一种用于两相发酵体系的分散剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于两相发酵技术领域，具体地说，是关于一种用于两相发酵体系的分散 剂。
【背景技术】
[0002] 两相发酵体系的发展最初是由酶催化反应中遇到的一系列问题而得到启发的。一 般认为酶只有在水溶液中才有活性，酶催化反应通常都在水溶液中进行，但是19世纪末， 随着生物催化工业的发展，在酶催化过程中，发现有一些重要的化合物是水不稳定或水不 溶解的，只有在有机溶剂中进行，才能增加其溶解度而加快反应速率甚至降低其水解。因 此，有学者提出利用两相系统来解决这一问题，并取得了成功，为后续的两相体系在微生物 发酵中的使用打下了坚实的基础。
[0003] 两相发酵体系又称两相分配生物反应器，是指在有机溶剂和水组成的两相系统 中，生物催化反应在水溶液相或两相界面进行，而有机溶剂作为辅助相。辅助相的作用在于 充当底物的储存库，增加了底物的溶解度，通过缓控释作用排除了底物对生物催化剂的抑 制作用，同时，辅助相充当产物的萃取剂，解除了产物对生物催化剂的抑制，避免产物被生 物催化剂进一步降解。
[0004] 两相发酵系统通过采用有机溶剂溶解底物的方式有效提高了底物的溶解度，增加 了底物的投入量，同时合适的有机溶液也有利于对发酵菌体活力的保持。但底物与有机溶 剂都为疏水性物质，在水相环境中很容易因为疏水性而导致团聚。底物与有机相混合体发 生团聚，一方面底物被包裹起来，减少了与水相的接触面积，给发酵转化带来困难，使得转 化效率低，投料量增加有限，另一方面团聚问题会给发酵生产设备的运转带来问题，加大设 备搅拌难度，增加了设备的折旧程度，从而极大的限制了底物投料量和发酵效率。
[0005] 两相发酵体系应用最成熟的产业莫过于留体类物质的微生物发酵合成，由于甾体 类物质对机体起着非常重要的调节作用，已经成为临床上不可缺少的药物。到目前为止， 已获得批准使用的留体类大约有300多种，而且这个数字还在增长，它已经成为世界上仅 次于抗生素的第二大类药物，有着十分巨大的市场需求量。目前，两相发酵法制备留体类物 质仍受到一定因素的制约，使其产率及产量都不是很理想，主要是制约因素还是底物在有 机相中的团聚，致使底物投料量及转化率很难提升。
[0006] 因此开发一种适用于两相发酵体系的分散剂，对现有发酵体系是具有重要意义 的。常规的分散剂都有一定的专一性，大多适用于特定的相关体系，如涂料、染料等完全有 机的单一体系，目前还没有用于两相发酵体系的分散剂的相关报道，同时由于两相发酵体 系是通过微生物的催发反应作用，对外界环境的变化相对敏感，加入的分散剂不能对微生 物或发酵体系产生毒性或抑制作用，更进一步限制了两相发酵体系用分散剂的开发。
[0007] 另外，微生物催化的过程是可逆的，过大的产物浓度对转化酶有反馈抑制作用。 底物的微生物转化需要在相关的胞内酶的催化下进行，这就决定了只有扩散进细胞的底物 才能与酶接触并进行有效转化，而底物进出细胞的难易度取决于细胞壁结构状况和细胞膜 的通透性等。
[0008] 在生物催化工业发展越来越快的今天，两相发酵体系在微生物发酵过程中将越来 越受到关注和重视。因此，有必要研发一种用于两相发酵体系的分散剂，以解决现有两相发 酵体系的底物与有机相易团聚的问题，提高底物与有机相在水相环境下的分散性，从而改 善现有两相发酵体系的投料量增加有限、转化效率与收率不高的问题。
【发明内容】
[0009] 本发明通过对反应过程原理的深入研究，将糖苷酯类及其衍生物、长链羧酸酯类 与非离子表面活性剂及润湿剂等有效成分的复合使用，并对上述相关组分的使用比例及加 入方式进行了科学优化实验，结果发现，采用本案的方法获得的分散剂，不仅可以有效的改 善底物有机混合体，而且还可以降低产物的抑制作用，对提高微生物菌体细胞通透性起到 了良好的辅助效果，很好的解决了现有两相发酵体系存在的诸多不足，对于两相发酵体系 的进一步拓展应用具有积极意义。
[0010] 本发明的目的在于提供一种用于两相发酵体系的分散剂，以解决现有两相发酵体 系底物与有机相发酵过程中易团聚，转化效率与产率不高的问题，通过添加分散剂来实现 底物与有机物的分散稳定性，有效提高转化效率与产率。
[0011] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0012] 用于两相发酵体系的分散剂，包括如下重量百分比的组分：
[0013]
[0014] 根据本发明，所述糖苷酯类的结构通式为：(RC00)nC6H60(0H)4n，其中R为C1(] 18脂 肪族或芳香族烷基，η为糖苷羟基的酯化数，η为1、2或3。
[0015] 根据本发明，所述长链羧酸酯类的结构通式为Ri-COO-私，其中^为匕16脂肪族或 芳香族烷基，私为Cis的脂肪族烷基或芳香族烷基。
[0016] 根据本发明，所述非离子表面活性剂为聚氧乙烯醚或多元醇类，结构为直链结构 型。
[0017] 根据本发明，所述润湿剂为多元醇，为Q5短链多元醇，羟基数为2个或3个。
[0018] 根据本发明，所述螯合剂为氨基酸类或多胺类。
[0019] 优选的，所述螯合剂为m)TA系。
[0020] 本发明的第二个目的在于提供一种上述所述的用于两相发酵体系的分散剂的制 备方法，包括以下步骤：
[0021] A、将糖苷酯类及其衍生物、长链羧酸酯类、非离子表面活性剂、润湿剂在高速剪切 机中高速剪切混合均匀，控制颗粒粒径在200nm-500nm。
[0022]B、将螯合剂常温溶于水中，搅拌溶解均匀；
[0023] C、将B步骤的溶液加入A步骤中的微乳液中，采用高速搅拌机，搅拌30-40min，搅 拌速度控制在500-600r/min，同时升温至45-55°C，均匀后采用低速继续搅拌30min，搅拌 速度100-150r/min，温度保持为45-55°C。
[0024]D、将C步骤溶液冷却，过325目网筛，即得本发明的微乳液分散剂。
[0025] 本发明的用于两相发酵体系的分散剂，其有益效果是：其实用性强，在两相发酵体 系中使用，可增加底物的投料量，提高底物的转化率，具体体现在：
[0026] 1、分散剂的加入，可将底物有机体分散为均质小颗粒，均匀悬浮于水相表面，有效 解决了底物与有机相易发生团聚的难题，进一步提高了底物的投料量；
[0027] 2、通过表面活性剂与润湿剂的作用，很好的改善了两相的接触界面，降低接触角， 更好的使底物与水相相接触，增加底物与微生物菌体的接触面积，提高了转化效率；
[0028] 3、通过酯类分散剂与非离子表面活性剂的联合使用，建立快捷传质通道，底物/ 产物的进出都在传质通道内进行，有效提高了转化效率，同时转化产物通过通道进入有机 体，避免了产物在水相中的聚集作用，降低了其对菌体的抑制作用，更进一步保证了菌体活 性及其对底物的转化效果；
[0029] 4、本发明的