醋酸纤维素整体柱及其酶反应器及制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种醋酸纤维素整体柱及其固定化酶反应器，该醋酸纤维素整体柱的直径为1～10cm，比表面积为60～80m

【技术实现步骤摘要】
醋酸纤维素整体柱及其酶反应器及制备方法、应用
本专利技术属于生物催化
，涉及醋酸纤维素整体柱、及其酶反应器及制备方法、应用。
技术介绍
酶催化法是绿色化学合成的极好方法，因为酶的高化学，立体和区域选择性以及操作过程中的温和条件。在使用过程中，游离酶在某些条件下失去活性，如有机溶剂，极端温度和pH值，并且不容易回收和再利用。固定化酶的使用已经成为一种替代方法，不仅可以减少酶的污染，还可以提高反应介质的稳定性和回收率。事实上，大多数固定化酶被用于间歇式搅拌反应，但仍存在许多问题：(1)摩擦剪切力的存在使酶更容易失活。(2)重复使用清洗回收的过程很麻烦。(3)批量搅拌反应不能连续生产，工业化进程缓慢。将固定化酶应用于填充床反应器可实现连续生产并可长时间重复使用。但是，填充床式固定化酶反应器的填充材料是影响其性能的主要因素，常用的固定化酶载体往往需要进行复杂的表面改性；颗粒填充式固定化酶反应器会多出填充这一步骤，且对设备要求较高。将整体柱作为填充材料可以解决上述问题。整体柱一般分为有机材料和无机材料。无机整体柱的制备困难，操作繁琐，可控性差，制备通常需要很长的老化时间并且容易开裂。其中，硅胶整体柱最为常见，但是由于机械强度原因其最大直径通常在500μm以内，只能用于分离和在线水解等用途，并且仅用于微反应器，限制了在规模化酶反应器中的应用。而有机聚合物整体柱渗透性差，柱压较高，一般应用于高压液相色谱，不适用于规模化的酶反应器。专利101845430A公开了一种有机-无机杂化整体材料及其在固定化酶反应器中应用的方法，以四甲氧或四乙氧基硅烷、2-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷为前体分子，以亚氨基二乙酸为金属离子螯合剂，以十六烷基三甲基溴化氨为模板分子，以辛胺为催化剂，对整体柱表面进行了金属离子修饰，制备过程十分繁琐。专利102391947A公开了一种多孔整体柱固定化酶微反应器的制备方法，但需要对整体柱表面进行半胱胺和金纳米粒子修饰，制备过程繁琐，且由于机械强度原因尺寸通常限于微米级。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种醋酸纤维素整体柱，机械强度较好，通透性好，适合于作为酶反应器的载体，且无需繁琐的填充过程，无需表面改性即能实现酶的吸附固定化，整体柱易于放大，能进行长时间的连续化生产。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：醋酸纤维素整体柱，直径为1～10cm，内部为大孔-介孔分级孔结构，大孔的孔径尺寸为1～3μm，介孔的孔径尺寸为5～30nm，比表面积为60～80m2/g。上述醋酸纤维素整体柱的制备方法，首先将醋酸纤维素粉末溶解在溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，然后加入正己醇并进行加热搅拌，得到透明溶液；将所得透明溶液倒入玻璃管，置于恒温环境进行相分离；接着，将相分离所得固体进行索氏提取，用乙醇置换溶剂，真空干燥后，得到醋酸纤维素整体柱(CA-MN)。按上述方案，N，N-二甲基甲酰胺、醋酸纤维素、正己醇的用量比例为1mL：(0.15-0.2)g：(1.25-1.50)mL；加热搅拌的温度为65～70℃；恒温环境为20～25℃，相分离时间为36～48h；索氏提取温度为110～125℃，时间为48～72h；真空干燥温度为30～50℃，时间为6～24h。在上述醋酸纤维素整体柱的基础上，本专利技术还提供一种整体柱酶反应器，由酶、用于固定所述酶的载体醋酸纤维素整体柱、热缩管以及四氟乙烯密封头组成。其制备方法的主要步骤如下：1)醋酸纤维素整体柱的制备：首先将醋酸纤维素粉末溶解在溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，然后加入正己醇并进行加热搅拌，得到透明溶液；将所得透明溶液倒入玻璃管，置于恒温环境进行相分离；接着，将相分离所得固体进行索氏提取，用乙醇置换溶剂，真空干燥后，得到醋酸纤维素整体柱(CA-MN)；2)醋酸纤维素整体柱反应器的制备：将醋酸纤维素整体柱用热缩管包覆，用四氟乙烯密封头进行密封，得到醋酸纤维素整体柱反应器；3)酶在醋酸纤维素整体柱反应器里的固定化：将酶分散到缓冲溶液中，配制得到酶溶液；酶溶液在蠕动泵的驱动下以一定流速通过醋酸纤维素整体柱反应器进行酶的固定化，得到醋酸纤维素整体柱酶反应器。按上述方案，步骤3)中，醋酸纤维素整体柱上酶的固载量为50～400mg/g。按上述方案，步骤3)中，酶的固定化温度为10～37℃，流速为(0.15～2.0)mL/min。按上述方案，所述的酶主要包括猪胰腺酶、皱褶假丝酵母脂肪酶、解脂假丝酵母脂肪酶、南极假丝酵母脂肪酶、洋葱假单胞菌脂肪酶、米根霉、磷脂酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、组织蛋白酶、木瓜蛋白酶、果胶酶。