生物酶法合成具有氨基酸编码特性的全色系仿生颜料的方法

本发明涉及生物，具体涉及生物酶法合成具有氨基酸编码特性的全色系仿生颜料的方法。

背景技术：

1、色素分子在自然界中广泛存在，通过其宏观色彩和微观结构在整个生命活动中体现着不同的美学价值和保护作用。其中，色素分子吸收特定光产生的丰富多彩的颜色是一类重要的感官指标。与人工合成的化学色素相比，天然色素具有色泽鲜艳的固有属性，兼具应用安全性与潜在的高营养价值和药理功能，因此其受到人们广泛喜爱。然而，天然色素的复杂成分和易变结构带来了提取成本高、稳定性差、易褪色变色的缺点，导致其在食品行业、化妆品行业等领域应用受限。开发研制来源于天然色素的高稳定性新型色素分子，以代替天然和人工合成色素已经成为食品、化妆品行业的发展趋势。

2、黑色素是一类通过氨基酸和多酚前体的多步骤氧化聚合产生的生物色素，作为多功能聚合物，其复杂的分子内共价和非共价相互作用产生了特殊的结构特性，使其在粘合剂、光子、电子和防辐射材料和涂料等领域具有广泛的应用前景。研究证实，其酶促氧化过程依赖于特定氨基酸的模板化预组织和聚合，其中底物的化学结构决定了色素产物的性质。在正常过程中，酪氨酸氧化产生棕黑色的真黑色素，而如果在氧化过程中掺杂半胱氨酸分子，则会产生5-s-半胱氨酸多巴胺(5-s-cysteinyldopamine)，并进一步导致红色聚合物褐黑素(pheomelanin)的形成，这两种黑色素均具有荧光发射及宽带吸收特性。先前uijin等人的研究也已证明，含有酪氨酸的短肽经过酶促氧化能够形成具有特定结构和光学性质的聚合物色素肽序列。而在氧化中的含酪氨酸三肽中进一步氧化掺入氨基酸分子可以通过形成新的发色团来改变其光学特性。现有黑色素材料相对颜色单一，溶解度低和且结构复杂，目前使用它们的前体直接氧化聚合形成特定色素材料仍然是一项重大挑战。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供生物酶法合成具有氨基酸编码特性的全色系仿生颜料的方法，本发明提供的生物酶法合成具有氨基酸编码特性的全色系仿生颜料的方法中，原料氨基酸分子的成本和应用门槛低，工艺流程简单，产物色彩丰富且易于规模化。

2、本发明提供了全色系仿生颜料的制备方法，包括取酪氨酸衍生物经催化剂催化后，进一步与氨基酸反应获得仿生色素，其中，

3、所述催化剂包括氧化催化剂或酶催化剂；

4、所述氨基酸包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸和组氨酸中的至少一种。

5、在一些实施例中，所述酪氨酸衍生物包括n-端保护的酪氨酸和/或含酪氨酸的二肽；

6、所述酶催化剂包括多酚氧化酶。

7、在一些具体实施例中，所述n-端保护的酪氨酸包括n-叔丁氧羰基-l-酪氨酸、苄氧基羰基-l-酪氨酸、n-乙酰-l-酪氨酸和n-叔丁氧羰基-l-酪氨酸甲酯中的至少一种，所述含酪氨酸的二肽包括l-甘氨酰-l-酪氨酸、l-丙氨酰-l-酪氨酸、l-缬氨酰-l-酪氨酸和l-缬氨酰-l-酪氨酸中的至少一种；

8、所述氧化催化剂包括过氧化氢、过氧化钠、过氧化钾、高锰酸和高铁酸中的至少一种，所述多酚氧化酶包括酪氨酸酶、漆酶和儿茶酚氧化酶中的至少一种。实验表明，多种多酚氧化酶在全色系仿生颜料的均可实现优异的催化效果。

