[发明专利]酶的固定化载体及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种酶的固定化载体及其制备方法与应用，具体涉及一种酶的固定化成球碳纤维载体及其制备方法与应用。

背景技术

酶的固定化是指通过化学或物理的处理方法，使原来水溶性的酶与固态的水不溶载体相结合或被载体包埋。目前，传统的酶固定化的方法主要有吸附法、共价结合法、包埋法及交联法四大类，各种固定化方法有利有弊。其中，吸附法是常用的固定化方法之一，虽然吸附法主要依靠蛋白质和载体之间的结合力联结，作用力较弱，酶容易脱落，但是载体选择范围较广，价格低廉，固定化操作过程简单、操作条件温和、不易破坏酶分子的高级结构以及活性中心的构象，酶活回收率较高，载体可以回收重复利用，因此吸附法是在经济上最具吸引力的固定化方法。

吸附法固定化酶的性能关键因素取决于选取的固定化载体材料和固定化所采用的方法。其中，固定化载体材料作为固定化酶的一部分，载体材料的结构和性能对固定化酶的各种性能都有着巨大直接的影响。目前，酶使用的固定化载体材料主要有：有机高分子载体、无机载体、复合载体三种。有机高分子载体具有很强的灵活性，可根据不同类型的酶来设计与之相匹配的载体材料，并且也具有较大的强度、对微生物的腐蚀有较强的抵抗力，但传质性能较差，这对酶固定时对酶活性的影响较大。无机载体具有一些有机材料不具备的优 点，例如，稳定性好、机械强度高、对微生物无毒性、不易被微生物所分解、耐酸碱、成本低、寿命长等；但固定化效率一般来说比较低。复合载体具有从反应体系中易分离和回收、操作简便、成本较低的优点；但技术发展得还不成熟。当前，酶固定化的载体都存在成球难或不易控制得缺点，并且不能在固定化过程中重复利用，使得成本较高；同时颗粒状的固定化方法制作也困难，从而导致固定化酶技术工业推广困难。因此，设计、开发和制备性能优异可控的载体材料已成为固定化酶研究的热点之一。

酶的固定化载体和固定化的选择，总的原则就是要考虑维持酶的催化活性和专一性，酶与载体结合牢固，载体的机械强度要高，固定化酶要有最小的空间位阻，载体是惰性的；固定化酶要价格低廉，并且操作要简便、稳定。碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，具有生物相容性好、化学性能稳定、高比表面积、耐高温等优良性能，这些特点决定碳纤维以及活性炭纤维具备成为良好的酶固定化载体的特性。目前，碳纤维类材料作为固定化载体的优越性已逐渐被越来越多的研究人员所重视。但是碳纤维材料作为酶固定化载体的研究和应用仅限于考量固定化效果方面的研究。碳纤维作为固定化载体的材料特性与酶的固定化机制及相互作用关系几乎没有报道，尤其是载体的成球制备方法和酶的固定化方法更是研究的甚少。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较大的表面 积和较小的空间体积的酶的固定化载体及其制备方法与应用，由此，可提高固定化酶产物的产率，更加显著增强酶固定化效果。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

本发明之一种酶的固定化载体，所述固定化载体是直径长度为0.8～3cm成球碳纤维，其中，所述成球碳纤维的球团高径比为H/D＝0.6/1～1/0.6。

进一步，所述成球碳纤维的球团高径比为H/D＝1/0.8。

本发明之一种酶的固定化载体的制备方法，包括以下步骤：

(1)预处理：将碳纤维切成长度为0.3cm～0.8cm短切碳纤维放入有机溶剂中浸泡3～5h，过滤或离心回收上清液，用相当于3～5倍碳纤维体积的水对短切碳纤维进行清洗，然后将清洗后的短切碳纤维浸泡于体积大于3倍碳纤维体积的沸水浴中处理3～5h后，用水清洗后，烘干，取出备用；

(2)成球：将经步骤(1)中预处理的短切碳纤维，以投入量为2.0～20g/L投入含水溶液的容器中，然后放置于摇床中，控制摇床转速为120rpm～220rpm，摇动0.5～4h，即得酶的固定化载体。

进一步，步骤(1)中，将碳纤维切成长度为0.4～0.6cm短切碳纤维放入丙酮中浸泡4h，过滤或离心回收上清液，用相当于5倍碳纤维体积的蒸馏水对短切碳纤维进行清洗，然后将清洗后的短切碳纤维浸泡于体积6倍碳纤维体积的沸水浴中处理4h后，用蒸馏水清洗后，烘干，取出备用；

进一步，步骤(2)中，将经步骤(1)中预处理的短切碳纤维，以等量方式每隔0.5～5分钟投入一次，共投放3～5次。

进一步，步骤(2)中，所述短切碳纤维投入量为2.5～15g/L；在250mL摇瓶中，所述含水溶液的量相当于10～50倍碳纤维体积。