脂肪酶催化双相体系中外消旋乳酸的低成本绿色寡聚化研究及其立体选择性机制分析

本研究针对传统乳酸聚合工艺使用有害溶剂、金属催化剂及高温的问题，开发了水/庚烷双相体系中脂肪酶催化外消旋乳酸的低温寡聚化新方法。采用游离与固定化CALB催化剂，通过DRIFTS和HPLC分析证实了R-乳酸的选择性链增长机制，为绿色合成生物医用聚合物提供了新思路。

　　

在绿色化学领域，低成本外消旋乳酸（LA）的寡聚化反应正受到广泛关注。乳酸作为高附加值聚合物的关键构筑单元，可应用于3D打印纤维、外科缝合线和食品包装等技术生物医学领域。传统生产工艺依赖有害有机溶剂、金属催化剂及高温条件，而本研究创新性地采用可重复使用的水/庚烷双相体系，在30℃低温条件下进行酶催化酯化反应。

研究选用南极假丝酵母脂肪酶B（CALB）作为催化剂，分别测试其游离形式与固定化形式（Novozym435^?）的催化效果。通过漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）对回收固体产物进行官能团表征，发现固定化CALB在实验条件下未产生固体产物，且紫外可见光谱（UV-Vis）检测到明显的酶泄漏现象。相反，商业CALB发酵液在水/庚烷界面处生成不定量固体产物，经高效液相色谱（HPLC）测定转化率（X）介于2%-47%之间。

实验数据显示，24小时反应时间达到最高产物回收率，此时乳酸转化率为37%，但后续反应出现可逆趋势。聚合产物主要为水溶性寡聚物。值得注意的是，CALB虽能以R型或S型乳酸启动新链合成，但在链增长阶段表现出对R-LA的立体选择性。研究同时发现发酵液中的山梨醇、甘油等辅料成分会干扰酯化反应进程。该成果为乳酸绿色聚缩合技术提供了新的理论基础与实践方向。