固定化赖氨酸脱羧酶、其制备、1,5‑戊二胺制备方法及产品技术

本发明专利技术提供一种固定化赖氨酸脱羧酶，其包括环氧基修饰的高分子载体及赖氨酸脱羧酶，赖氨酸脱羧酶与环氧基反应通过共价键固定于高分子载体上。本发明专利技术还提供固定化赖氨酸脱羧酶的制备方法以及采用固定化赖氨酸脱羧酶制备1,5‑戊二胺的方法及制得的1,5‑戊二胺。该固定化赖氨酸脱羧酶通过高分子载体的环氧基与赖氨酸脱羧酶进行共价键结合，形成稳定的固定化赖氨酸脱羧酶，固定化效率高，酶的活力回收率高，稳定性好，显著降低了载体成本，本发明专利技术提供的1,5‑戊二胺制备方法有效降低了工艺成本，简化了1,5‑戊二胺溶液和酶的分离步骤，加大了1,5‑戊二胺生产的自动化程度，推进了生物法生产1,5‑戊二胺的产业化进程。

【技术实现步骤摘要】
固定化赖氨酸脱羧酶、其制备、1,5-戊二胺制备方法及产品
本专利技术涉及生物化工领域，具体涉及一种固定化赖氨酸脱羧酶、其制备方法以及采用所述固定化赖氨酸脱羧酶的1,5-戊二胺制备方法及其制得的产品。
技术介绍
生物催化反应具有反应条件温和、选择性高、反应效率高等特点，因而越来越多地应用于化学合成领域。但由于生物酶在体外工业环境下的稳定性差以及酶制剂的成本过高等缺陷，极大地限制了生物催化在工业领域的实际应用。固定化酶技术通过将酶分子束缚(或结合)于水不溶性载体上，不仅有效解决了催化剂的重复使用问题，还可显著改善生物酶的稳定性及催化特性(底物亲和力、立体选择性等)。目前，固定化酶研究内容广泛，研究表明：载体的合成、表征、几何参数、表面活性及理化性质等，对于酶的固载量、酶活回收率和稳定性等方面，有很重要的影响。现在，在工业上已经成功固定化并应用的酶有青霉素酰化酶、葡萄糖异构酶等。1,5-二氨基戊烷(也称为1,5-戊二胺，简称戊二胺)是化学工业中重要的五碳化合物，主要用途是制造聚酰胺、聚氨酯等，另外还可以用来制造异氰酸酯、吡啶、哌啶等重要化工原料。迄今为止，工业上二胺类物质主要由石油基原材料经二羧酸中间体或者通过氨基酸的化学脱羧作用进行化学生产(Albrecht，Klaus等人；Plastics；Winnacker-Kuechler(第5版)(2005))。随着生物技术的发展，人类可以利用生物法合成1,5-戊二胺，主要是通过微生物自身或者外源过量表达的赖氨酸脱羧酶催化底物赖氨酸脱羧，得到1,5-戊二胺，以下文献和专利中对此进行了描述：Tabor,Herbert,etal；Journalofbacteriology(1980),144(3),952-956，JP2002-223770，JP2008104453A，CN200810005332、JP2002-223771A、JP2004-000114A、EP1482055B1、JP2005-060447A，CN101578256A，CN102056889A，CN102782146A等。目前，生物法的赖氨酸脱羧酶催化赖氨酸生成1,5-戊二胺的工艺中通常使用游离状态的赖氨酸脱羧酶或赖氨酸脱羧酶细胞，或者使用可同时生产赖氨酸和赖氨酸脱羧酶的菌株发酵生产1,5-戊二胺，但是以上1,5-戊二胺生产方式导致酶或细胞的重复利用效率低、产物回收困难、生产成本高，不利于1,5-戊二胺的工业化生产。在此之后，研究人员采用固定化细胞的方式生产1,5-戊二胺，日本专利申请JP2004298033A中描述采用角叉菜胶，将产赖氨酸脱羧酶菌株包埋后培养产酶，然后收集培养好的固定化微生物催化赖氨酸盐生产1,5-戊二胺，246g/l的赖氨酸盐酸盐经过固定化细胞150h的催化，生成的1,5-戊二胺浓度为40g/l，赖氨酸盐酸盐的摩尔转化率约为30％。文献“用固定化L-赖氨酸脱羧酶细胞制备1,5-戊二胺”(蒋丽丽等，精细化工，2007，24(11)，1080-1084)中报道采用3wt％的海藻酸钙固定含有赖氨酸脱羧酶的细胞，此固定化细胞稳定性很差，第2批转化时酶活就发生显著下降，到第4批时酶活降低到约为第1批酶活的38％。综合文献和专利报道可得出，目前制备的含有赖氨酸脱羧酶活性的固定化细胞多采用天然高分子凝胶为载体，在实际操作中存在着强度不高，容易被微生物分解，在转化过程中变形、破碎或者溶解，引起酶或细胞的渗漏，固定化细胞重复使用效率低等问题。因此，本领域需要一种更简单、经济、可显著提高赖氨酸酶法脱羧稳定性的方法。目前，对固定化赖氨酸脱羧酶的制备及稳定性研究的报道较少，且对价格低廉的载体进行化学改造而使之适用于固定化赖氨酸脱羧酶的制备均未见报道。
