作为德国NorthRhine-Westphalia环境经济战略的一部分，2021年4月1日，由Enzymaster Germany、Forschungszentrum Jülich和RWTH Aachen University三方合作启动了一个为期12个月的Innovative andsustainable enzymatic diol synthesis（InnoEnz Diol）研发项目。面临机遇与挑战、拥有共同愿景的团队正致力于探索一种高效环保的工艺，使用酶催化技术可持续地生产有价值的手性二醇。2021年6月，项目团队召开了研发进度更新和未来扩大规划的联席会议，受邀采访的新闻稿也已在社交媒体和政府网站上发布。
“手性”一词源自希腊语cheir，由Cahn等提出以用于表达旋光性分子和其镜影不能相叠的立体构象关系。所有的手性分子都具有光学活性，同时所有具有光学活性的化合物都是手性分子。分子的手性通常是由不对称碳引起，即一个碳上的四个基团互不相同，通常用“RS”或“DL”对其进行识别。根据手性分子的复杂程度，它可以有两个、四个甚至更多的构型，其理化性质差异很大，通常有不同的味道或毒性。例如，薄荷醇的8个构型中只有2个可以闻到清凉的薄荷气味。
手性醇是一类应用非常广泛的化合物，特别是很多天然的、具有生物活性的化合物大都含有此结构。如手性1, 3-二醇常应用于抗凝血剂和抗生素药物、食品保健品添加剂、芳香物质溶剂、保湿剂、防冻剂、润滑剂、增塑剂、醇酸树脂和聚氨酯涂料原料等，在有机合成中主要作为合成子、手性配体或催化剂、拆分试剂；(2S,5S)-2,5-己二醇是重要的手性药物中间体，常用于Me-DuPhos均相催化剂的手性配体；(R,R)-2, 3-丁二醇是合成阿司匹林的中间体，其为预防和治疗缺血性心脏病、心绞痛的重要药物；(S)-1,2-戊二醇可用于合成农用化学品丙环唑杀菌剂。
手性二醇是昂贵的原材料，每公斤的价格在 1,000~10,000 欧元之间，拥有良好的市场前景。但传统的二醇制造工艺效率低下，且所用的有毒化学品会危害人体和环境。正如上所述，二醇最多会有四种手性构型，而当我们只需要其中一种构型时，传统化学反应产生的3/4是废料，通过分离和纯化工艺得到目标手性二醇，最终收率可能仅为15% ~20%。因此发展新型高效手性二醇化合物的合成方法具有十分重大的意义。正是意识到了这种现状，InnoEnz Diol项目团队正在努力开发一种具有节约资源、绿色环保和市场竞争力的生物催化新工艺。
生物酶是由活细胞产生、对其底物具有高度特异性和高度催化作用的有机物，大部分为蛋白质，也有极少部分为RNA。酶是一类极为重要的生物催化剂，其作用有赖于酶分子的一级结构及空间结构的完整，参与生物体内各种代谢过程，可在极为温和的条件下有针对性地加速或触发化学反应。
高效性：酶的催化效率是一般无机催化剂的10^7~10^13倍，主要原因是大幅度降低了生化反应的活化能，使反应更易进行。而且酶在反应前后理论上是不被消耗的，所以还可回收利用。
特异性：一种酶通常只能催化一类物质的化学反应，即酶是仅能促进特定化合物、特定化学键、特定化学变化的催化剂。
反应条件：酶催化反应不像一般催化剂需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈条件，而可在较温和的常温、常压下进行。另外，一些特殊的酶在特定条件下催化效率达最大值，如胃蛋白酶在胃液酸性条件下发生作用。
在酶催化法中制备手性醇，通常以羰基化合物为底物，通过酮还原酶或醇脱氢酶将羰基底物不对称还原得到手性醇。酶法以其高选择性、高转化率、反应条件温和、成本较低及污染小等优势受到业界的青睐。Thomas Daussmann博士表示使用酶催化法，我们可以获得至少90%的实际收率，而且对于他来说这不仅仅停留在理论上，Enzymaster（酶赛生物）专门从事工业酶法开发和应用，对酶分子结构与功能、酶促反应动力学等有了深入研究，已积累了大量实践数据。
Enzymaster正在结合已积累的实验数据，使用生物信息学和计算生物学方法，进行数字化设计和虚拟筛选，对适用于目标反应所需的理想酶给出预测。
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Jülich研究所将所预测的酶在实验室中培养表达，并进行酶学表征研究，开发酶促反应小试工艺。完成一系列条件优化后，InnoEnz Diol项目团队就将酶法工艺过程从实验室水平过渡到中试规模。
RWTH工程部的生物精炼厂可将反应放大到25、50和100升的规模，并在AndreasJupke 教授的指导下研究生产链中二醇与反应液分离和纯化工艺，不断开发、改进，以期最终达到产业化的技术标准。
目前市场上对能够依据欧盟标准可持续、高效地生产这些有价值的手性化合物技术有着强烈的需求，酶赛生物的Thomas Daussmann博士希望通过InnoEnz Diol这一合作项目，开发出具有经济和可持续的酶法合成手性二醇绿色技术，使高价值化学品的生产在欧洲安全和环境标准下具有市场竞争力。我们看到了以这种制造过程生产手性二醇的良好市场机会，并且已经获得了一批潜在客户的关注。
对于团队所有参与人来说，今年三方密切合作的InnoEnz Diol项目无疑是一次难得的学术研究机会，是一座将经济和生态合理投入产业应用的桥梁，可共同将基于生物催化的生产过程从纸上想法推向工业成熟。科研仅3个月，项目团队就已经取得了鼓舞人心的成果，让我们一起期待后续新的喜讯。
InnoEnz Diol项目团队受邀采访的新闻稿原文可点击左下方【阅读原文】获取。
