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构建浊点系统生物转化介质系统 王志龙(上海交通大学药学院上海200240) 摘要非离子表面活性剂溶液在温度高于其浊点或有一定添加物存在时会自动形成 表面活性剂浓度很小的稀相和表面活性剂浓度很高的凝聚层相，存在于这一系统的溶质 将不均匀地分配于两相。这一系统称为浊点系统。本文结合我们的研究成果，阐述了这 一新型溶剂系统在生物转化中的应用，同时也提出了开发新型非离子表面活性荆应用于 生物转化的建议。 关键词非离子表面活性剂；浊点系统；生物转化；两相分配 前言 工业生物技术的核心技术之一就是使生物催化由细胞走向工业反应器。常规水溶液的生物转化(催 化)有机化合物常面临底物溶解度小、底物、产物抑制生物催化剂活性和产物被进一步降解等问题，有时 还存在不利的反应平衡。原则上采用有机溶剂一水等两相分配系统可以解决上述问题[1]。 两相分配生物反应系统是在生物反应系统中引入一个辅助相，其中最常见的辅助相是水不溶的有机 溶剂相。水一有机溶剂两相分配系统的水溶液相充当生物催化反应相，有机溶剂辅助相充当萃取相。辅 助相一方面充当底物的储存库，增加了底物的溶解度，同时辅助相对底物的缓控释作用解除了底物的抑 制。另一方面，辅助相充当产物的萃取剂，解除了产物抑制，排除了产物进一步降解，同时移动了化学反应 平衡怛J。两相分配系统不同于吸附床、膜分离等其它的原位产物去除技术，两相分配系统完全可以套用 传统液相催化反应设备，符合多目标工厂设计的要求。然而，有机溶剂对生物催化剂(尤其是催化氧化还 原反应的微生物全细胞)的毒性是制约其工业应用的主要原因。为了提高两相分配系统的生物相容性， 人们尝试了双水相系统、离子液体等新型溶剂系统，但由于溶剂价格等原因，工业应用的实例还不多见。 然而，有机溶剂对生物催化剂(尤其是催化氧化还原反应的微生物全细胞)的毒性是制约其工业应用的主 要原因。为了提高两相分配系统的生物相容性，人们尝试了双水相系统、离子液体等新型溶剂系统，但由 于溶剂价格等原因，工业应用的实例还不多见u-。 非离子表面活性剂溶液不同于离子型表面活性剂溶液的特征之一是达到一定温度或有添加物存在的 条件下，溶液自动分相而形成表面活性剂浓度很小的稀相(dilutephase)和富含表面活性剂的凝聚层相 (Coacervatephase)。溶液分相时的温度称为浊点(cloudpoint，CP)。这一系统称为浊点系统¨1。基于非 离子表面活性剂溶液的分相性质和表面活性剂胶束的增溶能力而发展起来的浊点萃取技术(cloudpoint 技术的基础理论和基本应用已在前文作了介绍【5J。本文就我们开发浊点系统应用于生物转化的新成果 作个基本介绍。 浊点系统生物转化介质 生物催化剂的稳定性 作为生物转化介质的基本条件就是生物催化剂在介质中必须具有稳定性和活性。常规的有机溶剂一 水溶液两相系统因有机溶剂是经典的杀菌剂，只有在溶剂满足logP规则时生物催化剂才具有一定的稳定 性和活性。提高生物催化剂在有机溶剂的稳定性和活性的方法常采用固定化生物催化剂、传统筛选或采 用现代分子生物学方法寻找耐受有机溶剂的生物催化剂。采用新型的介质系统是提高酶在非水溶剂中稳 定性和活性的另一种有效方法，如采用双水相系统使微生物能维持基本的生长活力。如图1所示，微生物 X一100在培养温 Mycobaeteriumsp．在添加不同浓度的各种表面活性剂的培养介质中的结果，只有Triton 度下能形成浊点系统而维持微生物的生长且获得较高的产物浓度。如图2所示，进一步采用静息细胞和 生长细胞生物转化植物甾醇都获得了高的产物浓度和转化率。这表明生物催化剂在浊点系统中具有良好 ．．．—．230．．．—— 的稳定性和活性。 1600 1400 ，、1200 葛1000 o 800 盆600 《400 ^∈伽E—coIlejlu8仨ou 200 o口《