本发明专利技术属非水相酶促有机合成应用生物技术领域，具体涉及一种共沸除水耦合模拟移动床的酯类酶法生产工艺。本工艺适用于生物催化剂（如Ｎｏｖｏｚｙｍ ４３５）催化下的各种酯键的合成。它提供了一种普遍适用的酯类酶法合成新工艺，可在不影响生物催化剂的催化活性的前提下，通过减压共沸连续除水，使反应平衡向酯的合成的方向移动，从而能够大大提高酶促有机合成的转化率，确保反应趋于完成，彻底解决非水相酶促有机合成中的连续除水问题；通过酶促反应体系与模拟移动床色谱分离体系的耦合，确保反应产物与过剩反应原料的彻底分离，并解决过剩反应原料的循环会用问题，可使原料的转化率、产品的收率以及产品纯度均提高到接近１００％的水平，使生产成本大幅度降低，实现酯类化工产品生产的废水废渣零排放，在医药、食品、材料和精细化工等领域具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非水相酶促有机合成应用生物
，具体地讲是属于一种共沸除水耦合模拟移动床的 酯类酶法生产工艺。
技术介绍
关于酯类的合成，有化学合成和生物催化合成两类方法。其中的化学合成工艺己经非常成熟，目前仍 被大量用于酯类有机物的工业化生产。但化学合成工艺存在着某些致命的缺陷。该工艺常常需要采用浓硫 酸或对甲氧基苯磺酸之类的液体强酸做催化剂，且反应温度很高，通常不可避免地伴有副反应，对原料的 转化率和产物的产率影响很大，分离提纯工艺复杂，对环境也有极为严重的污染。与化学合成工艺相比，酯类的生物催化合成工艺具有非常大的优越性，可以避免使用液体强酸，使反 应在温和的条件下进行，消除对环境的污染，实现绿色化工、环境友好生产。同时，由于几乎无副反应发 生，因而分离提取工艺可大为简化，原料的转化率和产品的纯度都可以人幅度提高。但是，酸和醇结合生 成酯和水的反应是一个可逆反应，必须在反应过程中连续不断地脱除生成的水，才能使平衡不断地向酯的 合成的方向移动，使反应趋于完全，达到理想的转化率。酯类的生物催化合成工艺迄今没有得到大规模的 丄业化应用，连续脱水的问题没有得到妥善解决是关键闪素之一。为了及时的连续不断的脱除反应生成的水，已经采取了分子筛吸附、膜分离吸水、负压共沸等技术措 施，但所有这些技术措施都存在这样或那样的缺陷。分子筛吸附法方便易行，效果明显，在实验室研究中 常常采用，但由于吸附饱和后的分子筛的再生需要专用的设备和工艺，投资成本很高，因而无法在大规模 的工业生产中应用。膜分离吸水法理论上可行，但由于存在膜的杜塞、老化及使用寿命等方面问题，闲而 实现起来尚有困难。采用叔戊醇、叔丁醇等即能与酶相容，保证酶的催化活性，又可与生成的水形成共沸 混合物的有机溶剂做反应媒介兼带水剂，以负压共沸蒸馏的方式将水带走，是一个不错的选择，但遗憾的 是，所形成的共沸混合物冷凝后不分层，因而无法实现水的连续分离和溶剂的连续循环回用，蒸出的含水 溶剂必须经过专门的干燥处理才能回用。含水溶剂的干燥处理成本火大限制了此项技术的应用。酯类生物催化合成工艺走向大规模工业化应用必须解决的另一大关键技术是产品的分离纯化技术。为 了提高原料，尤其是价格比较昂贵的原料的转化率，往往需要让另一种反应原料过量，因而在反应终了时 得到的往往是一个由反应产物和过量的那个反应原料所组成的混合物。从该混合物中将产品分离出来，得 到纯度达到95%以上的产品，效率极低且需要花费相当高昂的代价。
技术实现思路
本专利涉及一种环境友好的，以共沸除水型生物催化耦合模拟移动床色谱分离的方式进行的，相对廉 价的，高产率的，普遍适用的酯类酶法合成新工艺。更为独特的是，它涉及一种经过改进的工艺，这种工 艺以环己垸、叔戊醇、叔丁醇、二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能够在反应条件下跟水共沸，或跟溶 剂和水共沸，冷凝成液体后跟水分层，形成互不相溶的两相，且不会导致生物催化剂失活的有机溶剂为带 水剂兼模拟移动床色谱分离系统的洗脱剂，既通过从反应混合物中不断的去除反应生成的水，使平衡反应 向酯的合成的方向移动，使反应趋于完成，又通过模拟移动床连续色谱分离，使反应产物与过量的反应原 料连续的加以分离，为解决非水相酶促有机合成中的连续除水问题和产品的分离纯化问题提供了一举两得 的简便易行的解决方案。按照本专利进行操作，与此前的传统方法相比，能够以经济可行的方法连续除水， 连续分离纯化，彻底清除酯类的生物催化合成工艺的大规模工业化应用的障碍，实现酯类生产的环境友好 化，并显著改善产率及产品的纯度。以上这些改进对于化T.生产的绿色、可持续与环境友好化而言是至关 重要的。具体来说，首先，我们发现，叔戊醇、叔.r醇等溶剂中所含有的水分可以通过在酶促反应温度(30 60。C) 下进行的减压共沸蒸馏被环己烷、二氯乙烷等带水剂带走，混合蒸气在冷凝后0动分层，形成带水剂相和水相。