微流控生物催化技術酶促合成天然產物的增效機理研究.pdf

1、微反應器由于具有傳質傳熱快、反應得率高、操作安全、易于放大等特點，可實現高效快速地酶促反應，在生物催化領域開始嶄露頭角。然而，利用微反應器進行微流控生物催化技術合成天然藥物的研究一直未見報道。因此，本文以酶促合成異槲皮苷和咖啡酸苯乙酯這兩種珍稀的天然藥物為研究對象，研究在微反應器中連續(xù)流和分段流模式的微型生物催化技術及其過程機制，對于高效制備高附加值天然藥物具有重要意義。主要研究結果如下：
　　構建了連續(xù)流微通道式反應器內橙皮苷酶

2、選擇性催化水解蘆丁合成異槲皮苷的新方法。研究微通道長度、酶濃度、底物濃度及溫度等因素對酶促反應的影響。當蘆丁濃度1 g/L、酶濃度0.1 g/mL、溫度40℃、流速2μL/min時，異槲皮苷最大得率為98.6％，最大產率為3.23μM/min，酶的表觀活化能Ea為4.61 kJ/mol。與間歇式反應器相比，反應時間由10 h驟減至40min，速率提高了16.1倍。
　　基于新穎的“緩沖液-離子液體/溶劑”反應-分離耦合新體系，構建

3、了分段流多通道式微反應器內橙皮苷酶選擇性催化水解蘆丁合成異槲皮苷的新方法。采用單因素法獲得酶促合成異槲皮苷的最優(yōu)工藝條件：當流速4μL/min、底物濃度2 g/L、酶濃度1 g/L、溫度30℃時，異槲皮苷的得率高達100%。與間歇式反應器相比，反應時間由1 h縮短至20 min，速率提高了3倍。這是由于互不相溶的“緩沖液-[Bmim][BF4]/三乙酸甘油酯”兩相在微管道內形成塞流，引起傳質加劇。與單通道微反應器相比，應用多通道微反應器

4、的單位時間產量由0.076 g/min提高到0.439 g/min，提高了5.7倍。
　　基于轉酯化策略，構建了連續(xù)流微槽式反應器內脂肪酶催化咖啡酸烷基酯與苯乙醇合成咖啡酸苯乙酯的新方法。在常規(guī)間歇式反應器中，篩選出最佳底物和催化劑分別為咖啡酸甲酯和Novozym435；將其應用于微槽式反應器中，探索了酶促合成咖啡酸苯乙酯的工藝條件，進而采用響應曲面法優(yōu)化獲得最適條件：當酯醇摩爾比1:20、溫度60℃、流速2μL/min、保留時間

5、2.5 h、咖啡酸甲酯濃度3 mg/mL時，咖啡酸苯乙酯的得率高達93.21%。與傳統(tǒng)的間歇式反應器（24 h，66.4%）相比，反應時間縮短至原先的1/10，得率提高了26.8%。
　　利用密度泛函理論（DFT）和反應動力學模型對酶促合成咖啡酸苯乙酯的過程機制進行了初步探索。結果表明，咖啡酸甲酯相對于其他咖啡酸烷基酯而言，具有更長的鍵長和能量而成為最適的轉酯化合成底物；在連續(xù)流微槽式反應器內酶促轉酯化合成咖啡酸苯乙酯的反應動力學