技术实现思路
为克服赖氨酸脱羧酶在生物化工生产领域存在的稳定性、重复使用率等方面的缺陷，本专利技术的一个目的是提供一种固定化赖氨酸脱羧酶。本专利技术的另一目的是提供所述固定化赖氨酸脱羧酶的制备方法。本专利技术的还一目的是提供一种1,5-戊二胺制备方法。本专利技术的另一个目的是提供上述制备方法制得的1,5-戊二胺。以下，对上述技术方案，进行详细和优选说明：本专利技术的一个目的是提供一种固定化赖氨酸脱羧酶，所述固定化赖氨酸脱羧酶包括：环氧基修饰的高分子载体以及赖氨酸脱羧酶，其中，所述赖氨酸脱羧酶通过与所述环氧基修饰的高分子载体上的环氧基反应，形成共价键固定于所述高分子载体之上。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述高分子载体可以为：含苯胺基的高分子物质、含胺基的高分子物质和含羟基的高分子物质中的一种或多种与环氧基化试剂反应得到。进一步，所述环氧基化反应为：所述苯胺基的高分子物质上的苯胺基，与所述环氧基化试剂的反应；和/或，所述含胺基的高分子物质上的胺基，与所述环氧基化试剂的反应；和/或，所述含羟基的高分子物质中的羟基，与所述环氧基化试剂的反应。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述含苯胺基的高分子物质可以包括：含羟基的高分子物质与含苯胺基的醚化剂经醚化反应得到的物质。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述含胺基的高分子物质可以包括：含羟基的高分子物质与含胺基的醚化剂经醚化反应得到的物质。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述含胺基的高分子物质也可以包括以下物质中的一种或多种：聚丙烯腈的水解产物、含胺基的聚酯的水解产物、聚酰胺的水解产物。所述含胺基的高分子物质可以为纤维状或颗粒状，优选为纤维状；所述颗粒状优选为多孔颗粒状。上述两类含胺基的高分子物质，都可实现相应的技术效果。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述含羟基的高分子物质包括：纤维素、聚乙烯醇、醋酸纤维素水解产物、丁酸纤维素水解产物、含羟基的聚酯的水解产物、脱脂棉、甘蔗渣、棉花、秸秆中的一种或其组合。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述含苯胺基的醚化剂包括对β-硫酸酯乙砜基苯胺。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述含胺基的醚化剂包括硅烷化试剂。进一步，本专利技术提供的固定化赖氨酸脱羧酶中，所述环氧基化试剂包括环氧氯丙烷和/或环氧树脂。所述环氧树脂可以为固态环氧树脂或者液态环氧树脂，优选为液态环氧树脂。本专利技术还提供了一种固定化赖氨酸脱羧酶的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：将所述环氧基修饰的高分子载体与所述赖氨酸脱羧酶于缓冲溶液中反应即得。进一步地，所述的制备方法包括以下步骤：(1)将含羟基的高分子物质与环氧基化试剂经环氧基化反应得环氧基修饰的高分子载体；优选地，所述含羟基的高分子物质包括：纤维素、聚乙烯醇、醋酸纤维素水解产物、丁酸纤维素水解产物、含羟基的聚酯的水解产物、脱脂棉、甘蔗渣、棉花、秸秆中的一种或其组合；(2)将所述环氧基修饰的高分子载体与所述赖氨酸脱羧酶在缓冲溶液中反应即可。