一種用于兩相發(fā)酵體系的分散劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于兩相發(fā)酵技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是關(guān)于一種用于兩相發(fā)酵體系的分散 劑。
【背景技術(shù)】
[0002] 兩相發(fā)酵體系的發(fā)展最初是由酶催化反應(yīng)中遇到的一系列問題而得到啟發(fā)的。一 般認(rèn)為酶只有在水溶液中才有活性，酶催化反應(yīng)通常都在水溶液中進(jìn)行，但是19世紀(jì)末， 隨著生物催化工業(yè)的發(fā)展，在酶催化過程中，發(fā)現(xiàn)有一些重要的化合物是水不穩(wěn)定或水不 溶解的，只有在有機(jī)溶劑中進(jìn)行，才能增加其溶解度而加快反應(yīng)速率甚至降低其水解。因 此，有學(xué)者提出利用兩相系統(tǒng)來解決這一問題，并取得了成功，為后續(xù)的兩相體系在微生物 發(fā)酵中的使用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0003] 兩相發(fā)酵體系又稱兩相分配生物反應(yīng)器，是指在有機(jī)溶劑和水組成的兩相系統(tǒng) 中，生物催化反應(yīng)在水溶液相或兩相界面進(jìn)行，而有機(jī)溶劑作為輔助相。輔助相的作用在于 充當(dāng)?shù)孜锏膬?chǔ)存庫(kù)，增加了底物的溶解度，通過緩控釋作用排除了底物對(duì)生物催化劑的抑 制作用，同時(shí)，輔助相充當(dāng)產(chǎn)物的萃取劑，解除了產(chǎn)物對(duì)生物催化劑的抑制，避免產(chǎn)物被生 物催化劑進(jìn)一步降解。
[0004] 兩相發(fā)酵系統(tǒng)通過采用有機(jī)溶劑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，同時(shí)合適的有機(jī)溶液也有利于對(duì)發(fā)酵菌體活力的保持。但底物與有機(jī)溶 劑都為疏水性物質(zhì)，在水相環(huán)境中很容易因?yàn)槭杷远鴮?dǎo)致團(tuán)聚。底物與有機(jī)相混合體發(fā) 生團(tuán)聚，一方面底物被包裹起來，減少了與水相的接觸面積，給發(fā)酵轉(zhuǎn)化帶來困難，使得轉(zhuǎn) 化效率低，投料量增加有限，另一方面團(tuán)聚問題會(huì)給發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來問題，加大設(shè) 備攪拌難度，增加了設(shè)備的折舊程度，從而極大的限制了底物投料量和發(fā)酵效率。
[0005] 兩相發(fā)酵體系應(yīng)用最成熟的產(chǎn)業(yè)莫過于留體類物質(zhì)的微生物發(fā)酵合成，由于甾體 類物質(zhì)對(duì)機(jī)體起著非常重要的調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)成為臨床上不可缺少的藥物。到目前為止， 已獲得批準(zhǔn)使用的留體類大約有300多種，而且這個(gè)數(shù)字還在增長(zhǎng)，它已經(jīng)成為世界上僅 次于抗生素的第二大類藥物，有著十分巨大的市場(chǎng)需求量。目前，兩相發(fā)酵法制備留體類物 質(zhì)仍受到一定因素的制約，使其產(chǎn)率及產(chǎn)量都不是很理想，主要是制約因素還是底物在有 機(jī)相中的團(tuán)聚，致使底物投料量及轉(zhuǎn)化率很難提升。
[0006] 因此開發(fā)一種適用于兩相發(fā)酵體系的分散劑，對(duì)現(xiàn)有發(fā)酵體系是具有重要意義 的。常規(guī)的分散劑都有一定的專一性，大多適用于特定的相關(guān)體系，如涂料、染料等完全有 機(jī)的單一體系，目前還沒有用于兩相發(fā)酵體系的分散劑的相關(guān)報(bào)道，同時(shí)由于兩相發(fā)酵體 系是通過微生物的催發(fā)反應(yīng)作用，對(duì)外界環(huán)境的變化相對(duì)敏感，加入的分散劑不能對(duì)微生 物或發(fā)酵體系產(chǎn)生毒性或抑制作用，更進(jìn)一步限制了兩相發(fā)酵體系用分散劑的開發(fā)。
[0007] 另外，微生物催化的過程是可逆的，過大的產(chǎn)物濃度對(duì)轉(zhuǎn)化酶有反饋抑制作用。 底物的微生物轉(zhuǎn)化需要在相關(guān)的胞內(nèi)酶的催化下進(jìn)行，這就決定了只有擴(kuò)散進(jìn)細(xì)胞的底物 才能與酶接觸并進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，而底物進(jìn)出細(xì)胞的難易度取決于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)狀況和細(xì)胞膜 的通透性等。
