[发明专利]一种酶催化剂及其制备方法与在生产3-氨基丙酸中的应用

说明书

本发明公开了一种酶催化剂及其制备方法与在生产3‑氨基丙酸中的应用，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将L‑天冬氨酸脱羧酶菌株培养，离心，得到菌体；(2)用水将步骤(1)得到的菌体重悬，得到重悬液；向重悬液中加入表面活性剂，搅拌，离心，得到上清液；(3)向步骤(2)得到的上清液中加入金属离子，混合，再加入配体溶液，搅拌，洗涤，离心，所得沉淀物即为酶催化剂。与现有技术相比，本发明简化了从细胞中提取酶的操作过程，以一种两步法快速合成的形式制备了纳米材料固定化的酶催化剂，制备过程简单方便对设备需求低；且本发明对L‑天冬氨酸脱羧酶实现了可回收和较好的重复利用率。

技术领域

本发属于及酶催化固定化酶领域，具体涉及一种酶催化剂及其制备方法与在生产3-氨基丙酸中的应用。

背景技术

3-氨基丙酸，又称为β-丙氨酸，作为最具潜力的三碳化合物之一，可以用于合成维生素B5、泛酸钙、巴柳氮、肌肽、聚-β-丙氨酸等产品，在医药、化工、美容、食品、环境等方面都有着很广泛的用途。目前，化学法合成3-氨基丙酸反应过程中大都需要较为苛刻的工艺条件，而且存在着副产物多、环境污染的问题，使得生物催化法合成3-氨基丙酸受到广泛的关注。以L-天冬氨酸作为底物，用全细胞催化的方式来合成3-氨基丙酸是一种绿色环保的方式。然而，全细胞催化的方式存在酶活性低、存在底物产物抑制、耐受性差等问题限制其在3-氨基丙酸生物合成中的应用。因此开发酶法制备3-氨基丙酸是一种更高效的生物催化策略。脱羧酶能够脱去羧酸分子中的羧基并产生二氧化碳，它包括氨基酸类脱羧酶和有机酸类脱羧酶。L-天冬氨酸脱羧酶是以L-天冬氨酸为底物的脱羧酶。L-天冬氨酸脱羧酶由panD基因调控编码，是一种丙酮酰基依赖酶，能够催化L-天冬氨酸脱去α位羧基，生成3-氨基丙酸，并且可以合成乙酰辅酶A、泛酸等，是生物体内至关重要的营养因子。传统的制备酶催化剂步骤繁琐，需要破碎细胞、分离酶液、纯化酶液、固定化酶多步操作过程，耗时耗力且存在酶活不够高、底物抑制、产物抑制、生产周期长的缺点，并不适合于大规模的工业化生产。

金属-有机框架材料是由金属离子或金属簇与有机配体组成的具有超高比表面积、高孔隙率的多孔结构的纳米材料。金属-有机框架材料可以对酶进行很好的固定化操作，其次合理的金属离子的选择使用往往可以激活和提升酶的催化性能，是一类非常理想的固定化酶材料。然而目前的研究表明金属-有机框架材料过于坚硬的内部结构不利于酶在固定化材料中的进行催化。因此通过表面活性剂的修饰作用，优化酶的固定化过程，改造固定化过程中的酶吸附过程，提高固定化酶的固载率，使得酶与固定化材料内部是一种可行的方法。综上所述，本研究第一步利用表面活性剂直接破裂微生物细胞，获得表面活性剂与酶的混合液，第二步直接在室温下利用共沉淀法制备得到表面活性剂修饰的金属-有机框架固定化的酶催化剂。在简化了制备传统酶催化剂的操作过程，优化了酶的固定化吸附过程，进而提升了L-天冬氨酸脱羧酶生物催化产3-氨基丙酸的产量和催化性能。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是制备酶催化剂的繁琐操作过程和金属-有机框架材料固定化酶催化剂催化效果可控性差的问题，提供一种固定化全细胞制备3-氨基丙酸的方法，该方法对于3-氨基丙酸的产量有了明显的提升，并且显著提升了固定化酶催化剂的使用性能。

发明思路：在收集的微生物细胞悬液中添加表面活性剂，裂解微生物细胞细胞膜，获得表面活性剂与L-天冬氨酸脱羧酶的混合液，在混合液中利用共沉淀法制备出金属-有机框架材料固定化酶催化剂，利用不同金属离子和表面活性剂对于酶的促进和激活作用，提升L-天冬氨酸脱羧酶的催化活性，利用形成的金属-有机框架材料对酶进行保护作用，提升酶催化剂在生物催化过程中的耐受性和重复利用率，进而提升3-氨基丙酸的产量。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种酶催化剂的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将L-天冬氨酸脱羧酶菌株培养，离心，得到菌体；

(2)用水将步骤(1)得到的菌体重悬，得到重悬液；向重悬液中加入表面活性剂，搅拌，离心，得到上清液；