[发明专利]一种改性氧化硅负载的固定化酶催化合成己酸乙酯的方法

说明书

本发明申请涉及己酸乙酯合成领域，具体公开了一种改性氧化硅负载的固定化酶催化合成己酸乙酯的方法，包括步骤：(1)制备纯氧化硅材料；(2)对纯氧化硅材料进行改性；(3)制备固定化酶；(4)利用制备的固定化酶催化合成己酸乙酯。采用本发明所述方法合成己酸乙酯，酶的催化性能好，产品的收率高，反应条件温和，生产成本低。

技术领域

本发明涉及己酸乙酯合成领域，尤其涉及一种改性氧化硅负载的固定化酶催化合成己酸乙酯的方法。

背景技术

酶是一种具有生物催化功能的高分子物质，在酶的催化反应体系中，反应物通常被称为底物，底物在酶的催化下反应生成产物。与无机催化剂一样，酶不影响反应的化学平衡，只是通过降低反应的活化能来加快反应速率，但与无机催化剂相比，酶的催化条件更温和，催化效率更高。

在反应过程中，酶的催化活性很容易受到反应体系环境的影响，如温度、pH值，底物浓度等，其稳定性较难控制，在进行催化时酶也容易聚集成团，不利于提高反应速率，而酶的固定化则提供了一个避免酶聚集，使其在反应体系中均匀分布，提高酶的稳定性的思路。酶固定化后，增大了酶与底物接触的表面积，在一定程度上不仅可以提高酶在有机溶剂中的扩散效果和热力学稳定性，也可以调节和控制酶的活性与选择性，有利于酶的回收和连续化生产。固定化酶是将酶固定在特殊的相里，使它与整体相分隔开来，但仍能和底物进行分子交换，它可以像一般化学反应的固定化催化剂一样，既具有酶的催化特性，又具有一般化学催化剂能回收、反复使用等优点。

目前，酶固定化技术已在食品工业、精细化学品工业、医药等行业得到广泛的应用，在废水处理方面也取得了一定的进展。用酶固定化技术生产化工产品，不仅条件温和，且无三废产生，对环境友好。因此开发新的酶固定化方法以及新的固载材料或对各种已知载体进行改性，已成为酶固定化研究的热点。

己酸乙酯是一种重要的香料，广泛应用于食品工业。目前，工业上合成己酸乙酯的方法是用己酸和乙醇为原料，以硫酸作催化剂直接酯化合成。用硫酸作催化剂存在以下缺点：（1）在酯化反应的条件下，由于硫酸同时具有酯化、脱水和氧化作用，会导致一系列副反应的发生，副反应生成的副产物给产品的精制和原料的回收带来了困难；（2）反应产物的后处理要经过碱中和、水洗，以除去作为催化剂的硫酸，致使工艺复杂，产品和未反应原料损失，并产生大量废液、污染环境；（3）由于硫酸严重的腐蚀性，尽管采用了搪瓷反应器和高级不锈钢棺材，却仍然不得不进行设备的定期更新，从而增加了生产成本。因此，寻找更加清洁、高效的催化剂用于己酸乙酯的生产对提高己酸乙酯的产量、降低生产成本具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改性氧化硅负载的固定化酶催化合成己酸乙酯的方法，利用此方法生产己酸乙酯，酶的催化性能好，产品的收率高，反应条件温和，生产成本低。

为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种改性氧化硅负载的固定化酶催化合成己酸乙酯的方法，包括以下步骤：

（1）制备纯氧化硅材料；

（2）对纯氧化硅材料进行改性：将镁盐溶解于去离子水中得到镁盐溶液，将镁盐溶液与纯氧化硅材料等体积混合形成混合液，将混合液放入旋转蒸发器中进行减压蒸干得到湿粉末，将湿粉末放入真空干燥箱中进行干燥得到干燥粉末，将干燥粉末放入马弗炉中煅烧得到氧化镁改性的氧化硅载体材料；

（3）制备固定化酶：将步骤（2）得到的氧化镁改性的氧化硅载体材料加入酶溶液中并进行搅拌，然后过滤得到含酶滤液和滤渣，用含酶滤液冲洗滤渣，再用缓冲液冲洗滤渣，冲洗完毕后将滤渣干燥，制得固定化酶；

（4）己酸乙酯的合成：在有机溶剂中加入己酸、乙醇和固定化酶并进行搅拌形成反应体系，其中，己酸与乙醇的物质的量之比为1:1-3，己酸浓度为0.2-1 mol/L，固定化酶用量为30-80mg/ml，搅拌速度为90-500 r/min，搅拌完毕后将反应体系置于36-37.5℃水浴中进行反应合成己酸乙酯。