[发明专利]一种磁性纤维素微球固定化脂肪酶催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性纤维素微球固定化脂肪酶催化剂的制备方法，目的在于提供一种简单、经济、高效的制备固定化脂肪酶催化剂的方法，所采取的技术及方法为：以纤维素为原料，以固体碳酸钙颗粒为致孔剂，采用热熔胶转化法，结合反相悬浮技术，制备多孔再生纤维素微球，然后进行环氧化、氨基化接枝改性，以微孔为反应器进行共沉淀反应制备磁性纤维素微球，使用共价结合法将脂肪酶分子固定到磁性纤维素微球的表面和微孔中。该方法原料丰富易得，制备出的磁性纤维素载体尺寸较小、分布均匀、比表面积大，相比传统方法固酶量高、分散性好、固载牢固、且催化剂便于回收利用，能广泛应用于医药、环境、能源等领域。

技术领域

本发明涉及一种以磁性纤维素微球为载体的固定化脂肪酶催化剂及其制备方法，属于固定化酶生物催化剂制备工艺技术领域。

背景技术

脂肪酶，又称三酰基甘油水解酶，是一种可以催化酯类水解产生脂肪酸和甘油的酶。脂肪酶是一种典型的可逆酶，不仅能在水相中催化油脂水解，也能在非水相中催化酯合成反应，而且这两种反应能以一种连续的方式组合在一起进而引发一系列反应，如交换反应、酸解反应、醇解反应和氨解反应等。在常温常压的温和条件下能高效地催化反应，且具有专一性，在医药、环境、能源等领域有着越来越广泛的应用。但是，脂肪酶易受环境的影响而失活、稳定性差、难以回收和分离提纯，这些缺点限制了脂肪酶在工业生产中的大规模应用。固定化酶技术的出现，不但可以提高酶的稳定性，实现酶的回收重复使用以及连续化操作，同时降低了成本，并且在环境保护、生产自动化等方面具有显著优势，为脂肪酶的应用开拓了更广阔的前景。

一直以来，固定化酶技术的研究热点集中在固定化方法及固定化载体两个方面。目前，酶的固定化方法主要有包埋法、吸附法、共价连结法、交联法及定向固定化法。其中，共价结合法固定化酶是利用酶分子表面的氨基酸残基与载体上的功能基团发生化学反应形成共价键。该方法中，一般要使用不同的多功能试剂对载体表面进行改性，然后将酶连接到载体上。其优点是酶和载体之间结合牢固，不易脱落，用于催化反应时不会对产物造成蛋白质污染。而且，由于酶和载体之间多个共价键的存在，减弱了酶分子链的柔性而增强了其热稳定性，从而阻止了酶蛋白的变性。

对于多数固定化方法而言，载体是必不可少的，而且载体对于固定化酶的性质影响非常大。对于酶而言，它的极性基团(如赖氨酸上的羟基、谷氨酸上的羧基)及非极性表面区域大小对于表面性质的影响较大。而载体的选择则应至少与酶的这些表面性质中的某一项相匹配。在众多的载体材料中，磁性纤维素复合材料受到了世界范围内研究者的广泛关注，由于它在生物医药领域具有广泛的应用性，例如把向释药、磁共振成像、生物大分子的固定化及分离、生物探针及生物传感器等。该类材料一方面具有磁性粒子的磁响应性，易于分离回收；另一方面，可以通过共聚或改性来调控载体的化学性能，可使其表面带上不同功能基。因此，这是一种具有广泛应用前景的固定化酶载体。

本发明是一种简单、高效制备固定化酶催化剂的方法，本发明制备出的磁性纤维素微球固定化酶催化剂酶负载量高、活性好，实现了脂肪酶的快速回收、重复利用的目。

发明内容

本发明以纤维素为原材料，以固体碳酸钙为致孔剂，采用热熔胶转化法，结合反相悬浮技术，制备多孔再生纤维素微球，对其进行官能团活化，以微孔为反应器进行共沉淀反应制备磁性纤维素微球，运用共价结合法在磁性纤维素微球表面、微孔中固定脂肪酶分子，制备出磁性纤维素微球固定化脂肪酶催化剂。

本发明目的是通过以下方案实现的：

热熔胶转化法制备再生纤维素微球：脱脂棉、棉麻纤维、微晶纤维素、玻璃纤维等纤维素材料中的一种或几种，经碱化破除氢键，再进行老化降低分子聚合度，然后磺化成可溶性的纤维素粘胶液，再加入制孔剂碳酸钙搅拌均匀；将纤维素胶粘液加入分散相中，利用反相悬浮技术分散成液滴，同时升温固化成球形，并利用碳酸钙和盐酸发生的复分解反应对纤维素微球制孔。

化学改性：用环氧氯丙烷对制孔后的纤维素微球改性，使纤维素分子结构中引入环氧基团，再用乙二胺、己二胺、癸二胺等二胺中的一种或几种接枝引入氨基，得到氨基改性的纤维素微球。