JP3344738B2 - 固定化修飾酵素、該固定化修飾酵素を用いるエステル合成方法 - Google Patents

固定化修飾酵素、該固定化修飾酵素を用いるエステル合成方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光架橋性樹脂に固定化
してなる疎水性固定化修飾酵素及び該固定化修飾酵素の
存在下、有機溶媒中でエステルを合成する反応方法に関
する。更に詳細には、二分子膜形成能のある中性の界面
活性剤で修飾された疎水性酵素を光架橋性樹脂に固定化
してなる固定化修飾酵素及び該固定化修飾酵素を用いた
有機溶媒中でのエステル合成反応方法に関する。
【0002】
【従来の技術】酵素を用いて、各種の反応に利用する方
法は公知の技術であり、さらに、酵素を固定化して得ら
れた固定化酵素を用いて水性媒体中で各種の反応に利用
する方法も公知である。
【0003】一般的に酵素は水溶性であり、水性媒体中
での反応には非常に適した性質を有している。最近にな
って、酵素を有機溶媒中で各種のエステル合成やエステ
ル交換、さらには酵素の基質特異性を利用した光学活性
体の製造などに利用されているが、これらの反応は概ね
有機溶媒の存在下で行われることが多い。しかしなが
ら、一般的に酵素は有機溶媒には不溶で、さらに有機溶
媒に対して不安定で失活し易く、その反応効率は悪いも
のであった。酵素を有機溶媒の存在下での反応に利用す
る方法として以下に述べるような方法が知られている
【0004】1.酵素粉末を有機溶媒中に直接分散させ
て反応を行う。(酵素粉末法) 2.基質を含んだ有機相と、酵素を含んだ水相間で界面
反応を行う。(エマルジョン法) 3.親水性のゲルに酵素を固定化し、又は水系で固定化
酵素を調製した後、有機溶媒中で反応を行う。(固定化
酵素法) 4.界面活性剤で有機溶媒中に酵素水溶液を逆ミセル化
として可溶化させて反応する。(逆ミセル法) 5.ポリエチレングリコール、2分子膜形成能のある界
面活性剤で酵素表面を疎水化して有機溶媒に可溶化した
酵素を用いて有機溶媒中で反応する。(酵素修飾法)
【0005】上記の方法の内で、特に5.の酵素修飾法
は水相中での均一反応に近い反応速度が得られ、しかも
酵素の耐有機溶媒性も良好であるので優れた方法であ
る。
【0006】しかしながら、水性媒体中での反応に固定
化酵素を使用する方法は知られているが、有機溶媒中で
同様に上記の修飾酵素を固定化して得られた固定化修飾
酵素を用いる反応は知られていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】酵素を固定化すること
によるメリットは次のような点が挙げられる。 1.酵素の繰り返し利用が可能になる。 2.粉末の酵素と異なり取扱いが容易で、連続生産が可
能になる。 3.熱安定性が向上する。 4.反応後の生成物の回収が容易である。
【0008】このように酵素を固定化して使用すること
によりその利用価値は増大するため、有機溶媒中でも酵
素反応を利用することができる固定化酵素及び当該固定
化酵素を用いた有機溶媒中でのエステル合成反応方法の
開発が望まれていた。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記のよう
な従来の問題点に鑑み、有機溶媒中でエステル合成反応
などに応用可能な固定化酵素を調製する方法を鋭意研究
し、ここに完成した。
【0010】本発明で用いる酵素は、有機溶媒中で各種
の反応に応用できる酵素であれば何れも用いることがで
きる。例えば、各種の酸化還元酵素、転移酵素、加水分
解酵素、脱離酵素、異性化酵素、合成酵素等が挙げられ
る。特に各種の有機溶媒中では加水分解酵素を用いた反
応が利用されている。加水分解酵素としては、リパー
ゼ、プロテアーゼ、セルラーゼ等が挙げられ、本発明に
おいてはリパーゼが好適に用いられる。
【0011】リパーゼの具体例としては、シュードモナ
ス(Pseudomonas)属由来のリパーゼ(例えば、リパー
ゼPS:天野製薬製)、等が挙げられ、好適に使用でき
る。
【0012】上記の各種酵素を用いて酵素修飾法によっ
て有機溶媒可溶化酵素を調製することができる。即ち、
ポリエチレングリコール修飾法では2,4−ビス(o−
メトキシポリエチレングリコール)−6−クロロ−s−
トリアジン(活性化PEG2)を水系で酵素表面のアミ
ノ基と反応させ、一方、界面活性剤による修飾方法(錯
化法)では水系で二分子膜形成能のある界面活性剤と酵
素を混合することにより有機溶媒可溶化酵素を調製する
ことができる。
【0013】前者は化学反応を利用した修飾法であり、
修飾できる酵素がかなり限定される。即ち、全てのアミ
ノ酸を修飾してしまうと酵素活性が消失し、しかも反応
