本发明专利技术公开了一种高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的制备方法，包括：溶胶形成步骤：在常温下以稀酸为催化剂将正硅酸乙酯(TEOS)水解至形成透明溶胶，并将溶胶中乙醇抽离至质量含量≤5％；凝胶形成步骤：在搅拌下向溶胶中依次加入模板溶液和纤维二糖酶缓冲液，用稀碱液将体系调至中性，放置生成凝胶。根据本发明专利技术另一方面公开了根据上述方法制备得到的高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料。根据本发明专利技术方法制备得到的纳米介孔材料孔径约2～7nm，因此具有很高的比表面积；所述纳米介孔材料的生物活性高且能重复利用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米介孔材料及其制备方法，尤其涉及一种高活性固定化纤维二 糖酶纳米介孔材料及其制备方法。
技术介绍
受世界石油供应、价格、环保和全球气候变化等因素的影响，可再生洁净能源一生 物燃料的发展受到了许多国家的重视，尤其是美国、巴西和中国。生物燃料以燃料乙醇为 主，生物技术酶法是利用地球上数量最大的可再生性碳源物质纤维素获得燃料乙醇的重要 步骤之一。然而纤维素的高聚合度使得其难降解，与淀粉相比纤维素的酶解速率要差2个 数量级以上，使纤维素酶的成本过高，从而严重制约该技术的工业应用，为此国内外研宄者 采取许多措施解决此问题，如对纤维素酶进行固定，提高其稳定性，使其能重复使用。 越来越多的研宄表明，可操作性与可重复性固定化纤维素酶能够极大降低纤维素 酶解工艺成本，这使其成为国内外研宄热点。载体被认为是决定固定化酶效果的关键因素 之一。根据载体水溶性，可将其分为可溶性载体和不溶性载体两大类。天然纤维素都是不溶 性载体，许多研宄者最初认为只能设计可溶性载体固定化纤维素酶才具有活性。但随着近 年来不溶性载体的快速发展，可溶性载体固定纤维素酶的优异性不再明显。将纤维素酶固 定在可溶性载体上，其动力学性质没有变化，操作稳定性提高也不显著，反而由于存在不易 回收的致命缺陷，在20世纪90年代后很快脱离研宄者的视野。不溶性载体主要包括廉价淀 粉接枝丙烯腈、丙烯酰胺两亲性高分子化合物形成多孔颗粒状载体和改性的壳聚糖等。不 溶性载体固定化纤维素酶回收极其方便，酶稳定性提高也十分明显，但与底物，尤其是不溶 性底物之间的传质阻力大，因此需要对不溶性载体进行改造使其具有大的比表面积。 其中，燃料乙醇主要包括粮食乙醇和纤维素乙醇。在世界粮食短缺的大背景下， 不与人争粮，不与粮争地，以秸杆、锯末、蔗渣、生活垃圾等物质生产可再生能源（如：纤 维素乙醇）是世界各国未来能源发展的重要战略，因此纤维素乙醇产业得到了大力发展。 我国每年纤维素乙醇产量400万吨，我国十二五国家战略性规划实现低成本纤维素酶突 破。按照目前纤维素乙醇的生产规模，仅美国纤维素乙醇产业市场所需要的纤维素酶即可 达到30万吨以上，我国纤维素酶的需求量也将近在10万吨左右。但在纤维素乙醇生产过 程中存在纤维素酶不能回收并重复使用，生产成本高且无法大规模生产等问题。固定化纤 维素酶主要用于生产纤维素乙醇。用固定化纤维素酶代替自由纤维素酶，可以重复使用从 而降低纤维素乙醇的生产成本，可以大大促进可再生生物能源产业发展。 目前，固定化纤维素酶技术大多采用聚合物凝胶材料为载体，或者采用表面活性 剂的凝胶化方法。采用聚合物凝胶材料为载体的固定化酶使用周期短、成本高、抗毒性差、 活性低且重复使用次数少；采用表面活性剂凝胶化方法制备固定化酶的溶胶凝胶过程以及 模板移除过程往往需要严苛的条件（如高温高压、强酸碱环境以及使用大量有机溶剂），这 些严苛的条件对生物活性物质（如：蛋白质和核酸）具有极大的破坏作用，从而极大的限 制了传统表面活性剂法在生物领域的应用，且该方法制备得到的固定化酶的回收也存在问 题。
技术实现思路
为此，本专利技术提出了一种可以解决上述问题的或至少能部分解决上述问题的一种 高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料及其制备方法。 根据本专利技术的一方面，提供了一种高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的制备 方法，该方法包括：溶胶形成步骤：在常温下以稀酸为催化剂将TEOS水解至形成透明溶胶， 并将溶胶中乙醇抽离至质量含量< 5%;凝胶形成步骤：在搅拌下向所述溶胶中依次加入模 板溶液和纤维二糖酶缓冲液，用稀碱液将体系调至中性，放置生成凝胶。 可选地，根据本专利技术的制备方法，其中所述稀酸为0. 1?0. 3M的HC1溶液，所述 HC1溶液与所述TEOS的质量比为5:32?13:32。 可选地，根据本专利技术的制备方法，其中所述模板为葡萄糖、麦芽糖、果糖、二苯甲酰 基-L-酒石酸、环糊精、尿素、甘油、可溶性淀粉、柠檬酸、抗坏血酸或寡肽。 可选地，根据本专利技术的制备方法，其中所述模板溶液与所述TEOS的质量比为 2:32 ?6:32〇 可选地，根据本专利技术的制备方法，其中所述纤维二糖酶缓冲液浓度为10?100mg/ ml〇 可选地，根据本专利技术的制备方法，其中所述纤维二糖酶缓冲液与所述TEOS的质量 比为 1:32 ?10:32。 