-丝氨酸为底物，以硫化氢或硫氢化物或硫化物为巯基供体，色氨酸合成酶酶法合成L-半胱氨酸的工艺。