本发明专利技术公开了一种磁性核-壳型离子液体固定化脂肪酶的制备方法，首先采用化学共沉淀法制备Fe3O4纳米粒子：再使用制备的Fe3O4纳米粒子作为磁核，合成核-壳结构的Fe3O4@MCM-41介孔复合材料；将该磁性载体进行离子液体功能化修饰，最后采用离子液体修饰后的介孔核-壳型磁性纳米微球载体进行脂肪酶的固定化。本发明专利技术将磁性载体采用离子液体进行修饰，提高了脂肪酶对载体的适应性，同时增加了脂肪酶的负载量，提高了脂肪酶的活性和稳定性；制备的磁性固定化酶可用于粘度较大的油脂酯-酯交换反应体系，在食用油加工产业中能用于制备改性油脂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及脂肪酶催化剂，尤其是设及一种磁性核-壳型离子液体固定化脂肪酶 的制备方法，本专利技术还设及所制备的该脂肪酶在食用油脂加工中的应用。
技术介绍
脂肪酶是具有生物催化功能的生物大分子，与化学催化剂相比，具有反应条件溫 和、催化效率高、专一性强、副反应少等优点，广泛应用于医药、化工、食品、轻工和环境保护 等行业。然而，游离脂肪酶操作稳定性差、易失活、不易重复使用，难W实现生产过程连续化 和自动化，而且反应后难W从反应体系中分离。虽然游离脂肪酶催化技术比较成熟，但真正 的工业化应用还是受到了很大的限制。 酶的固定化是解决游离酶存在问题的主要方法之一，固定化脂肪酶不仅保持了酶 的催化活性，而且具有稳定性好、能重复使用、易从反应系统中分离、便于运输和储存、有利 于生产的连续化和自动化等优点。脂肪酶的固定方法有很多种，如交联法、包埋法、共价结 合法和物理吸附法等。其中，交联法是利用多功能交联试剂与酶分子之间W共价键连接，从 而生成固定化酶。包埋法是将载体和酶溶液混合，加入引发剂，使其产生聚合反应，通过物 理作用，在载体的网格中限定酶，从而实现酶的固定化。载体偶联法是载体表面的活性功能 基团和酶分子的非必需基团形成化学共价键，从而实现不可逆结合的酶固定方法，也被称 之为共价结合法。采用运种方法可W牢固地连接载体和脂肪酶，所制得的固定化酶稳定性 和重复使用性较好。但是，运种方法存在有化学反应，会损失一定的活性。 与上述方法相比，物理吸附法的特殊优势在于其很好地保存了脂肪酶的空间构 象，相比游离脂肪酶，固定化酶的催化活性和专一性不会有显著下降。此外，物理吸附法还 具有制备方法简易等优点。然而，物理吸附法制得的固定化脂肪酶结合牢固度比化学键合 法差，催化剂稳定性不高。因此，如何提高物理吸附法制备固定化酶的稳定性受到了人们的 重视。 载体的选择是物理吸附法制备固定化酶的关键。近年来出现的介孔分子筛材料 是一种多孔型固体材料，它具有蜂窝状的孔道，孔道尺寸为2~50nm。大多数介孔材料的 孔道都是规则有序排列的，具有层状、六方对称排列和立方对称等结构，孔道尺寸也较为统 一，有利于脂肪酶的负载。相对于微孔分子筛，介孔材料较大的孔径使其表面活性基团有较 好的可接近性，孔内可负载大体积基团，适用于体积大小范围较宽的客体分子；此外，介孔 材料还具有较高的比表面积，理论负载量较高；介孔分子筛在酶催化反应过程中有较好的 化学惰性，不会影响催化反应中脂肪酶活性的发挥，同时也不会污染反应体系，在作为固定 化酶载体方面有较好的前景。然而，当此类介孔固定化酶在应用于高粘度物料体系(如油脂 醋醋交换反应体系）时，在反应结束催化剂分离的过程中，过滤速率十分缓慢，在一定程度 上制约了生产效率的提高。 近年来，磁性纳米粒子在各种固载化催化剂的制备中受到重视，W磁性材料为载 体制备的固体催化剂在完成催化反应后均可在外界磁场的参与下快速分离和回收，从而简 化了催化剂分离工艺，大幅度提高了工业生产效率。同时，利用外部磁场可W控制磁性固定 化酶的运动方式和方向，可替代传统的机械揽拌方式，提高固定化酶的催化效率。郭晨等将 离子液体（KnC(巧Im]Cl)负载于化3〇4磁性纳米粒子，制成磁性离子液体复合材料固定化 酶体系，引入了离子液体微环境，提高了酶活性及稳定性；固定化酶成品在催化油酸与正下 醇的醋化反应中，催化活性为游离酶的1. 1~1. 2倍，重复使用5次后，仍能保持92%的活性。 (郭晨，高红帅，江洋洋，刘春朝，刘会州.一种利用磁性离子液体复合材料固定化酶的方法 .中国专利：CN102250868A, 2011-11-23)。然而，磁性纳米粒子容易因磁吸引力而发生团聚，不易在反应体系中分散，阻碍了 脂肪酶催化活性的发挥。应用新兴的"磁性粒子的包覆技术"将Si化介孔材料包覆于磁性 纳米粒子表面，可制备"核-壳型磁性纳米微球"。该磁性复合材料很好的继承了磁性纳米 粒子可磁分离的优势，同时具有介孔材料高比表面积和易分散等诸多优点。尽管如此，在 Si化介孔材料的表面及孔道内壁具有许多娃径基，运些娃径基之间的氨键与静电场力会干 扰酶的负载和催化反应时物料的传质，继而降低了固定化酶的催化活性。