[发明专利]一种脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒及其制备方法有效
申请号: | 201110106886.4 | 申请日: | 2011-04-27 |
公开(公告)号: | CN102229923A | 公开(公告)日: | 2011-11-02 |
发明(设计)人: | 须丹丹;刘铮;卢滇楠 | 申请(专利权)人: | 清华大学 |
主分类号: | C12N11/08 | 分类号: | C12N11/08 |
代理公司: | 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 | 代理人: | 关畅 |
地址: | 100084 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 脂肪酶 纳米 高分子 生物 催化 颗粒 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒及其制备方法。
背景技术
脂肪酶(Lipase)作为应用最为广泛的工业酶之一,可以催化水解、酯化等多种反应过程,并且具有较高的手性/区域选择性。其常见应用领域包括有机合成、食品工业、洗涤剂工业、能源工业、生物转化、生物医药、生物传感器等等。化学修饰法是酶分子改造过程中的常见方法,且随着近年来纳米科技的发展,纳米高分子生物催化颗粒正逐渐成为生化催化领域一个新型课题。脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒不仅可以有效实现均相催化,解决现有固定化脂肪酶因高传质阻力而导致酶催化活性较低的问题,而且还可以有效提高热稳定性,增强有机溶剂耐受能力。传统两步法制备脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒采用丙烯酸琥珀酰亚胺酯作为第一步引入蛋白质表面双键基团的修饰剂,然后经过中间产物分离后进入第二步水相原位自由基聚合得到目标产物。该方法的修饰剂成本高,中间分离步骤耗时长,严重制约了其在实际工业生产中的应用。因此,开发一种原料成本低、工艺简单、能耗少的脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒的制备方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒及其制备方法。
本发明所提供的脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒,是以下述质量份的物质为原料制成的:脂肪酶10份、甲基丙烯酸缩水甘油酯(酶修饰剂)2-200份、乙烯基单体75-375份和引发剂体系20-30份;具体制备方法包括如下步骤:1)将所述脂肪酶和所述甲基丙烯酸缩水甘油酯加入pH值为3-8的缓冲溶液中,在0-50℃下反应0.5~3小时;2)向步骤1)的反应液中加入所述乙烯基单体和所述引发剂体系,在0-50℃继续反应5-12小时,得到脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒。
其中,所述酶修饰剂甲基丙烯酸缩水甘油酯是以甲基丙烯酸缩水甘油酯的二甲基甲酰胺溶液形式加入的,由于二甲基甲酰胺与修饰剂以及水的互溶性较好,所以作为修饰剂的溶剂,可促进其在水相中溶解并与脂肪酶反应。
本发明中所述脂肪酶来源于商品酶、动物提取物或微生物提取物。
本发明中,所述乙烯基单体是指可通过自由基聚合反应形成聚合物的乙烯基单体;所述乙烯基单体具体可选自下述至少一种:丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰化聚乙二醇、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、N,N’-甲叉双丙烯酰胺、顺丁二烯和三羟基甲基丙烷三甲基丙烯酸酯。
本发明中,所述引发剂体系是指在0-50℃条件下能够引发产生自由基,导致乙烯基单体发生自由基聚合的热引发剂体系或氧化还原引剂体系。所述引发剂体系具体可由下述A和B中的物质组成,所述A选自下述至少一种:过硫酸钾、过硫酸铵、过氧化氢、叔丁基过氧化氢和过氧化苯二甲酰,所述B选自下述至少一种:亚铁盐、亚硫酸盐、N,N’-二甲基苯胺、氨水、N,N’-二甲基-对甲苯胺、N,N,N’,N’-四甲基乙二胺、哌啶和N-甲基吗啉。所述引发剂体系优选由过硫酸铵和N,N,N’,N’-四甲基乙二胺组成,其质量比可为1.5∶2。
所述缓冲溶液可为下述至少一种物质的水溶液:醋酸、醋酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、磷酸钾、磷酸氢钾、磷酸二氢钠、硼酸、硼酸钠、硼酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾和碳酸氢钾。
所述方法还包括将步骤2)得到的含脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒的反应液进行透析,并将透析后的液体冻干的步骤。
在本发明提供的制备方法中,乙烯基单体也可在步骤1中加入,具体方法如下:
1)将所述脂肪酶、所述甲基丙烯酸缩水甘油酯和所述乙烯基单体加入pH值为3-8的缓冲溶液中,在0-50℃下反应0.5~3小时;2)向步骤1)的反应液中加入所述引发剂体系,在0-50℃继续反应5-12小时,得到脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒。
上述先加入乙烯基单体的方法较后加入乙烯基单体的方法,聚合反应收率较低,从最终聚合产物收率方面考虑,优选后加入乙烯基单体的方法。
本发明采用疏水性试剂甲基丙烯酸缩水甘油酯作为酶修饰剂,在脂肪酶表面引入碳碳双键基团,无需中间产物分离,直接加入含有碳碳双键的乙烯基单体引发自由基聚合,得到目标脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒。该脂肪酶纳米高分子生物催化颗粒的粒径为20-50nm,其核心为脂肪酶,外壳为高分子材料,核壳之间有化学键连接。
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