专利名称：酶制剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及用作生物催化剂的新的酶制剂。
技术背景
微生物和分离的酶广泛用作化学工业或食品制造中的催化剂。例如A.Liese， K.Seelbach, C. Wandrey, Industrial Biotransformations, Wiley-VCH :2000, ffeinheim, Germany提供了综述。
为了保证经济使用这些生物催化剂，必需满足一些条件生物催化剂必需在反应条件下保持活性足够长时间，在反应结束之后应容易除去并且应尽可能多次重复使用。理想地，应当在非常广泛的反应条件(例如温度范围、所用溶剂类型、压力，等)下满足这些条件，以提供尽可能通用的催化剂。
为了满足这些条件，通常需要将所用酶或含有酶的微生物固定。
通常，酶或含酶微生物非共价地固定在载体上；所用载体经常是具有适当粒度分布的离子交换树脂或聚合物颗粒。其实例有市售产品得自Novozymes A/S，Bagsvaerd, Denmark 的 Novozym 435、Lipozym RM IM 或 Lipozym TL IM 或者得自 Amano, Japan 的 Amano PS0这些实例是具有广泛用途的固定脂肪酶，由于这些固定物在非水系统，即，仅包括有机溶剂(即使有的话)的系统，中也具有工业可利用的活性，例如J. Chem. Soc. ,Chem. Comm. 1989,934-935中所述。然而使用这种固定物的缺陷首先是根据所用反应系统发生的酶或含酶微生物的解吸附，例如在使用表面活性剂组分的情况下。在对比实施例1中显示与这种解吸附有关的活性损失。此外，这种制剂不具有足够的机械稳定性，结果，即使能使用，仅可以在接受大大受限制的重复使用性的情况下，在简单的搅拌反应器中使用。在对比实施例2中显示了这些制剂的机械不稳定。
为了能够重复使用这些酶制剂，需要使用其它反应器设计。例如，Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2003，105，601-607描述了使用固定床反应器进行脂肪酶-催化的酯化反应。 然而，该方法的缺陷是限于低粘度均勻反应混合物，这是由于高粘度混合物或悬浮体不能通过固定床运送。
K. Faber “ Biotransformations in Organic Chemistry “ , Springer :2000, Berlir^Germany在第384页描述了使用加入到海藻酸盐中的酶。然而，由此获得的制剂具有极其低的机械稳定性并且在非水系统中仅呈现低的活性。
此外，描述了固定酶与反应物质(例如戊二醛)的随后交联。然而，缺陷是与改性之前的活性相比，交联的制剂的比活经常大大降低。而且，该方法不能改善机械稳定性。
同样描述了在反应载体上共价固定酶。其缺陷是在酶表面需要有合适的官能团， 其可以与载体反应；此外，结果经常导致酶活损失。
J. Am. Chem. Soc. 1999，121，9487-9496描述了将酶加入到称之为溶胶-凝胶的硅氧烷基质中。溶胶-凝胶制剂的缺陷是粒度分布低，使通过过滤的有效去除复杂化、缺少机械稳定性、发生解吸附、使用有毒反应物(TE0S的毒性，例如参见Nippon Sanso Giho 1990， 9，68-72 和 Archives of Toxicologyl994,68, 277-283 ；TMOS 的毒性例如参见 Fundamental and Applied Toxicology 1989,13,285-295)；对于无毒溶胶-凝胶的生产，需要大量步骤， 例如贮藏超过6个月或者在350°C下热处理，如Polimery w Medycynie 2000,30,45-54 ψ 所述，并且其溶胀性能非常大地取决于所用溶剂并且不能通用于不同反应系统(含水和非水)。J.Sol Gel Sci. Technol. 2003，沈，1183-1187通过实例显示了观察到的酶活性的溶剂依赖性并因此不能满足广泛使用性的需要。
Landbauforschung Volkenrode5 2002, special edition 241，41-46 描述了其中酶首先固定在“细”聚硅氧烷颗粒上然后包封在溶胶-凝胶中的溶胶-凝胶制剂。因此部分解决了机械稳定性的问题，但是所述实验显示仅在所选溶剂中获得足够的活性；完全没有描述在无溶剂系统中的使用。此外，这些制剂不是以直接可用的形式获得，而是首先必需切成适当大小，这仅仅在工业规模可以实施。