[0008] 在生物催化工業(yè)發(fā)展越來越快的今天，兩相發(fā)酵體系在微生物發(fā)酵過程中將越來 越受到關(guān)注和重視。因此，有必要研發(fā)一種用于兩相發(fā)酵體系的分散劑，以解決現(xiàn)有兩相發(fā) 酵體系的底物與有機(jī)相易團(tuán)聚的問題，提高底物與有機(jī)相在水相環(huán)境下的分散性，從而改 善現(xiàn)有兩相發(fā)酵體系的投料量增加有限、轉(zhuǎn)化效率與收率不高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明通過對(duì)反應(yīng)過程原理的深入研究，將糖苷酯類及其衍生物、長(zhǎng)鏈羧酸酯類 與非離子表面活性劑及潤(rùn)濕劑等有效成分的復(fù)合使用，并對(duì)上述相關(guān)組分的使用比例及加 入方式進(jìn)行了科學(xué)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用本案的方法獲得的分散劑，不僅可以有效的改 善底物有機(jī)混合體，而且還可以降低產(chǎn)物的抑制作用，對(duì)提高微生物菌體細(xì)胞通透性起到 了良好的輔助效果，很好的解決了現(xiàn)有兩相發(fā)酵體系存在的諸多不足，對(duì)于兩相發(fā)酵體系 的進(jìn)一步拓展應(yīng)用具有積極意義。
[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種用于兩相發(fā)酵體系的分散劑，以解決現(xiàn)有兩相發(fā)酵體 系底物與有機(jī)相發(fā)酵過程中易團(tuán)聚，轉(zhuǎn)化效率與產(chǎn)率不高的問題，通過添加分散劑來實(shí)現(xiàn) 底物與有機(jī)物的分散穩(wěn)定性，有效提高轉(zhuǎn)化效率與產(chǎn)率。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0012] 用于兩相發(fā)酵體系的分散劑，包括如下重量百分比的組分：
[0013]
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，所述糖苷酯類的結(jié)構(gòu)通式為：(RC00)nC6H60(0H)4n，其中R為C1(] 18脂 肪族或芳香族烷基，η為糖苷羥基的酯化數(shù)，η為1、2或3。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，所述長(zhǎng)鏈羧酸酯類的結(jié)構(gòu)通式為Ri-COO-私，其中^為匕16脂肪族或 芳香族烷基，私為Cis的脂肪族烷基或芳香族烷基。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，所述非離子表面活性劑為聚氧乙烯醚或多元醇類，結(jié)構(gòu)為直鏈結(jié)構(gòu) 型。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明，所述潤(rùn)濕劑為多元醇，為Q5短鏈多元醇，羥基數(shù)為2個(gè)或3個(gè)。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，所述螯合劑為氨基酸類或多胺類。
[0019] 優(yōu)選的，所述螯合劑為m)TA系。
[0020] 本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種上述所述的用于兩相發(fā)酵體系的分散劑的制 備方法，包括以下步驟：
[0021] A、將糖苷酯類及其衍生物、長(zhǎng)鏈羧酸酯類、非離子表面活性劑、潤(rùn)濕劑在高速剪切 機(jī)中高速剪切混合均勻，控制顆粒粒徑在200nm-500nm。
[0022]B、將螯合劑常溫溶于水中，攪拌溶解均勻；
[0023] C、將B步驟的溶液加入A步驟中的微乳液中，采用高速攪拌機(jī)，攪拌30-40min，攪 拌速度控制在500-600r/min，同時(shí)升溫至45-55°C，均勻后采用低速繼續(xù)攪拌30min，攪拌 速度100-150r/min，溫度保持為45-55°C。
[0024]D、將C步驟溶液冷卻，過325目網(wǎng)篩，即得本發(fā)明的微乳液分散劑。
[0025] 本發(fā)明的用于兩相發(fā)酵體系的分散劑，其有益效果是：其實(shí)用性強(qiáng)，在兩相發(fā)酵體 系中使用，可增加底物的投料量，提高底物的轉(zhuǎn)化率，具體體現(xiàn)在：
[0026] 1、分散劑的加入，可將底物有機(jī)體分散為均質(zhì)小顆粒，均勻懸浮于水相表面，有效 解決了底物與有機(jī)相易發(fā)生團(tuán)聚的難題，進(jìn)一步提高了底物的投料量；
[0027] 2、通過表面活性劑與潤(rùn)濕劑的作用，很好的改善了兩相的接觸界面，降低接觸角， 更好的使底物與水相相接觸，增加底物與微生物菌體的接觸面積，提高了轉(zhuǎn)化效率；
[0028] 3、通過酯類分散劑與非離子表面活性劑的聯(lián)合使用，建立快捷傳質(zhì)通道，底物/ 產(chǎn)物的進(jìn)出都在傳質(zhì)通道內(nèi)進(jìn)行，有效提高了轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)轉(zhuǎn)化產(chǎn)物通過通道進(jìn)入有機(jī) 體，避免了產(chǎn)物在水相中的聚集作用，降低了其對(duì)菌體的抑制作用，更進(jìn)一步保證了菌體活 性及其對(duì)底物的轉(zhuǎn)化效果；
[0029] 4、本發(fā)明的