9、在一些实施例中，所述游离氨基酸为l-型氨基酸或d-型氨基酸，本发明对此不做进一步限定。

10、在一些实施例中，所述酪氨酸衍生物的浓度为20～40mm，所述多酚氧化酶的工作浓度为5～20u/ml，所述催化的反应时间为1～4h。

11、在上述浓度范围及反应时间内，本发明提供的制备方法获得的仿生色素稳定性高、生物相容性好，且均具有优异的染色功效，从而获得更准确的技术效果。

12、在一些具体实施例中，所述酪氨酸衍生物的浓度为30mm，所述多酚氧化酶的工作浓度为10u/ml，所述催化的反应时间为2h。

13、实验表明，在上述浓度及反应时间内，本发明提供的制备方法获得的仿生色素稳定性最高、生物相容性最好，且均具有最优异的染色功效，从而获得更准确的技术效果。

14、在一些实施例中，所述氨基酸的溶液浓度为20～100mm，所述氨基酸的溶液与所述催化后的溶液的体积比为1:1，所述反应的时间为0～72h，ph为5.5～8.0，温度为20～40℃。

15、在上述实验条件范围内，本发明提供的制备方法获得的仿生色素稳定性高、生物相容性好，且均具有优异的染色功效，从而获得更准确的技术效果。

16、在另外一些实施例中，所述反应的时间为24～72h，ph为6.0～8.0，温度为25～37℃

17、在一些具体实施例中，所述反应的时间为48h，ph为8.0，温度为25℃。

18、实验表明，碱性的溶液条件更有利于色素的氧化聚合，而弱酸性会抑制色素的氧化聚合过程，这与典型的聚多巴胺的平衡移动机理类似，即弱碱性条件可消耗氧化聚合过程中产生的氢离子，从而使平衡向着氧化聚合的方向移动，因此在上述制备条件下，本发明提供的制备方法获得的仿生色素稳定性最高、生物相容性最好，且均具有最优异的染色功效，从而获得更准确的技术效果。

19、在一些实施例中，所述酪氨酸衍生物为n-叔丁氧羰基-l-酪氨酸时，其中：

20、所述氨基酸为苯丙氨酸，所述仿生色素的紫外吸收波长在500～520nm；

21、所述氨基酸为组氨酸、脯氨酸或色氨酸，所述仿生色素的紫外吸收波长在380～430nm；

22、所述氨基酸为酪氨酸、缬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸或精氨酸，所述仿生色素的紫外吸收波长在580～630nm。

23、在另外一些实施例中，，所述酪氨酸衍生物为苄氧基羰基-l-酪氨酸，其中：

24、所述氨基酸为苯丙氨酸，所述仿生色素的紫外吸收波长在500～520nm；

25、所述氨基酸为组氨酸、脯氨酸或色氨酸，所述仿生色素的紫外吸收波长在400～450nm；

26、所述氨基酸为酪氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、丝氨酸、半胱氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸或精氨酸，所述仿生色素的紫外吸收波长在580～650nm。

27、本发明提供了所述制备方法制得的全色系仿生颜料。

28、本发明提供了所述制备方法制得的全色系仿生颜料在制备显色材料、抗氧化的产品、化妆品和/或生物医药中的应用中的应用。

29、本发明提供了显色材料、抗氧化的产品、化妆品和/或生物医药，包括所述制备方法制得的全色系仿生颜料以及可接受的辅料和/或助剂。

30、本发明提供了采用天然氨基酸来控制简单酪氨酸衍生物的酶促氧化，制备一系列具有氨基酸编码的物理化学性质的多彩聚合色素材料的制备方法。该制备方法中原料氨基酸分子的成本和应用门槛低，工艺流程简单、色彩丰富且易于规模化。本发明制备的色素对多种基质都表现出优秀的染色能力，同时具有优异的生物相容性和稳定性，拓展了其在多领域进一步应用的可能性。与现有技术相比，本发明的优点具体包括：

31、(1)在酪氨酸衍生物的酶促氧化过程中引入多种氨基酸，可以发生共氧化，干预反应产物的形成，并通过调节相互作用(如芳香堆积和氢键)来改变其光学性质。氨基酸原料的可变侧链可以可控地改变所得颜料的化学结构和光学性质，从而使它们呈现出全范围的宏观颜色变化，相比现有色素其颜色更丰富；

32、(2)仿生颜料在溶剂中表现出优异的分散性、生物相容性、温度和ph稳定性，在不同基材中具有良好的分散性和着色能力，并具有颜色鲜艳、着色力强、稳定性和经济实惠等优点；

33、(3)实验结果表明，该仿生色素制备工艺简单，原料氨基酸分子的成本和应用门槛低，工艺流程简单且易于规模化。这一颜料制备工艺在显色材料、抗氧化的产品、化妆品、生物医学中具有潜在的应用前景。