进一步地，所述制备方法包括以下步骤：(1)将含苯胺基的高分子物质和/或含胺基的高分子物质与环氧基化试剂经环氧基反应得环氧基修饰的高分子载体；(2)将所述环氧基修饰的高分子载体与所述赖氨酸脱羧酶在缓冲溶液中反应即可。进一步地，所述的制备方法包括以下步骤：(1)将含羟基的高分子物质与含苯胺基的醚化剂经醚化反应得到含苯胺基的高分子物质；优选地，所述含羟基的高分子物质包括：纤维素、聚乙烯醇本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固定化赖氨酸脱羧酶，其特征在于，包括环氧基修饰的高分子载体以及赖氨酸脱羧酶，其中，所述赖氨酸脱羧酶通过与所述环氧基修饰的高分子载体上的环氧基反应形成共价键固定于所述高分子载体之上。

【技术特征摘要】
1.一种固定化赖氨酸脱羧酶，其特征在于，包括环氧基修饰的高分子载体以及赖氨酸脱羧酶，其中，所述赖氨酸脱羧酶通过与所述环氧基修饰的高分子载体上的环氧基反应形成共价键固定于所述高分子载体之上。2.根据权利要求1所述的固定化赖氨酸脱羧酶，其特征在于，所述环氧基修饰的高分子载体由含苯胺基的高分子物质、含胺基的高分子物质和含羟基的高分子物质中的一种或多种，与环氧基化试剂反应得到。3.根据权利要求2所述的固定化赖氨酸脱羧酶，其特征在于，所述含羟基的高分子物质包括：纤维素、聚乙烯醇、醋酸纤维素水解产物、丁酸纤维素水解产物、含羟基的聚酯的水解产物、脱脂棉、甘蔗渣、棉花、秸秆中的一种或其组合；和/或，所述含苯胺基的高分子物质包括：所述含羟基的高分子物质与含苯胺基的醚化剂经醚化反应得到的物质；和/或，所述含胺基的高分子物质包括：所述含羟基的高分子物质与含胺基的醚化剂经醚化反应得到的物质，和/或，以下物质中的一种或多种：聚丙烯腈的水解产物、含胺基的聚酯的水解产物、聚酰胺的水解产物；优选地，所述含苯胺基的醚化剂包括对β-硫酸酯乙砜基苯胺；和/或，优选地，所述含胺基的醚化剂包括硅烷化试剂。4.根据权利要求2或3所述的固定化赖氨酸脱羧酶，其特征在于，所述环氧基化试剂包括：环氧氯丙烷和/或环氧树脂；所述环氧树脂优选液态环氧树脂。5.一种固定化赖氨酸脱羧酶的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：将所述环氧基修饰的高分子载体与所述赖氨酸脱羧酶于缓冲溶液中反应即得。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将含羟基的高分子物质与环氧基化试剂经环氧基化反应得环氧基修饰的高分子载体；优选地，所述含羟基的高分子物质包括：纤维素、聚乙烯醇、醋酸纤维素水解产物、丁酸纤维素水解产物、含羟基的聚酯的水解产物、脱脂棉、甘蔗渣、棉花、秸秆中的一种或其组合；(2)将所述环氧基修饰的高分子载体与所述赖氨酸脱羧酶在缓冲溶液中反应即可；或，所述的制备方法包括以下步骤：(1)将含苯胺基的高分子物质和/或含胺基的高分子物质与环氧基化试剂经环氧基反应得环氧基修饰的高分子载体；(2)将所述环氧基修饰的高分子载体与所述赖氨酸脱羧酶在缓冲溶液中反应即可。7.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：(1)将含羟基的高分子物质与含苯胺基的醚化剂经醚化反应得到含苯胺基的高分子物质；优选地，所述含羟基的高分子物质包括：纤维素、聚乙烯醇、醋酸纤维素水解产物、丁酸纤维素水解产物、含羟基的聚酯的水解产物、脱脂棉、甘蔗渣、棉花、秸秆中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐冠珠，于丽珺，刘修才，
申请(专利权)人：上海凯赛生物技术研发中心有限公司，凯赛生物产业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31