J. Mol. Catal. B, 2005，35,93-99描述了通过将酶水溶液加入到称之为静态乳剂的机械稳定的聚硅氧烷球中的固定酶。所得制剂的比活尽管高达33U/g，但是与上述在惰性载体上的固定物相比还太低，其中可以容易地获得大于1000U/g的比活(U=单位或ymol/ min) ο
WO 03/106607A1同样描述了这种静态乳剂，但是专门描述了在含水系统中使用； 该应用是洗涤组合物，即不是生物催化，并且所得粒度为约10 μ m,对于从有机反应混合物中有效过滤掉来说太小。
因此一直需要一种酶固定方法，克服现有技术的缺陷，以实现迄今不能实现的生物催化过程。发明内容
因此，本发明的目的是提供没有现有技术制剂的一种或多种缺陷的酶制剂。具体地说，应提供酶制剂，它相对机械力和解吸附具有高的稳定性，同时优选在不同的含水和非水反应混合物中具有的比活足够高，以能够工业应用。基于它们的粒度分布，酶制剂应优选能够以简单方式从反应系统中除去并且重复使用。
从下面说明书的内容、实施例和权利要求，没有具体解释的其它目的将是显而易见的。
已出人意料地发现，通过将酶或含酶微生物固定在惰性载体上，然后用通过氢化硅烷化获得的聚硅氧烷涂层涂布获得的酶制剂能够实现上述目的。
本发明因此提供了酶制剂以及它们作为工业生物催化剂的用途，该酶制剂可以通过包括固定在惰性载体上的酶或含酶微生物的酶固定物并提供有通过氢化硅烷化获得的聚硅氧烷涂层获得。
本发明还提供了一种制备本发明酶制剂的方法，其特征在于对包括固定在惰性载体上的酶或含酶微生物的酶固定物提供通过氢化硅烷化获得的聚硅氧烷涂层。
本发明的酶制剂具有相对机械应力和解吸附的稳定性高的优点。除了这些改进的性能，本发明的酶制剂在各种含水反应混合物(例如在三丁酸甘油酯的水解中)和非水反6应混合物(例如在月桂酸丙酯的无溶剂合成中)中具有工业应用的足够高的比活，本发明的酶制剂也具有通过选择载体材料和其相关粒度分布来调整粒度，使得能够从反应系统中简单地除去酶制剂，并因此也可以重新使用该酶制剂的优点。
具体实施方式
下面通过实例描述本发明的酶制剂及其制备方法，然而本发明决不限于这些描述的实施方案。当下面描述范围、通式或化合物类时，它们不应仅包括明确提及的相应范围或基团，而是也包括通过选择单个值(范围)或化合物获得的所有子范围和次基团。当将文献引入本说明书时，它们的内容应完全加入到本发明的公开内容中。当可能具有多于一个的不同单元的化合物在本发明的内容中描述时，例如有机改性的聚硅氧烷，它们可以以随机分布(统计学低聚物)或规则(嵌段低聚物)存在于这些化合物中。至于在这些化合物中的单元的数目的信息应解释为平均值，所有适合化合物的平均。
本发明的酶制剂显著的是它们可以通过向固定在惰性载体上的包括酶或含酶微生物的酶固定物提供通过氢化硅烷化获得的聚硅氧烷涂层获得。
为了制得该酶固定物，可以使用整个细胞、静止细胞、纯化酶或含有相应酶的细胞提取物、或它们的混合物。优选使用水解酶，例如脂肪酶、酯酶或蛋白酶，例如得自皱褶假丝(Candida rugosa) > itIMi^SI# (Candida antarctica)Thermomyceslangosiosus、猪胰腺、米黑毛霉(Mucor miehei), Alcaligines sp.的脂肪酶、得自皱褶假丝酵母的胆固醇酯酶、得自猪肝的酯酶，更优选脂肪酶。因此，酶固定物优选包括得自水解酶类的酶，优选脂肪酶。
所用惰性载体可以是惰性有机或无机载体。所用或者存在于酶固定物中的惰性载体优选是具有其中至少90%的颗粒具有10-5000μπι，优选50μπι-2000μπι的粒度的粒度分布的那些微粒载体。所用有机载体尤其可以是那些包含聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯基苯乙烯、苯乙烯-二乙烯基苯共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、PTFE和/或其它聚合物或者由它们组成。根据待固定的酶，所用载体材料可以特别是酸性或碱性离子交换树脂，例如Duolite Α568、Duolite XAD 761、Duolite XAD 1180、 Duolite XAD 7ΗΡ、Amberlite IR 120、Amberlite IR 400、Amberlite CG 50、Amberlyst 15 (都是 Rohm and Haas 的产品)或 Lewatit CNP 105 和 Lewatit VP OC 1600 (Lanxess, Leverkusen, Germany的产品)。所用无机载体可以是现有技术已知的氧化的和/或陶瓷载体。特别是，所用无机载体例如可以是C盐、沸石、二氧化硅、可控多孔玻璃(CPG)或其它载体，如 L. Cao, “ Carrier-bound Immobilized Enzymes :Principles, Application and Design"，Wiley-VCH :2005,ffeinheim,Germany中所述。更优选，存在于酶固定物中的惰性载体或者用于制备酶固定物的惰性载体包括聚乙烯基苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酸