後の透析などの操作が繁雑で調製に時間がかかる。
【0014】それに対して後者の錯化法は水中で酵素と
界面活性剤を混合し、得られた固体錯体を単離するだけ
の簡便な方法であるので、より有利に利用できる。
【0015】酵素を修飾する界面活性剤としてはアルキ
ル基の異なる合成品2CGE(L−グルタミン酸ジア
ルキルエステルリビトール;n=8〜18)やジヘキサ
デシルジメチルアンモニウムブロミドが利用でき、特に
L−グルタミン酸ジオレイルエステルリビトール(以
下、2C18ΔGEと略する)が好適に用いられる。
【0016】2C189GEは、疎水鎖を2本有する2
分子膜形成のある両性界面活性剤で、無極性の溶媒には
易溶で、極性溶媒には不溶である。
【0017】調製した有機溶媒可溶化酵素を適当な固定
化担体に固定化する。固定化担体としては、光架橋性樹
脂が好適に用いられる。
【0018】光架橋性樹脂としては、スチルバゾール含
有ポリビニルアルコール(PVA-SbQ:東洋合成化学製)
をアセチル化して得られるスチルバゾール含有ポリ酢酸
ビニル(PVAc-SbQ)、メタクリル酸メチル−4−オキシ
カルコン共重合体(4AC/PMMA)、スチルバゾール含有ポ
リクロロエチルビニルエーテル(PCV-SbQ)、ENTP
−1000、ENTP−2000、ENTP−3000及びENTP
−4000(以上、関西ペイント製:商品名)等が挙げられ
る。
【0019】以下、リパーゼ及び光架橋性樹脂としてE
NTP−1000を用いた固定化酵素の調製法について例示
する。もちろん、他の酵素についても同様にして固定化
酵素を調製することができる。
【0020】 界面活性剤とリパーゼの錯体は次の
ように調製する。即ち、界面活性剤の水懸濁液にリパー
ゼ水溶液を攪拌下に混合し、冷所で1日放置し、遠心分
離で錯体を分離し、真空乾燥して酵素錯体を調製する。
【0021】 光架橋性樹脂を有機溶媒に加熱して
溶解し増感剤を加え、冷後、上記の酵素錯体を加えて攪
拌して均一溶液としフィルム上にキャストする。溶媒を
蒸発させ、紫外線を照射して架橋する。これを有機溶媒
で洗浄し、固定化酵素を調製する。
【0022】PVA-SbQを用いる場合は水溶液中に酵素錯
体を分散状態で固定化し、水洗して乾燥させる。
【0023】本発明で得られた疎水性固定化酵素を用い
る有機溶媒中での反応としては、エステル合成、エステ
ル交換反応などが挙げられ、従来の有機溶媒中で行われ
る酵素を用いた反応の何れにも適用できる。
【0024】固定化酵素を用いて有機溶媒中での各種反
応に利用するには通常の方法が適用できる。
【0025】以下に試験例、実施例を挙げて本発明を詳
細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものでは
ない。尚、酵素錯体調製のために使用する2C189
Eの合成は以下のようにして行った。
【0026】L−グルタミン酸 15g(102mmol)、p−
トルエンスルホン酸 30g、オレイルアルコール70.75ml
(223mmol)をトルエン300mlに溶解し、500ml丸底フラ
スコでディーンスタークトラップを用いて脱水しながら
加熱還流させ6時間反応した。
【0027】反応後、トラップに滞留或いは除去水に付
着して減少した分のトルエンを追加して更に4〜5時間
反応させた。冷却後、毛管を装着し、低真空で大部分の
トルエンを減圧流去後、高真空でトルエンを完全に除去
した。残渣にアセトン250mlと塩酸約10mlを加え、冷凍
庫で1晩放置冷却した。
【0028】析出した結晶を取り出し、アセトンで再結
晶した。この結晶にジエチルエーテルと炭酸ナトリウム
水溶液を加えて振り混ぜ、飽和食塩水を加えて塩析し、
エーテル相を分離し、硫酸マグネシウムで脱水した。硫
酸マグネシウムを濾去後、エーテルを除去した。残渣と
グルコノ−δ−ラクトンを無水エタノールに溶解し、3
時間以上加熱還流した。エタノールを減圧除去後、残渣
をアセトンで再結晶を繰り返し、結晶を得る。
【0029】
【実施例】
実施例1 酵素錯体の調製 2.0g/Lの上記の様に調製した2C189GEをイオン
交換水に懸濁させた液250mlと同濃度、同量のリパーゼ
PS水溶液を攪拌しながら混合し、1時間攪拌した後、
20分間超音波を照射した。その後、24時間冷蔵庫で冷却
して熟成させ、懸濁液を遠心分離(10000-12000rpm、5
分)して沈殿を取り出した。沈殿を乾燥して酵素錯体を
調製した。リパーゼPSでの錯化収率は83%であった。
そして、元素分析値から算出した錯体中のリパーゼPS
含有量は53重量%であった。
【0030】実施例2 酵素錯体のPVA−SbQへの
固定化 PVA−SbQ水溶液(ポリマー含量11.3重量%)1g
を試験管に取り、これに実施例1で得られた酵素錯体0.
