非水相酶催化

通過改變反應介質，影響酶的活性中心，使得酶存在的狀態與酶結構發生了改變，從而改進酶的催化特性。

隨著工業生物技術和酶工程的不斷發展，酶的應用越來越普遍，酶作為生物催化劑具有催化效率高、催化專一性強、作用條件溫和等顯著特點，但是在酶的應用中，也發現酶存在活力不夠高、穩定性較差等弱點，未能滿足應用的要求。

1984年，克利巴諾夫等人在有機介質中進行了酶催化反應的研究，他們成功地利用酶在有機介質中的催化作用，獲得酯類、肽類、手性醇等多種有機化合物，且對酶在非水介質中的催化作用研究方面取得了突破性進展。

與水溶液中酶的催化相比，酶在非水介質中的催化具有提高非極性底物或產物的溶解度、進行在水溶液中無法進行的合成反應、減少產物對酶的反饋抑制作用、提高手性化合物不對稱反應的對映體選擇性等顯著特點，具有重要的理論意義和應用前景。

酶在非水相催化的主要內用包括有機介質中的酶催化、氣相介質中的酶催化、超臨界流體介質中的酶催化、離子液介質中的酶催化等。

有機介質中的酶催化指酶在含有一定量水的有機溶劑中進行的催化反應。

適用於底物、產物兩者其中之一為疏水性物質的催化反應。

利用酶在有機介質中的催化作用進行多肽、脂類等的生產，甾體轉化、功能高分子的合成等方面的研究均取得顯著成果。

例子：

有機介質中脂肪酶催化外消旋苯甘氨酸甲酯對映體氨解反應的研究

苯甘氨酸的單一對映體( R-苯甘氨酸) 及其衍生物是半合成β-內醯胺類抗生素，如氨苄青霉素、頭孢氨苄、頭孢拉定等的重要中間體，有重要應用價值。

為了獲得較高的單一對映體的產率，必須提高反應的對映體選擇性。

為此，作者在選擇得到具有較高反應活性和對映體選擇性的脂肪酶的基礎上，經過反應條件優化，在叔丁醇介質中通過不對稱氨解反應，拆分得到單一對映體，轉化率達88%。

氣相介質中的酶催化是指酶在氣相介質中進行的催化反應。

適用於底物是氣體或者能夠轉化為氣體的物質的酶催化反應。

氫化酶、醇氧化酶、醇脫氫酶、脂肪酶等已經被用於氣相介質催化。在合成醛過程中，醇氧化和脫氫可成為生產香料前體的新工藝，而脂肪酶可用於脂的改性。

由這種工藝得到的產品可稱之為是天然的，因為生產過程中沒有使用有機溶劑。

氫化酶是一種不尋常的酶，其天然底物是氣態氫。研究表明，來自脫硫弧菌的氫化酶經分離純化后仍保持其活性。乾燥狀態的氫化酶可以活化氫分子，進行反應，而水質子不參於反應。使用氫化酶，不僅可以進行轉化、交換反應，而且可以進行可逆的電子載體細胞色素的氧化還原反應。

用醇氧化酶在氣相中進行了醇的氧化反應。用固定化醇氧化酶，在沒有水時，在較高溫度下可以氧化甲醇、乙醇蒸氣。有關水活度影響的研究表明，當水活度從0.11增加到0.97時，酶活性增加了幾個數量級，但是其熱穩定性急劇下降。已採用氣固生物酶反應器來生產醇和醛。

超臨界流體介質中的酶催化是指酶在超臨界流體中進行的催化反應。

所謂超臨界流體就是指溫度和壓力超過某物質超臨界點的流體。

其傳質阻力小，使得反應能很快進行，而且有機溶劑在超臨界流體中的溶解能力很好；同時它的下游處理和溶劑回收也更加方便。對手性化合物合成和外消旋體拆分的則是良好反應體系。

例子：

超臨界CO2中脂肪酶催化甘油解製備單甘酯

用大豆油在超臨界CO2，中進行甘油解反應製備單甘酯。在高壓反應釜中攪拌，溫度150-250℃，壓力20.7-62.1MPa，甘油與大豆油摩爾比在(15～25):1之間，底物含水量0-8%(相對於甘油的質量)，產物組成用超臨界流體色譜檢測。

研究發現：甘油解反應在150 ℃未發生，在200 ℃時稍有好轉，250℃時反應明顯；單甘酯含量隨著甘油與大豆油摩爾比和底物含水量的升高而明顯下降；在250 ℃ 、20.7MPa，甘油與大豆油摩爾比為25:1，底物含水量4%條件下反應4h，得到最高單甘酯含量49.2%，脂肪酸含量為14%。

離子液介質中的酶催化是指酶在離子液中進行的催化反應。

離子液：是由有機陽離子與有機陰離子構成的在室溫條件下呈液態的低熔點鹽類，揮發性低，穩定性好。

與傳統有機溶劑相比，離子液體具有無毒性，不易使酶失活，且碳水化合物在離子液體中的溶解度遠大於常用有機溶劑等獨特的性質。

例子：

離子液體中葡萄糖棕櫚酸酯的酶法合成

以南極假絲酵母脂肪酶(Candida antarctica lipase B)為催化劑、葡萄糖和棕櫚酸乙烯酯為原料，以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸鹽([Bmim][TfO])為介質，在溫度40℃ 、酶濃度為50mg/mL、糖酯摩爾比1：3的條件下通過轉酯化反應合成葡萄糖棕櫚酸酯。