论文部分内容阅读
有机相酶催化又称微水相酶催化或非水相催化,是二十世纪八十年代从传统酶学的领域中发展起来的既具基础性又具应用性的研究领域。有机相酶催化具有许多在水相中不可替代的优势,通过改变有机溶剂系统的性质能改变酶催化反应的速度和选择性,因此有机相酶催化在化工、医药和特种新材料的研制与生产上有着广泛的应用前景。
猪胰脂肪酶(porcine pancreas Lipase,PPL)又称脂肪分解酵素,是胰酶的一种,属于胞内酶,是近10年来国内外研制成的诊断试剂工具酶之一,在临床医学上常用作血清TG测定试剂盒,其分子量约45000-50000道尔顿之间,可在异相系统油-水界面或有机相中起作用,在有机相中可以酶促合成和酯交换。脂肪酶在国内洗涤剂、制革、水产、饲料、生物化工、造纸、油脂化工、医药、环保等行业已表现出十分重要的应用潜力,目前许多工业生产中已大量使用了脂肪酶。当前国内外对猪胰脂肪酶的研究主要偏向于酯类化合物的合成方面,尚未有关于猪胰脂肪酶在有机溶剂中催化水解反应的性质研究的系统报道。
本实验在前人研究其他酶类的基础上,从溶剂工程的角度出发,聚乙烯醇-橄榄油乳化液为反应底物,进一步研究水-有机溶剂单相共溶体系(二甲基亚砜、四氢呋喃)、微水溶剂体系(乙酸乙酯、正丁醇)、水-水不溶的两相体系(异辛烷、环己烷)中有机溶剂对猪胰脂肪酶催化水解活性的影响,并且以正己酸、无水乙醇为反应底物,研究猪胰脂肪酶在有机相中催化合成己酸乙酯的最适底物浓度、底物摩尔比、酶用量、反应温度及最适有机溶剂,探讨有机溶剂对猪胰脂肪酶水解活性及合成活性的影响。研究发现,在一定浓度范围内,四氢呋喃(≤8%)、二甲基亚砜(≤18%)、含2%四氢呋喃的二甲基亚砜(≤15%)、含10%二甲基亚砜的四氢呋喃(≤8%)对猪胰脂肪酶都有激活作用;当四氢呋喃、二甲基亚砜、含2%四氢呋喃的二甲基亚砜、含10%二甲基亚砜的四氢呋喃的浓度分别为2%、10%、10%、6%时,对猪胰脂肪酶的激活程度最大,分别使酶活力上升23.41%、25.09%、43.84%、19.57%。正丁醇(≤4%)、异辛烷(≤2%)、环己烷(≤2%)对猪胰脂肪酶有轻微的激活作用;其余不同浓度的有机溶剂对猪胰脂肪酶则表现出不同程度的抑制作用,抑制程度随溶剂浓度的增加而增大。研究该酶在上述溶剂中的动力学,结果表明在6种溶剂中猪胰脂肪酶的Km值和Vmax值与在天然酶相比均发生了不同程度的变化。通过光谱分析,可解释猪胰脂肪酶在上述有机溶剂中酶分子构型或构象变化与活性之间的关系。对猪胰脂肪酶在缓冲液及上述6种有机溶剂的紫外吸收光谱、紫外差示光谱和荧光发射光谱分析发现,猪胰脂肪酶在上述有机溶剂中酶的构象都发生了不同程度的改变,在部分有机溶剂中酶分子构型也有变化。这些变化主要表现在肽基团的变化和芳香族氨基酸的微环境的改变以及酶分子中无规则卷曲与α-螺旋、β-折叠之间的转变。荧光发射光谱分析发现猪胰脂肪酶在缓冲液及上述6种有机溶剂中都有三个荧光发射峰。与天然酶的比较,经有机溶剂处理后的猪胰脂肪酶在350-360nm的荧光发射峰的位置基本未位移,但荧光强度都降低了。而在不同浓度的四氢呋喃、二甲基亚砜、正丁醇、乙酸乙酯中,猪胰脂肪酶在280-290nm的荧光发射峰都红移了,荧光强度也增加了;在456nm的荧光发射峰也红移了,荧光强度却降低了。在不同浓度的异辛烷、环己烷中荧光发射峰峰形基本一样,但荧光强度都降低了。
猪胰脂肪酶在非水相酯化反应体系中催化合成正己酸乙酯的最佳条件是:正己酸与无水乙醇的摩尔比为1:2,正己酸浓度0.20mol/L,无水乙醇浓度为0.40mol/L,0.07 g猪胰脂肪酶酶粉,在2≤1gP≤4的10mL非极性有机溶剂中,在40℃恒温水浴摇床中以150r/min的速度旋转振荡反应24h,正己酸转化率达到95%以上。在Finnigam TRACE GC-MC气相色谱-质谱联用仪上对猪胰脂肪酶在非水相酯化反应体系中催化合成的正己酸乙酯进行定性定量分析,证实了正己酸乙酯的生成,其含量为2.3%(V/V),与NaOH中和滴定法得到的结果相一致。