黑曲霉(Aspergillus niger)具有非常强的蛋白分泌能力,是GRAS(Generally recognized as safe)认证的微生物,是重要工业酶生产的菌株。细胞表面展示技术是将功能蛋白锚定于微生物细胞表面实现将功能蛋白固定于细胞表面,从而赋予细胞全新的功能,其中微生物表面展示酶在生物催化和制备生化产品等方面表现出优秀性能。手性醇是合成一些复杂天然产物的手性中心,是用于生产药物中间体的重要手性砌块,利用酶法催化动力学拆分手性醇是绿色制造领域的研究热点。目前,基于细胞表面展示酶技术制备的全细胞催化剂进行拆分手性醇存在着反应时间长、拆分效率不高、难以实现工业化应用等问题,因此,有必要进行探索和评价新的细胞表面展示酶技术用于拆分手性醇。本文研究了黑曲霉细胞表面展示CALB的催化特性,然后将黑曲霉细胞表面展示CALB首次应用于催化仲醇的动力学拆分。研究内容和结果如下:首先,研究黑曲霉细胞表面展示CALB的菌体表面疏水性及其对不同碳链长度的对硝基苯酚酯类的水解活性,表明黑曲霉细胞表面展示CALB具有较强的表面疏水性,推测其可能在非水相体系催化具有更强的催化活性,对硝基苯酚丁酯为底物时,其水解活性最高。其次,通过化学合成法获得脂肪酶催化仲醇动力学拆分的产物,并建立了脂肪酶催化仲醇动力学拆分的底物和产物的气相色谱检测方法,为黑曲霉细胞表面展示CALB催化仲醇动力学拆分提供实验技术支撑。最后,利用黑曲霉细胞表面展示CALB催化仲醇动力学拆分。以2-辛醇为催化仲醇动力学拆分的模式底物,研究仲醇动力学拆分的关键影响因素,如酰基供体、底物摩尔比、黑曲霉细胞表面展示CALB的添加量、水活度、温度和溶剂等,对黑曲霉细胞表面展示CALB催化仲醇动力学拆分的影响。得到黑曲霉细胞表面展示CALB催化仲醇动力学拆分的优化工艺条件为:以乙酸异丙烯酯为酰基供体,底物:酰基供体摩尔比为1:1,黑曲霉细胞表面展示CALB的添加量为50 g/L,水活度为0.11,反应溶剂为甲苯,温度为45℃,转速为200 rpm。在该优化工艺下,研究黑曲霉细胞表面展示CALB催化2-辛醇动力学拆分的时间进程,得到黑曲霉细胞表面展示CALB催化2-辛醇拆分反应12 h,2-辛醇转化率达47.4%,(R)-乙酸-2-辛酯的ee_p大于99%,E值大于600,且在该工艺条件下进行8批次连续催化反应的前7个批次,底物摩尔转化率保持在70%以上,具有较好的重复利用性。黑曲霉细胞表面展示CALB继续利用优化工艺条件拓展应用于催化其他7种仲醇的动力学拆分,其中2-戊醇、1-(4-氯苯基)-乙醇、1-(4-溴苯基)-乙醇的底物摩尔转化率达47%以上,ee_p达到99.6%,E值大于600;3-庚醇、1-苯乙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇的底物摩尔转化率分别为18%、39.3%、43.7%,ee_p和E值都分别达到99.9%和600以上;4-甲氧基-α-甲基苄基醇的底物摩尔转化率达到48.8%,但ee_p和E值分别为97.8%和311.3。与已经报道的细胞表面展示脂肪酶催化拆分1-苯乙醇作比较,黑曲霉表面展示CALB催化1-苯乙醇拆分体系的时空产率是文献报道的2倍以上,具有良好的拆分1-苯乙醇的效果。总体来说,黑曲霉细胞表面展示CALB在催化仲醇的动力学拆分表现出了良好的立体选择性,对2-戊醇、1-(4-氯苯基)-乙醇、1-(4-溴苯基)-乙醇、1-苯乙醇、1-(4-甲基苯基)-乙醇、4-甲氧基-α-甲基苄基醇具有良好的拆分效果,黑曲霉细胞表面展示CALB为催化仲醇动力学拆分提供新的催化剂选择。