上述醋酸纤维素整体柱酶反应器用于酶促反应时，将醋酸纤维素整体柱酶反应器置于柱温箱中保持一定温度，反应溶液在蠕动泵的驱动下以一定流速通过醋酸纤维素整体柱酶反应器进行酶促反应。其中，酶促反应的温度为30～70℃，根据整体柱的直径不同，流速为(0.10～10.0)mL/min。按上述方案，所述的酶促反应主要包括酯化、酯交换、酯水解、蛋白质水解、磷脂、果胶水解等反应。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术首次提出以醋酸纤维素整体柱为载体来固定化酶并进行连续化催化反应，通过液-液和固-液聚合物结晶相分离的两步，产生了醋酸纤维素大孔-介孔的分级孔结构，生成的厘米级整体柱机械强度较好，通透性好，适合于作为酶反应器的载体。2.本专利技术所述整体柱酶反应器提供了相对充足的酶催化位点，整体柱中的介孔为酶的固定提供了空间，大孔利于反应液的通过并增强底物与酶之间的对流传质效率，使反应更加快速并且转化率高。3.与颗粒型固定化酶相比，本专利技术所述整体柱酶反应器，避免了固定化酶在批次搅拌反应过程中受到摩擦、剪切力的损伤和清洗回收过程的损耗，从而大幅提高酶的稳定性和重复使用性能。4.与颗粒型填充反应相比，本专利技术所述整体柱酶反应器，具有制备方法简单，无需繁琐的填充过程，酶使用寿命长，可长时间连续化生产等特点。附图说明图1为实施例2所得醋酸纤维素整体柱的横截面扫描电镜图。图2为实施例2所得醋酸纤维素整体柱的氮气洗脱附和介孔孔径分布图。图3为整体柱酶反应器装置图。具体实施方式以下的实施例仅用于详细阐明本专利技术的内容，便于更好地理解本专利技术，包含在本专利技术保护的范围之内，但不限制本专利技术。实施例1一种整体柱酶反应器的制备方法及应用，它包括如下步骤：1)醋酸纤维素整体柱的制备：将2g醋酸纤维素粉末完全溶解在10mL溶剂N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，在65℃的条件下缓慢加入12.5mL正己醇，并进行搅拌，直至透明；将所得透明溶液倒入玻璃管，置于25℃恒温箱中48h进行相分离；将相分离所得固体用乙醇置换溶剂，120℃下进行索氏提取72h，最后在40℃下真空干燥12h，得到醋酸纤维素整体柱(CA-MN，长5cm，直径1cm)；2)醋酸纤维素整体柱反应器的制备：将醋酸纤维素整体柱用热缩管包覆，用四氟乙烯密封头进行密封；3)脂肪酶在醋酸纤维素整体柱反应器里的固定化：将3g南极假丝酵母脂肪酶分散到30mL、50mmol、pH7.0的磷酸盐缓冲溶液中，配制酶溶液；在20℃下，酶溶液在蠕动泵的驱动下以0.70ml/min流速通过醋酸纤维素整体柱反应器进行酶的固定化，通过缓冲溶液清洗，干燥得到醋酸纤维素本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.醋酸纤维素整体柱，其特征在于它的直径为1～10cm，比表面积为60～80 m2/g，且其为大孔‑分孔分级孔结构，介孔的孔径尺寸为5～30 nm，大孔的孔径尺寸为1～3 μm；制备方法为：将醋酸纤维素粉末溶解在溶剂N，N‑二甲基甲酰胺中，加入正己醇，加热并进行搅拌，将所得透明溶液倒入玻璃管，置于恒温环境进行相分离，将相分离所得固体进行索氏提取，用乙醇置换溶剂，真空干燥得到醋酸纤维素整体柱。

【技术特征摘要】
1.醋酸纤维素整体柱，其特征在于它的直径为1～10cm，比表面积为60～80m2/g，且其为大孔-分孔分级孔结构，介孔的孔径尺寸为5～30nm，大孔的孔径尺寸为1～3μm；制备方法为：将醋酸纤维素粉末溶解在溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，加入正己醇，加热并进行搅拌，将所得透明溶液倒入玻璃管，置于恒温环境进行相分离，将相分离所得固体进行索氏提取，用乙醇置换溶剂，真空干燥得到醋酸纤维素整体柱。2.一种整体柱酶反应器，其特征在于它包括酶、用于固定所述酶的载体醋酸纤维素整体柱、热缩管以及四氟乙烯密封头；所述的醋酸纤维素整体柱的直径为1～10cm，比表面积为60～80m2/g，且其为大孔-分孔分级孔结构，介孔的孔径尺寸为5～30nm，大孔的孔径尺寸为1～3μm。3.权利要求2所述整体柱酶反应器的制备方法，其特征在于主要步骤如下：1）醋酸纤维素整体柱的制备：将醋酸纤维素粉末溶解在溶剂N，N-二甲基甲酰胺中，加入正己醇，加热并进行搅拌；将所得透明溶液倒入玻璃管，置于恒温环境进行相分离；将相分离所得固体进行索氏提取，用乙醇置换溶剂，真空干燥得到醋酸纤维素整体柱；2）醋酸纤维素整体柱反应器的制备：将醋酸纤维素整体柱用热缩管包覆，用四氟乙烯密封头进行密封；3）酶在醋酸纤维素整体柱反应器里的固定化：将酶分散到缓冲溶液中，配制得到酶溶液；酶溶液在蠕动泵的驱动下以一定流速通过醋酸纤维素整体柱反应器进行酶的固定化，得到醋酸纤维素整体柱酶反应器。4.根据权利要求3所述的整体柱酶反应器的制备方法，其特征在于步...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑明明，黄凤洪，肖禹勤，时杰，汤虎，邓乾春，
申请(专利权)人：中国农业科学院油料作物研究所，
类型：发明
国别省市：湖北,42