可选地，根据本专利技术的制备方法，其中所述稀碱液为NaOH溶液、K0H溶液或NH3. h2o〇 可选地，根据本专利技术的制备方法，其中所述NaOH溶液的浓度为0. 4?0. 8M。 可选地，根据本专利技术的制备方法，进一步包括： 去除模板干燥步骤：将所述凝胶研碎、加水洗涤除去模板抽滤得到凝胶，将抽滤 得到的凝胶埋入硅胶中干燥3-7天。 根据本专利技术的另一方面，提供了一种根据上述制备方法得到的高活性固定化纤维 二糖酶纳米介孔材料。 根据本专利技术方法制备得到的介孔材料固定化纤维二糖酶的产品活性可达自由纤 维二糖酶活性的90%以上，可重复使用九次以上而保持活性不降低；利用介孔材料固定纤 维二糖酶可以提高纤维二糖酶的储存稳定性和使用温度，延长其在恶劣环境下的存储周 期。本专利技术方法采用非表面活性剂法，在室温、常压、接近中性且几乎是纯水相的环境中制 造出介孔结构，实现溶胶凝胶造孔与原位包埋生物活性物质的同步化，工艺过程简单、条件 温和、环境友好，适宜于工业化。 【附图说明】 通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通 技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术 的限制。在附图中： 图1示出了根据本专利技术的高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的制备方法流 程图； 图2示出了高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的形态； 图3示出了高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的重复使用次数与活性变化 图； 图4示出了根据本专利技术的高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的制备方法原 理图； 图5示出了根据本专利技术的溶胶形成机理图； 图6示出了根据本专利技术的溶胶形成交联网络凝胶化原理图。 【具体实施方式】 本专利技术提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上 下文中。在下述本专利技术的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本专利技术的具体实现方式的 示例性说明，而不构成对本专利技术范围的限制。 根据本专利技术的高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的制备方法，原理如图4所 不〇 根据图4和图1示出的流程图可以看出，该方法首先进入溶胶形成步骤S1100 :常 温下以稀酸为催化剂在搅拌状态下将正硅酸乙酯（TEOS)水解至透明溶胶，并将溶胶中乙 醇抽离至质量含量< 5%。 其中TEOS为正硅酸乙醋，在常温下以稀酸为催化剂，一般采用0. 1?0. 3M的HC1 溶液，HC1溶液与TEOS的质量比为5:32?13:32。常温下在TEOS中边搅拌边加入稀盐酸， 剧烈搅拌10?20min，得到透明的溶胶，将水解后得到的透明溶胶在0-KTC冷却（如放置 在冰箱中进行）2?4h，用高真空系统抽离除去体系水解过程中产生的副产物乙本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的制备方法，该方法包括：溶胶形成步骤S1100：在常温下以稀酸为催化剂将TEOS水解至形成透明溶胶，并将溶胶中的乙醇抽离至质量含量≤5％；凝胶形成步骤S1200：在搅拌下向所述溶胶中依次加入模板溶液和纤维二糖酶缓冲液，用稀碱液将体系调至中性，放置生成凝胶。
【技术特征摘要】
1. 一种高活性固定化纤维二糖酶纳米介孔材料的制备方法，该方法包括： 溶胶形成步骤S1100 :在常温下以稀酸为催化剂将TEOS水解至形成透明溶胶，并将溶 胶中的乙醇抽离至质量含量< 5% ; 凝胶形成步骤S1200 :在搅拌下向所述溶胶中依次加入模板溶液和纤维二糖酶缓冲 液，用稀碱液将体系调至中性，放置生成凝胶。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其中所述稀酸为0. 1?0. 3M的HC1溶液，所述HC1 溶液与所述TEOS的质量比为5:32?13:32。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其中所述模板为葡萄糖、麦芽糖、果糖、二苯甲酰 基-L-酒石酸、环糊精、尿素、甘油、可溶性淀粉、柠檬酸、抗坏血酸或寡肽。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其中所述模板与所述TE...
【专利技术属性】
技术研发人员：危岩，李书润，翟文涛，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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