脂肪酸水合酶的筛选和应用
脂肪酸作为自然界主要的可再生资源之一，其具有来源广泛，基数庞大的特点，因而具有巨大的工业应用潜力。目前，脂肪酸的应用大多是基于其羧基端酯化性能应用的开发，而对于其烷烃链的活化与应用研究相对较少。针对于不饱和脂肪酸烷基链中的C=C键，主要应用多集中于氧化断裂及环氧化反应，当前的工业应用中仍存在诸多弊端，应用效果也受限于纯度、效率、定位性等因素，导致产品的市场价值较低，甚至部分过程停步于实验室阶段而难以放大。因而，定向高效的衍生C=C键，赋予脂肪酸烷基链新的理化性能，并基于此制备一系列高附加值的产品是目前油脂化工领域研究的重点与难点。基于以上问题，本论文由浅及深的开辟了三条以脂肪酸水合酶为基础的不饱和脂肪酸应用工艺。 第一部分工作围绕利用水合酶FA-HY2(from Lactobacillus acidophilus NTV001)可催化亚油酸产生特定β-羟基烯烃结构的性质，结合β-羟基烯烃结构定向热裂解反应，设计了一条生物—化学级联催化亚油酸制备生物材料及生物燃油原料的新工艺途径。该部分工作中，首先优化确定了FA-HY2重组蛋白在大肠杆菌中的表达条件和水合反应条件，在最佳水合条件下，10-羟基-12-十八碳烯酸(HOD)的产率达到了85％。随后，对10-HOD的定向热裂解反应进行了研究，α-辛烯和10-氧代癸酸的收率分别达到35％和39％。该部分工作提出了一种脂肪酸分子中碳原子的高效利用途径，为脂肪酸的加工与应用提供了新的选择与参考。 第二部分工作中，利用水合酶BbMCRA2(from Bifidobacterium breve NCIMB702258)对不同不饱和脂肪酸的催化特异性，设计了水合酶动力学拆分制备高纯度亚麻酸的工艺;通过对温度、酶添加量、pH和缓冲液添加量在内的催化条件的优化，实现了水合酶对油酸、亚油酸和亚麻酸的动力学拆分，单次反应可将混合脂肪酸中的亚麻酸含量从55％提高至68％，经过三次反应拆分，最终可将亚麻酸含量提升至75％。有效的提高了天然油脂中亚麻酸的含量，为亚麻酸的提纯问题提供了全新的解决方案。 第三部分工作基于水合酶Em-OAH对于油酸的高效催化反应过程，探索了以油酸为原料生产癸二酸的多酶级联催化反应途径。实验结果表明该途径经水合酶、醇脱氢酶、BVMO单加氧酶和脂肪酶联用，可有效的转化油酸生产癸二酸;而该过程中的限制步骤在于BVMO单加氧酶的加氧效率。该研究为上述绿色高效的多酶生物催化体系的实现提出了基础的参考。
脂肪酸水合酶;生物材料;亚麻酸;生物催化
北京化工大学
硕士
生物工程
聂开立;张兵
2021
中文
TQ288
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）