[发明专利]一种基于固定化酶催化的黄水利用技术

说明书

本发明为一种基于固定化酶催化的黄水高附加值利用技术。该技术通过(1)固定化酶载体表面修饰及固定化酶的制备；(2)固定化酶连续催化黄水反应等步骤和反应条件；(3)基于所制备固定化酶的填充反应柱用于黄水的高效酶法转化工艺条件。将一种酸性脂肪酶固定于经过表面修饰的树脂上，以此作为催化剂催化黄水中有机酸和乙醇的反应。本发明克服了游离脂肪酶不可重复使用以及稳定性低的缺点，能够连续催化反应，成功激活脂肪酶活力，为实现黄水的连续化催化转化提供技术基础，提高了对白酒发酵副产物黄水的综合利用效率，对环境有间接的保护作用。

技术领域

本发明属于固定化酶领域，特别是提出了新型的固定化酶可用于填充柱反应器连续化催化黄水酯化实现高值化利用，使得黄水降低酸浓度、增高总酯浓度，提高了黄水的综合利用。

背景技术

脂肪酶(Lipase)是一种羧基酯水解酶类，又称甘油酯水解酶。酶作为生物催化剂具有特异性和高效性，并且反应条件温和、反应副产物少。而脂肪酶作为一种特殊的工业酶制剂，可以催化水解、酯化、转酯等反应；但游离脂肪酶在工业生产的应用中，其热稳定性、酸碱稳定性、储存稳定性以及重复使用性都存在局限。因此，将游离酶进行固定化是目前解决其性质不稳定的最合适的办法。酶的固定化技术可以大大提高酶的热稳定性、储存稳定性以及各种溶剂的耐受性，同时实现了多次重复使用等。固定化酶可以通过简单的分离技术将其分离出来，比如离心、过滤等，较游离酶有明显优势。

大部分脂肪酶的活性中心被一个或数个α-螺旋结构的“盖子”所覆盖，并受其保护。“盖子”是两亲性分子结构，通过连接肽链的扭转而使酶分子的活性中心呈现“打开”或“闭合”的状态。“闭合”状态时，“盖子”覆盖在酶的活性中心上方，使得底物分子难以靠近活性中心，无法发生反应；当活性中心转变为“打开”状态时，“盖子”的疏水性残基暴露出来，在丝氨酸残基周围形成亲电子区域，“盖子”打开增加了酶与疏水性底物的亲和性，促进了反应的发生。这种结构的存在，使得脂肪酶在水/油界面微环境下通常表现出比在水相中更高的催化活性，这种现象称为界面活化作用。因此，为了保证所用脂肪酶呈现“打开”的构象，在脂肪酶的固定化方法设计过程中，应该考虑界面活化作用的重要性。

白酒产业是我国酒业的支柱产业，目前每生产1t浓香型大曲基酒会产生0.8-1t的黄水，白酒酿造副产物的综合利用成为我国白酒行业亟需解决的共性问题。黄水是一种棕褐色、粘稠、流体状液体，其中富含乙酸、乳酸和己酸等白酒重要风味物质的前体物。目前，表达一种在酸性环境下仍能展示出高效、专一催化活性的新型酯化酶成为研究热点，但其筛选方法往往是先在大曲、酒醅等中分离获得具有酯化能力的菌株，再锁定酯化酶基因，筛选过程有明显的偏好性，会导致重要菌株的遗漏；另外，有研究使用酯化剂将黄水制备成酯化液，但这类生物制剂多以复合物形式出现，反应周期长，增香效果不明显。

无论是简单的酯化处理或是串蒸工艺，其目的都是提高风味物质的浓度，从而大大提高白酒的质量。因此，利用黄水中富含的有机酸获得白酒增香所需要的风味物质是黄水资源化利用的核心问题。

本专利利用经过疏水修饰的树脂作为载体以吸附的方法固定化脂肪酶，得到的催化剂可用于催化黄水的酯化转化，进一步构筑固定化酶填充柱反应器，可以连续催化黄水和乙醇的酯化反应，提高了黄水中己酸乙酯等风味物质的含量，反应周期短，同时克服了游离酶无法重复使用的缺点，使黄水得到综合利用。