而向叔戊醇或叔丁醇等溶剂中添加少量，最好是不高于35%，的环己烷、二氯乙烷等带水剂，不影 响脂肪酶Novozym435、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶、猪肝弹性蛋白酶等生物催化剂在这些溶剂中的催化活性。 由此奠定了通过共沸蒸馏连续脱除所生成的水的酯类酶法合成工艺的基础。其次，我们发现，由叔戊醇或叔丁醇等溶剂和环己烷、二氯乙垸等带水剂所组成的混合溶剂，跟适当 的吸附剂配合组成模拟移动床色谱分离系统，可以有效地将反应混合物中的酯类产物跟酸类或醇类反应原 料彻底分离，得到纯度极高的反应产物，同时可以将过剩的反应原料，不经任何处理，直接循环冋用。由 此奠定了共沸除水型生物催化耦合模拟移动床色谱分离酯类合成生产工艺的基础。我们发现，该工艺对于酯类物质的合成具有普遍适用性，适用的酸类可以是碳链长度在C2 C26之间的脂肪酸，饱和的或不饱和的，直链的或支链的，也可以是芳香酸、氨基酸、羟基酸，或其他任何有机酸。 适用的醇类可以是碳链长度在C2《32之间的醇，饱和的或不饱和的，直链的或支链的， 一元醇或多元醇， 也可以是糖类、糖醇类、酚类、抗坏血酸、异抗坏血酸、莽草酸、甾醇、麻黄碱、紫杉醇的前体、乳酸、 丝氨酸、聚醚、聚乙二醇或其他任何含有羟基的有机物。适用的生物催化剂可以是脂肪酶、酯酶、蛋白酶 或其他任何对酯键的形成具有催化活性的生物催化剂中的一种或几种。适用的溶剂可以是丙酮、2-丁酮、 甲基叔丁基醚、叔戊醇、叔丁醇、己烷、戊院、甲苯或其他任何能够让生物催化剂在其中呈现催化活性的 有机溶剂。适用的带水剂可以是己烷、戊垸、环己烷、二氯乙烷、甲苯、二甲苯或其他任何能够在反应条 件，通常为30 60。C， 0.~0.001 MPa,下跟水共沸，或跟溶剂和水共沸，冷凝成液体后跟水分层，形成互 不相溶的两相，且不会导致生物催化剂失活的有机溶剂。模拟移动床色谱分离系统所使用的洗脱剂为酶促 反应体系所使用的溶剂与酶促反应体系所使用的带水剂按一定比例勾兑而成的混合溶液，勾兑的比例为溶 剂带水剂=0:100一00:0。模拟移动床色谱分离系统所使用的吸附剂可以是活性炭、硅胶、变性tt胶、聚 丙烯酰胺或其他任何能够与特定洗脱剂配合将酯类反应产物与相应的反应原料，酸类成醇类相分离的吸附 材料。模拟移动床色谱分离在0 100。C,最好是30 60。C，的温度下进行。本专利技术中所提及的所有重要参数全部最优化后原料的转化率和产品的得率均可提高至100%。产品的 纯度可提高至99。/。(色谱纯度)以上。具体实施例方式下面的实例将具体说明本专利技术的操作方法，但不能作为对本专利技术的限定。实例一26 g棕榈酸，17 g L-抗坏血酸和lg Novozym 435被添加到100 ml无水叔戊醇中构成混合物，随后在 55。C下，在不断搅拌的条件下，反应8hr。随后加入IO ml环己烷，开启真空泵，将反应体系的压强减至 0.001~0.005 MPa，以使共沸混合蒸气蒸出，蒸出的混合蒸气经冷凝后分层，形成环己烷相和水相，环己垸 相自动回流至反应体系中循环使用。反应体系在此状态下边蒸除、冷凝、回流边继续维持反应，直到反应 体系中抗坏血酸同体全部消失，分水冷凝器中水相的体积不再增加，继续维持反应4hr。反应结束后，反应混合物过滤分离罔体酶，然后置以硅胶为吸附剂，以环己烷叔戊醇=4: 1的混 合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种共沸除水耦合模拟移动床的酯类酶法生产工艺。该工艺由下列步骤组成： １）制备一个混合物。该混合物由（ｉ）酸类，（ｉｉ）醇类，（ｉｉｉ）生物催化剂，（ｉｖ）溶剂和（ｖ）带水剂组成； ２）让混合物中的酸和醇反应生成酯和水； ３）让混合物中的溶剂、带水剂跟反应后所生成的水共沸蒸馏，让水以混合蒸气的形式连续蒸出； ４）让混合蒸气在冷凝器中冷凝、分层，分离除去所生成的水，溶剂和带水剂返回反应器，循环使用，直到反应终止； ５）回收生物催化剂，得到由反应产物 、过剩反应物、溶剂和带水剂组成的混合物； ６）以溶剂和带水剂为洗脱剂，对混合物进行模拟移动床色谱分离，将混合物分割为含过剩反应物的组分和含酯类产品的组分； ７）含过剩反应物的组分返回反应器，循环使用； ８）含酯类产品的组分 ，脱除溶剂，得到酯类产品。溶剂回收，循环使用。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：汤鲁宏，孙阳，王择，戴阿娟，邓超，陈伟，徐玲燕，
申请(专利权)人：江南大学，汤宁，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]
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