1gを加えて混合した。混合後、懸濁液をポリエステル
フィルム上に均一な厚さになるようにキャストし、暗室
で風乾した後、片面につき10分間紫外線(ウシオ100W
中圧水銀ランプを使用)を約5cmの距離で両面から照射
して硬化させた。硬化した樹脂の付着しているポリエス
テルフィルムを蒸留水をいれたシャーレに浸して樹脂を
離し、洗浄し、ろ紙に挟んで乾燥した。この固定化酵素
は約3mm四方に切断して以下の反応に使用した。
【0031】実施例3 酵素錯体のENTP−1000への
固定化 ENTP−1000(1g)を試験管にとり、ベンゼン(0.
5g)を加え加熱して溶解し、増感剤としてベンゾイン
エチルエーテル10mgを加えて混合し、放冷後に実施例1
で得られた酵素錯体0.1gを加えて攪拌して均一溶液とし
ポリエステルフィルム上にキャストした。溶媒を蒸発さ
せ、空気を遮断するために表面をポリエステルフィルム
で覆い、紫外線を片面につき10〜15分両面に照射
し、架橋した。これをベンゼンで洗浄し、固定化酵素を
調製した。この固定化酵素は約3mm四方に切断して以下
の反応に使用した。
【0032】実施例4 固定化酵素および酵素錯体の反
応性 実施例1で得られたリパーゼPSの酵素錯体と実施例2
及び実施例3で得られたリパーゼPSの固定化酵素を用
いて有機溶媒中のベンジルアルコールのラウリン酸エス
テル化反応を検討した。反応条件は以下のようにして行
った。
【0033】 ベンジルアルコール 50mM ラウリン酸 25mM 反応液量 10ml 反応温度 30℃ 酵素錯体及び固定化酵素の量 50mg (固定化酵素中の酵素錯体量として) モレキュラーシーブ 3A 0.5g
【0034】生成物の分析は高速液体クロマトグラフィ
ーで行い、内部標準物質としてプロゲステロンを用い
て、ベンジルアルコールの減少量を測定し反応率を求め
た。
【0035】尚、反応溶媒にはベンゼン、イソプロピル
エーテル及びイソオクタンを用いた。反応時間5時間で
の反応収率を表1に示す。
【0036】
【表1】
【0037】この結果、反応溶媒としてはベンゼンが良
好であることが判った。また、担体がPVA−SbQよ
りもENTP−1000のときのほうが反応収率がよい
のは、前者は親水性のための酵素錯体が均一に溶解せず
に懸濁状態で固定化されているためと、また疎水性の基
質と担体との親和性の相違のためと考えられた。
【0038】実施例5 実施例4のベンゼン中での反応に用いたENTP−10
00固定化修飾リパーゼを回収して、新しい基質溶液に
入れて5時間ベンゼン中で反応させ、繰り返しによる反
応への影響を調べた。その結果を表2に示す。
【0039】
【表2】
【0040】この固定化修飾酵素の繰り返し利用の傾向
も、ほぼ水系での固定化酵素の挙動に類似してた。
【0041】
【発明の効果】界面活性剤で被覆して有機溶媒に可溶と
なった酵素を有機溶媒中で固定化でき、有機溶媒中で酵
素本来の活性を発現させることができた。今後色々な有
機溶媒中での酵素反応に本手法を応用することにより水
相系では実現できなっかった酵素反応や、疎水性基質の
酵素反応の連続化が有望になる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 11/06 C12N 11/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】L-グルタミン酸ジアルキルエステルリビト
    ール(2CnGE;n=8〜18)を酵素に作用させてなる
    有機溶媒に可溶な修飾酵素を用い、光架橋性樹脂に固定
    化してなる疎水性固定化修飾酵素。
  2. 【請求項2】L-グルタミン酸ジアルキルエステルリビト
    ールがL-グルタミン酸ジオレイルエステルリビトールで
    ある請求項1記載の疎水性固定化修飾酵素。
  3. 【請求項3】酵素を用いたエステル合成反応において、
    請求項1又は請求項2記載の疎水性固定化修飾酵素を用
    いることを特徴とするエステル合成方法。
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