针对运些问题，不 少研究者在脂肪酶负载之前，先对载体进行了功能化修饰，W提高脂肪酶对载体的适应性。 Ab化11址等用=氨丙基乙氧基硅烷对介孔材料进行了修饰，然后进行權皱假丝酵母脂肪酶 的负载，成品固定化酶的脂肪酶负载量提高了 10%。该固定化酶在香茅醇与月桂酸的醋化反 应中表现出良好的催化活性(醋化率超过98%)，并在循环利用4次后，其活性仍能达到90% 从上（AbdullahAZ,SulaimanNS,KamaruddinAH.Biocatalyticesterification ofcitronellolwithIauricacidbyimmobilizedlipaseonaminopropy!-grafted mesoporousSBA-15.BiochemicalEngineeringJournal, 2009, 44 (2-3):263 -270)。然而，在较为复杂的油脂醋醋交换反应体系中，就载体修饰剂而言，可影响固定化脂 肪酶活性的因素有很多，如官能团种类、烷基链长度等，想要找出一种合适的修饰剂十分困 难。经过反复探索发现，离子液体作为一种结构和性能可控性较高的化合物，通过对其阴阳 离子的组合设计，可制备拥有较多物理W及化学特性巧日可调节的极性、两亲性、混溶性等） 的功能化离子液体。通过离子液体对载体的修饰，可W在一定程度上提高生物酶的适应性。 若用合适的离子液体对载体进行修饰后，再进行脂肪酶的负载可预期较好的负载效果。李 强等使用离子液体扣MIIM]扣M門对賴杆进行了修饰，改变了賴杆内部结构，增大了比表面 积，使生物酶的吸附点位增加，继而得到多孔结构的载体，然后进行纤维素酶的固载。成品 固定化纤维素酶吸附量最高达到1800mg/g，固定化酶的表观活性为45IU。该固定化酶可催 化纤维素降解，重复使用5次后，该载体固定化酶活性达到40%左右(李强，季更生，李斌， 屠洁，孟春凤.一种用离子液体和修饰剂处理后的賴杆制备纤维素酶固定化载体的方法 .中国专利：CN103667243A，2014-03-26)。然而，賴杆载体的化学惰性较低，在较为复杂 的反应环境中其稳定性不足，重复使用性较差。 随着近年来食品工业的快速发展，功能性油脂和特殊使用性能的油脂制品需求量 越来越大(如人造奶油、起酥油、煎炸油和结构脂等)。油脂醋醋交换和油脂氨化是食用油脂 加工的重要化学反应。然而，由于氨化油脂中的反式脂肪酸会显著增加食用者罹患屯、脑血 管疾病的风险，它的使用逐渐受到了限制。油脂醋醋交换不产生反式脂肪酸，不丧失必需脂 肪酸，而且能改善油脂的食用性能，生产出的油脂制品具有起酥性、可塑性、延展性和风味 好的特点。此外，通过油脂醋醋交换，结合新脂肪酸，W改变脂肪酸的位置分布，从而赋予其 烙化、消化、吸收和代谢功能，增加了其在食品营养和治疗方面的食用功能。油脂醋-醋交 换反应中的催化剂在其中发挥着关键作用，所W研究开发新型油脂醋醋交换固定化酶催化 剂，对于食用油本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁性核‑壳型离子液体固定化脂肪酶的制备方法，其特征在于包括下述步骤：第一步，Fe3O4@MCM‑41核壳型复合材料的制备将Fe3O4纳米粒子、无水乙醇及蒸馏水一起加入到烧杯中，常温下进行超声分散，机械搅拌条件下向混合溶液中滴加氨水，混合均匀后加入十六烷基三甲基溴化铵溶液，继续搅拌均匀，然后缓慢滴加正硅酸乙酯于反应体系中并继续反应；当反应完成后，使用磁铁对产品进行磁分离，所得复合材料用无水乙醇洗涤、真空干燥；然后将其在550℃条件下置于马弗炉中煅烧6h，得到核‑壳型复合材料Fe3O4@MCM‑41；第二步，载体的离子液体功能化修饰取一定量的甲基咪唑和等摩尔的三氯丙基三乙氧基硅烷放入三口烧瓶中，氮气保护，95℃温度下搅拌使之充分反应，然后将一定量第一步制备的核‑壳型复合材料加入其中，并加入一定量的乙醇为溶剂，氮气保护下回流，反应结束后对产品进行磁分离；最后用无水乙醇和乙醚分别洗涤数次，真空干燥后，得到离子液体修饰后的磁性复合载体IL‑Fe3O4@MCM‑41；第三步，固定化酶的制备将一定量的游离脂肪酶分散于磷酸缓冲溶液中，然后加入上述离子液体修饰后的磁性复合载体IL‑Fe3O4@MCM‑41，在20~35℃温度下搅拌均匀，使得脂肪酶充分吸附于该载体上。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢文磊，臧雪珍，张弛，王宏雁，
申请(专利权)人：河南工业大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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