根据本发明，在颗粒上的固定可以共价或非共价地进行，优选非共价地进行。就非共价固定而言，载体例如可以用酶水溶液(可以任选含有其它组分，例如无机盐或去污剂) 培养或浸渍。该培养/浸渍例如可以在0°C-50°C，优选0°C-40°C的温度下进行。优选培养/浸渍进行几分钟到几小时。该培养过程可以随后通过蛋白质测定的常规方法测定溶液中的酶浓度。达到所需固定度之后，载体可以优选用水洗涤，并且如果需要的话，进行干燥。
其中
N = a+b+c+d+2 = 3-850，优选 6-160，
a = 1-800，优选 2-150，
b = 0-400，优选 2-75，
c = 0-10，优选 0，
d = 0-10，优选 0，
R1各自相同或不同，并且选自以下的组饱和或不饱和的、任选枝化的具有1-30 个碳原子的烷基、具有7-30个碳原子的烷芳基和具有6-30个碳原子的芳基，优选具有1-4 个碳原子的烷基或苯基，特别是甲基；
R2a各自是氢或R1;
R2b各自是氢或R1;
R3各自是相同或不同的通式Ia的基团
以这种方式获得的酶固定物然后可以提供有本发明的聚硅氧烷涂层。
然而，根据本发明，也可以使用可商购获得的酶固定物，例如得自Novozymes A/S， Bagsvaerd, Denmark 白勺 Novozym 435、Lipozym RM IM 或 Lipozym TL IM，或者得自 Amano, Japan StJ Amano PS。
根据本发明，聚硅氧烷涂层是通过氢化硅烷化获得的。为此，优选Si-H-官能的聚娃氧烷在有催化剂，优选过渡金属催化剂的情况下，与具有至少一个末端碳-碳双键，优选至少两个碳-碳双键的有机改性的聚硅氧烷反应。
所用Si-H-官能的聚硅氧烷优选是通式I的SiH聚硅氧烷
权利要求
1.酶制剂，通过包括固定在惰性载体上的酶或含酶微生物的酶固定物获得，所述酶固定物提供有通过氢化硅烷化获得的聚硅氧烷涂层。
2.权利要求1的酶制剂，特征在于所述酶是得自水解酶类的酶，优选脂肪酶类。
3.权利要求1和2任一项的酶制剂，特征在于所述惰性载体具有其中90%的颗粒的粒度为10-5000 μ m的粒度分布。
4.权利要求1-3任一项的酶制剂，特征在于所用的惰性载体包括聚乙烯基苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酸酯。
5.权利要求1-4任一项的酶制剂，特征在于所述聚硅氧烷涂层是通过用含末端碳-碳双键的聚硅氧烷氢化硅烷化SiH-官能的聚硅氧烷获得的。
6.权利要求5的酶制剂，特征在于所用SiH组分是通式I的聚硅氧烷
7.权利要求6的酶制剂，特征在于所用SiH组分是通式I的聚硅氧烷
8.权利要求5-7中至少一项的酶制剂，特征在于所用含末端碳-碳双键的聚硅氧烷是通式II的聚硅氧烷N = m+n+o+p+2 = 3-1000, m = 1-800， η = 0-20， ο = 0-10， ρ = 0-10，R4各自相同或不同的且选自以下基团饱和或不饱和的、任选枝化的具有1-30个碳原子的烷基、具有7-30个碳原子的烷芳基和具有6-30个碳原子的芳基； R5各自是末端不饱和的烷基或烷氧基或R4 ； &各自是相同或不同的通式IIa的基团
9.权利要求5-8中至少一项的酶制剂，特征在于所用含末端碳-碳双键的聚硅氧烷是通式II的聚硅氧烷
10.权利要求1-7任一项的酶制剂的制备方法，特征在于对包括固定在惰性载体上的酶或含酶微生物的酶固定物提供通过氢化硅烷化获得的聚硅氧烷涂层。
11.权利要求10的方法，特征在于通过将所述酶固定物与含SiH-官能的聚硅氧烷、含末端碳-碳双键的聚硅氧烷和在氢化硅烷化条件下催化氢化硅烷化的催化剂的反应混合物接触，向所述酶固定物提供聚硅氧烷涂层。
12.权利要求1-9任一项的酶制剂作为工业生物催化剂的用途。
全文摘要
本发明涉及酶制剂，其可以通过固定在惰性载体上的酶或含酶微生物的酶固定物获得，所述酶固定物提供有通过氢化硅烷化获得的聚硅氧烷涂层，本发明还涉及这种酶制剂的制备方法和酶制剂作为工业生物催化剂的用途。
文档编号C12N11/08GK102517273SQ201110404869
公开日2012年6月27日 申请日期2008年7月4日 优先权日2007年7月6日
发明者A·布特, L·维曼, M·安佐格-舒马赫, O·图姆 申请人:赢创戈尔德施米特有限公司