[发明专利]固定化脂肪酶催化酯水解拆分2-苯基丁酸对映体的方法

说明书

本发明属于生物催化技术领域，公开了一种固定化脂肪酶催化酯水解拆分2‑苯基丁酸对映体的方法，利用共价连接法将利用大分子修饰剂修饰后的南极假丝假丝酵母脂肪酶(CAL‑A)与载体UiO‑66结合，制备新型的固定化酶，以立体选择性催化2‑苯基丁酸酯水解反应得到(S)‑2‑苯基丁酸和(R)‑2‑苯基丁酸酯。与游离酶相比，固定化酶在相同条件下显著提高了酶的催化活性，具备更高的立体选择性，此外，固定化酶具有高的热稳定性，对pH耐受度，便于循环使用，容易与产物分离，显著降低了技术成本，而且操作简便，绿色环保。

技术领域

本发明属于生物催化技术领域，通过水溶性酶分子修饰剂聚乙二醇(PEG)对南极假丝酵母脂肪酶A(CAL-A)进行酶分子修饰后，利用金属有机框架化合物(MOFs)UIO-66固定CAL-A酶，应用于立体选择性催化酯水解拆分2-苯基丁酸对映体。

背景技术

2-苯基丁酸(2-PBA)是一类应用广泛的医药中间体，可用于合成抗血栓药物吲哚布芬。酶的立体选择性催化反应可直接将化学合成的外消旋体转化成单一对映体。而且酶作为一种天然的高分子催化剂，具有立体选择性高、反应条件温和、无污染等诸多优点，使其在食品、医药、精细化工等工业领域有着极为广阔的应用前景。但游离酶从反应体系中分离难度大，难以循环利用等缺点增加了其作为催化剂的成本；游离酶使用过程中容易变性，并且对温度、pH等反应条件要求较为苛刻，上述不足使游离酶难以在工业中得到更为广泛的应用。因此，固定化酶的概念和技术得以提出和发展。

酶的固定化，即通过化学或物理的处理方法使原来水溶性的酶与固态的水不溶性载体相结合或被载体包埋。载体材料的结构和性能对固定化酶的性能有着巨大的影响，近年来，常用载体按组成可分为高分子载体、无机载体、复合载体以及新型载体等。高分子材料具有使用寿命较短，传质性能较差等不足；无机载体具有稳定性好，成本低，寿命长等优点，但使用无机材料制备的固定化酶的负载率一般而言较低。相较于上述固定化材料，金属有机框架化合物(MOFs)作为一类新型固定化载体日益受到重视。MOFs是一类由金属离子为节点，多齿有机配体作为连接体合成的多孔晶体材料。MOFs结构可针对具体的应用进行设计和调节，具有高比表面积、孔体积、易调节的孔道尺寸，以及良好的热稳定性且合成条件较温和等优点。因此MOFs固定化酶已经成为当前的热点研究方向。常采用的固定化方法主要分为表面吸附、共价连接、孔内包埋以及共沉淀法等。

现有技术中，关于2-苯基丁酸对映体的制备，已经公开了应用酶催化水解外消旋2-苯基丁酸酯，以制备2-苯基丁酸对映体的相关技术。如公开号为CN108546720A的专利中，公开了一种立体选择性酶催化水解制备(S)-2-苯基丁酸的方法，其利用脂肪酶高效选择性催化水解外消旋2-苯基丁酸酯，制备(S)-2-苯基丁酸，并在反应体系中加入了环糊精，提高了底物转化率。但由于其采用的是游离酶，仍然存在游离酶从反应体系中分离难度大、难以循环利用等缺点，增加了催化剂的成本。在2-苯基丁酸对映体的制备时，如何在保证酶的催化性能的基础上，将酶固定化，以降低酶从反应体系中分离的难度以及提高酶的循环使用性能，是亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过共价连接法将聚乙二醇(PEG)修饰过的CAL-A固定于MOFs材料UIO-66表面的方法，并将固定化酶PEG-CAL-A@UiO-66应用于立体选择性催化酯水解拆分2-苯基丁酸对映体，通过固定化，可以实现与反应体系迅速分离，具有较高的热稳定性，以及对pH的耐受度，并提高了酶的循环使用性能，显著降低了技术成本。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种固定化脂肪酶催化酯水解拆分2-苯基丁酸对映体的方法，是将CAL-A以1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳化二亚胺(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)的EDC/NHS共价连接法固定于UIO-66材料上制备固定化脂肪酶，再通过固定化脂肪酶立体选择性催化2-苯基丁酸酯水解反应，以磷酸缓冲溶液为反应介质，得到(S)-2-苯基丁酸和(R)-2-苯基丁酸酯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：