[发明专利]一种巧克力微杆菌磁性细胞及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种巧克力微杆菌磁性细胞及其制备方法和应用，更具体地说是涉及一种利用壳聚糖-Fe₃O₄磁性纳米颗粒固定巧克力微杆菌制备的巧克力微杆菌磁性细胞及其在催化内消旋二甲酯不对称水解反应生成(4S, 5R)-半酯中的应用。

背景技术

细胞固定化是指利用化学或物理的手段将游离的细胞定位于有限空间区域并使其保持活性和可反复使用的一种基本技术。

相比于游离细胞而言，固定化细胞具有显著的优势，例如固定化细胞能具有更高的稳定性，可以重复利用，而且固定化方法较简单，成本低。常用的固定化细胞的方法有包埋法、吸附法等。包埋法是通过一些有机或无机聚合物将菌体包裹在载体内的一种方法，该方法的优点是固定化效率高，但由于菌体被包裹造成传质阻力大，固定化细胞的催化效率较低。吸附法是利用载体与菌体表面之间的物理作用力，将菌体固定于载体表面，该方法的优点是对菌体的活性回收率高，缺点是固定化效率不高，菌体与载体之间弱的作用力导致菌体易脱落而影响固定化细胞的重复利用率。

巧克力微杆菌所产的酯酶可以高立体选择性的不对称水解生物素中间体二甲酯，生成(4S, 5R)-半酯。但目前游离细胞的稳定性较差，无法重复利用，限制了其工业用途。

运用磁性高分子微球作为结合细胞或酶的载体，具有以下优点:①有利于固定化酶或细胞从反应体系中分离和回收，操作简便;②磁性载体固定化酶或细胞放入磁性稳定地流化床反应器中，可以减少持续反应的操作，适合大规模持续化生产;③利用外部磁场可以控制磁性材料固定化酶或细胞的运动方式和方向，替代传统的机械搅拌方式，提高固定化酶或细胞的催化效率。因此利用磁性材料固定细胞具有很好的应用前景。申请公布号为CN103205413A的中国专利申请公开了一种碳-Fe₃O₄纳米细胞固定材料并利用其固定巧克力微杆菌细胞，该材料是通过物理吸附的原理将细胞与磁性纳米材料结合，能应用于发酵液中细胞的分离。然而，单纯通过物理吸附的方法得到的固定化细胞，细胞与材料的结合力较弱，稳定性较低，在重复利用的批次反应的过程中容易脱落而无法重复利用。

利用壳聚糖包裹四氧化三铁制备的磁性纳米材料具有性质稳定，生物相容性好等优点。截止到目前为止，尚未有利用该种材料固定化巧克力微杆菌细胞的报道。

发明内容

本发明的目的之一在于为了解决上述的细胞与材料的结合力较弱，稳定性较低，在重复利用的批次反应过程中容易脱落而无法重复利用等技术问题而提供一种巧克力微杆菌磁性细胞。

本发明的目的之二在于提供上述的一种巧克力微杆菌磁性细胞的制备方法。

本发明的目的之三在于将上述的一种巧克力微杆菌磁性细胞用于催化内消旋二甲酯不对称水解反应生成(4S, 5R)-半酯。

本发明的技术原理

首先制备一种带有醛基的壳聚糖-Fe₃O₄磁性纳米材料，该带有醛基的壳聚糖-Fe₃O₄磁性纳米材料的表面的醛基可以与细胞表面的氨基形成牢固的共价结合，因此可获得稳定性高的磁性细胞并用于多批次生物催化反应。

本发明的技术方案

一种巧克力微杆菌磁性细胞，具体通过包括如下步骤的方法制备而成：

（1）、利用壳聚糖和Fe₃O₄磁性纳米颗粒为原料制备壳聚糖包裹Fe₃O₄的磁性纳米材料；

所述的壳聚糖包裹Fe₃O₄的磁性纳米材料的制备过程如下：

首先，将壳聚糖溶于质量百分比浓度为5%的醋酸水溶液中，待壳聚糖完全溶解后，加入Fe₃O₄颗粒，超声混合均匀得到混合液；

然后，强烈搅拌下将所得的混合液分散于装有液体石蜡和司班80的容器中，在40℃下搅拌30min后加入质量百分比浓度为25%的戊二醛水溶液，机械快速搅拌反应4h后，即得壳聚糖包裹Fe₃O₄磁性纳米材料粗品；