[发明专利]一种层柱材料固定化脂肪酶的方法及应用

说明书

本发明公开了一种层柱材料固定化脂肪酶的方法及应用。该方法先将多种金属盐水溶液与有机改性剂混合反应制备有机改性层柱状材料，有机改性层柱状材料与双功能交联剂共价连接，然后脂肪酶共价偶联到双功能交联剂上，得到固定化脂肪酶。将本发明层柱材料固定化脂肪酶直接加于抄纸过程中的成浆池、抄前池或冲浆槽中，去除纸浆中的胶黏物。本发明通过分子设计组装合成了一种超分子结构的分子反应器载体。该载体具有较大的孔空间、有多反应活性位点和较好的刚性等优异性能，可进行回收重复利用，且酶活性在多次重复利用后保持不低于最初总酶活的80%，是一类新型的具有广泛应用价值的载体材料。

技术领域

本发明属造纸助剂技术领域，具体涉及一种层柱材料固定化脂肪酶及其在造纸生产中的应用。

背景技术

制浆造纸过程中存在一些脂溶性抽提物，如：烷烃类化合物、脂肪醇、脂肪酸、树脂酸、甾醇类化合物、萜类化合物、甘油三脂以及树蜡等，这些物质脱落后，不能溶于水被除去，若沉积于纸浆带进纸张中将形成“纸病”，若沉积于纸机上会引起机械故障，需要耗时进行清理。利用脂肪酶控制制浆造纸厂中树脂沉积是一项很有效的控制技术。近年来，国内外研究利用脂肪酶处理纸浆成功地解决了树脂障碍问题，目前这一技术已在工业生产中获得实际应用。但由于酶在高温下容易失活，而且特定的酶对pH适应范围有限，其工业化推广范围远远不够。

微生物脂肪酶种类多、来源广、周期短，具有比动植物脂肪酶更广泛的pH值、作用温度范围、高稳定性和活性，对底物有专一性，如化学选择性、立体选择性、位点选择性等，因此便于工业化生产和获得较高纯度的酶制剂，并且成为工业生产脂肪酶的主要来源。但脂肪酶自身的物化性质，如不耐高温、狭窄的pH应用区间等，限制了其大规模工业化应用，而对现有脂肪酶进行固定化处理或化学修饰处理，可以极大地改变现有脂肪酶的酶学性质，获得新型的脂肪酶酶制剂。

酶的固定化技术朝两个方向发展：新材料和新方法的应用。在各种新型固定化材料中, 以纳米材料的固定化效果尤为引人注意，如Persson用sol-gel形成的纳米颗粒包埋Humicola lanuginosa 脂肪酶，脂肪酶的比活力提高了320倍。化学修饰技术对脂肪酶分子的侧链几乎可以进行无穷无尽的设计和改造。常见的脂肪酶分子的化学修饰技术包括：利用小分子化合物(如氨基葡萄糖)对脂肪酶活性部位或活性部位之外的侧链基团进行化学修饰、双功能或多功能交联剂(如戊二醛)共价交联脂肪酶分子、形成交联酶晶体及单功能试剂(如聚乙二醇及其衍生物)的化学修饰等。脂肪酶分子的化学修饰可以显著增强脂肪酶分子的稳定性、提高(或改变)脂肪酶分子的活性，如Siddiqui采用多糖修饰 Candidaantarctica脂肪酶B后，脂肪酶70℃的半衰期由18 min 提高到168 min。

固定化脂肪酶也存在以下局限性：酶活力有所损失；较适合于小分子底物，大分子底物基本无法进行反应；不适合于多酶反应体系。

发明内容

本发明正是立足纳米材料和化学修饰两个方面的关键技术，对微生物脂肪酶进行固定化，以期获得一种新型的脂肪酶酶制剂，并将其应用于造纸工业中树脂控制环节，分解纸浆中的胶黏物，提高成纸的质量和促进纸机的清洁生产。为此，本发明采用如下技术方案：

一种层柱材料固定化脂肪酶的方法，包括以下步骤：

（1）多种金属盐水溶液与有机改性剂混合反应，金属盐与有机改性剂的摩尔比在1:4到4:1之间；

（2）合理调节控制体系的pH，通氮气，反应若干时间，制得有机改性层柱状材料；

（3）有机改性层状材料与双功能交联剂共价连接，然后脂肪酶共价偶联到双功能交联剂上，得到固定化脂肪酶。

进一步改进的是，步骤1中层柱材料属于可溶性盐，属于镁盐、铁盐、锌盐、镍盐、铝盐、铜盐、钙盐、钴盐、锰盐、铬盐中的至少两种。

进一步改进的是，步骤1中所述的有机改性剂为：RCOOM类型脂肪酸盐类，碳链长为C5-C22之间，不饱和度Ω≤3。