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非水相酶催化

酶在非水介质中进行的催化作用

非水相酶催化，是指酶在非水介质中进行的催化作用，主要用于工业生物解释。

反应机理
通过改变反应介质，影响酶的活性中心，使得酶存在的状态与酶结构发生了改变，从而改进酶的催化特性。
分类
随着工业生物技术和酶工程的不断发展，酶的应用越来越普遍，酶作为生物催化剂具有催化效率高、催化专一性强、作用条件温和等显著特点，但是在酶的应用中，也发现酶存在活力不够高、稳定性较差等弱点，未能满足应用的要求。
1984年，克利巴诺夫等人在有机介质中进行了酶催化反应的研究，他们成功地利用酶在有机介质中的催化作用，获得酯类、肽类、手性醇等多种有机化合物，且对酶在非水介质中的催化作用研究方面取得了突破性进展。
与水溶液中酶的催化相比，酶在非水介质中的催化具有提高非极性底物或产物的溶解度、进行在水溶液中无法进行的合成反应、减少产物对酶的反馈抑制作用、提高手性化合物不对称反应的对映体选择性等显著特点，具有重要的理论意义和应用前景。
酶在非水相催化的主要内用包括有机介质中的酶催化、气相介质中的酶催化、超临界流体介质中的酶催化、离子液介质中的酶催化等 。
有机介质中的酶催化
有机介质中的酶催化指酶在含有一定量水的有机溶剂中进行的催化反应。
适用于底物、产物两者其中之一为疏水性物质的催化反应。
利用酶在有机介质中的催化作用进行多肽、脂类等的生产，甾体转化、功能高分子的合成等方面的研究均取得显著成果。
例子：
有机介质中脂肪酶催化外消旋苯甘氨酸甲酯对映体氨解反应的研究
苯甘氨酸的单一对映体( R-苯甘氨酸) 及其衍生物是半合成β-内酰胺类抗生素，如氨苄青霉素、头孢氨苄、头孢拉定等的重要中间体，有重要应用价值。
为了获得较高的单一对映体的产率，必须提高反应的对映体选择性。
为此，作者在选择得到具有较高反应活性和对映体选择性的脂肪酶的基础上，经过反应条件优化，在叔丁醇介质中通过不对称氨解反应，拆分得到单一对映体，转化率达88%。
气相介质的酶催化
气相介质中的酶催化是指酶在气相介质中进行的催化反应。
适用于底物是气体或者能够转化为气体的物质的酶催化反应。
氢化酶、醇氧化酶、醇脱氢酶、脂肪酶等已经被用于气相介质催化。在合成醛过程中，醇氧化和脱氢可成为生产香料前体的新工艺，而脂肪酶可用于脂的改性。
由这种工艺得到的产品可称之为是天然的，因为生产过程中没有使用有机溶剂。
氢化酶是一种不寻常的酶，其天然底物是气态氢。研究表明，来自脱硫弧菌的氢化酶经分离纯化后仍保持其活性。干燥状态的氢化酶可以活化氢分子，进行反应，而水质子不参于反应。使用氢化酶，不仅可以进行转化、交换反应，而且可以进行可逆的电子载体细胞色素的氧化还原反应。
用醇氧化酶在气相中进行了醇的氧化反应 。用固定化醇氧化酶，在没有水时，在较高温度下可以氧化甲醇、乙醇蒸气。有关水活度影响的研究表明，当水活度从0.11增加到0.97时，酶活性增加了几个数量级，但是其热稳定性急剧下降。已采用气固生物酶反应器来生产醇和醛。
超临界流体的酶催化
超临界流体介质中的酶催化是指酶在超临界流体中进行的催化反应。
所谓超临界流体就是指温度和压力超过某物质超临界点的流体。
其传质阻力小，使得反应能很快进行， 而且有机溶剂在超临界流体中的溶解能力很好；同时它的下游处理和溶剂回收也更加方便。对手性化合物合成和外消旋体拆分的则是良好反应体系。
例子：
超临界CO2中脂肪酶催化甘油解制备单甘酯
用大豆油在超临界CO2，中进行甘油解反应制备单甘酯。在高压反应釜中搅拌，温度150-250℃，压力20.7-62.1MPa，甘油与大豆油摩尔比在(15～25):1之间，底物含水量0-8%(相对于甘油的质量)，产物组成用超临界流体色谱检测。
研究发现：甘油解反应在150 ℃未发生，在200 ℃时稍有好转，250℃时反应明显；单甘酯含量随着甘油与大豆油摩尔比和底物含水量的升高而明显下降；在250 ℃ 、20.7MPa，甘油与大豆油摩尔比为25:1，底物含水量4%条件下反应4h，得到最高单甘酯含量49.2%，脂肪酸含量为14%。
离子液介质的酶催化
离子液介质中的酶催化是指酶在离子液中进行的催化反应。
离子液：是由有机阳离子与有机阴离子构成的在室温条件下呈液态的低熔点盐类，挥发性低，稳定性好。
与传统有机溶剂相比，离子液体具有无毒性，不易使酶失活，且碳水化合物在离子液体中的溶解度远大于常用有机溶剂等独特的性质。
例子：
离子液体中葡萄糖棕榈酸酯的酶法合成
以南极假丝酵母脂肪酶(Candida antarctica lipase B)为催化剂、葡萄糖和棕榈酸乙烯酯为原料，以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐([Bmim][TfO])为介质，在温度40℃ 、酶浓度为50mg/mL、糖酯摩尔比1：3的条件下通过转酯化反应合成葡萄糖棕榈酸酯。
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