一种固定化酶催化剂及其制备方法及其在合成维生素A棕榈酸酯中的应用技术

本发明专利技术公开了一种固定化酶催化剂及其制备方法及其在合成维生素A棕榈酸酯中的应用，该方法利用静电纺丝技术合成金属氧化物的纳米棒，采用疏水性天然有机高分子改性其表面，以声波辅助法将脂肪酶固定在改性载体表面，有效解决了传统酶催化的抗酸性、疏水性以及扩散性差的问题。该发明专利技术还提供所述固定化酶用于合成维生素A棕榈酸酯的应用，该工艺无需有机溶剂，绿色环保，固定化酶能长批次套用，具有极高的理化稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种固定化酶催化剂及其制备方法及其在合成维生素A棕榈酸酯中的应用
本专利技术属于化学合成
，具体涉及一种固定化酶催化剂及其制备方法及其在合成维生素A棕榈酸酯中的应用。
技术介绍
维生素A棕榈酸酯(VA棕榈酸酯)与维生素A乙酸酯(VA醋酸酯)相比，具有碳链长，熔点低，油溶性好，低温稳定性好等优点，是人体和动物正常代谢所不可缺少的一种物质，已广泛应用于化妆品、药物、饲料等。在脂肪酶的存在下发生酯化或酯交换反应得到VA棕榈酸酯是制备VA棕榈酸酯的常用方法之一。专利JP62248495公开了一种脂肪酶催化合成VA棕榈酸酯的方法，在温度为30℃下反应12h，收率仅为80％，反应后脂肪酶的分离较困难。专利CN101200740中公开了一种用脂肪酶催化维生素A与脂肪酸反应合成维生素A脂肪酸酯的方法，反应中加入硅胶，在30℃下反应8小时，转化率约为90％。其中，酶的制备、固定以及维生素A原料制取相对复杂，不适应于连续化工业生产。可以发现，上述专利中酶法反应制取VA棕榈酸酯存在生产周期长、酶的制作成本高，选择性较差，极其酶的化学稳定性等问题，寻找一种绿色环保的生物催化酯化反应，具有良好的经济效应。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种固定化酶催化剂及其制备方法及其在合成维生素A棕榈酸酯中的应用，该固定化酶利用静电纺丝技术合成高分子改性金属氧化物的纳米棒，有效解决了传统酶催化的抗酸性、疏水性以及扩散性差的问题。该专利技术将所得固定化酶用于合成维生素A棕榈酸酯，工艺无需有机溶剂，绿色环保，固定化酶能长批次套用，具有极高的理化稳定性。为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供一种固定化酶催化剂，包括脂肪酶和载体，所述载体为有机高分子改性的金属氧化物。其中所述有机高分子包括甲壳素、木质素、纤维素、淀粉、天然橡胶、果胶等中的一种或多种，优选纤维素，有机高分子的加入，一是能作为助纺剂，较好促进金属氧化物形成均匀分散的纳米棒；二是有机高分子缠绕于金属氧化物表面，增强了其疏水性。所述金属氧化物为金属M的氧化物其中金属M优选为金属Fe、Co、Ti、Ni、Cr、V、Hf、Ce、Zn、Ni的氧化物中的一种或多种，优选为Ti的氧化物；所述脂肪酶包括Chirazymel-2脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶、Novo435脂肪酶、CALB脂肪酶、RMIM脂肪酶、Candidasp.99-125脂肪酶中的一种或多种，优选Candidasp.99-125脂肪酶；优选的，所述脂肪酶的负载量为改性载体质量的1-80.0wt％，优选10-40.0wt％。优选的，制备所述有机高分子改性的金属氧化物时，加入的有机高分子的质量为加入的金属前驱体质量的1～80wt％，优选10～50wt％。所述金属前驱体为金属氧化物相对于金属的盐类或有机物，经焙烧等工艺可得到金属氧化物。所述有机高分子改性的金属氧化物的制备方法为：(1)取将金属前驱体加入至混合溶剂一中，搅拌一定时间后氮封待用，将有机高分子加入到有机溶剂二中配制成一定浓度的有机高分子助纺剂溶液，搅拌并加热至一定温度后氮封待用。(2)将金属前驱体溶液以一定速率滴加至有机高分子助纺剂溶液中，搅拌均匀后转移至静电纺丝用注射器中，于一定电压下电纺，然后再在一定温度下焙烧，制得有机高分子改性的金属氧化物的纳米棒。本专利技术步骤(1)中所述金属前驱体为金属M的盐类或有机物，无机盐有氯化物、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐等；有机物如有机金属卤化物、有机金属膦配位化合物以及有机金属骨架MOF材料等。金属M优选为金属Fe、Co、Ti、Ni、Cr、V、Hf、Ce、Zn、Ni中的一种或多种，优选为Ti；金属前驱体优选含钛的化合物，如四氯化钛、钛酸四丁酯、四氯钛酸钾、硫酸钛、硝酸钛等中的一种或多种，优选钛酸四丁酯。所述步骤(1)中，混合溶剂一为醇和酸的混合物，如甲醇/甲酸、乙醇/乙酸、甲醇/乙酸、异丙醇/丁酸、乙二醇/丁二酸等，优选乙醇/乙酸。醇和酸的体积比为0.1:1～2:1，优选0.5:1～1:1。每克金属前驱体加入的混合溶剂一的体积为1～100mL，优选的10～50mL。本专利技术步骤(1)中，所述有机溶剂二为有机醇类物质，如甲醇、乙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、异丙醇等，优选甲醇。每克有机高分子中加入有机溶剂二的体积为10～1000mL，优选的50～250mL。有机高分子溶液加热至温度为10～100℃，优选30～70℃。本专利技术步骤(2)中，所述有机高分子助纺剂加入到金属前驱体溶液中的时间为0.5～5h，优选1～2.5h。优选的，所述有机高分子的加入量为金属前驱体质量的1-80wt％，优选10-50wt％。优选的，所述电纺的电压为1～30kV，优选10～20kV。电纺时间为1～20h，优选5～10h。所述焙烧温度为100～1000℃，优选300～700℃，焙烧时间为1～20h，优选4～8h。所述固定化酶催化剂的制备方法为：将游离脂肪酶置于的缓冲液中，调节pH后将有机高分子改性的金属氧化物的纳米棒加入其中，于声波辅助条件下将酶均匀固定于复合载体上。本专利技术中所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲液，如磷酸氢钠、磷酸氢二钠、磷酸氢钾、磷酸钠、磷酸钾等中的一种或多种，优选磷酸氢钠；所述缓冲液浓度为0.01mol/L～2.0mol/L，优选0.2mol/L～0.8mol/L。所述pH为3～9，优选4.5～6.5。所述缓冲液的加入量为：每克游离酶干粉中加入的缓冲液的体积为10～200mL，优选50～100mL。本专利技术中，所述游离的脂肪酶的固定化条件为：反应温度20～60℃，优选30～40℃，所述脂肪酶在搅拌条件下进行固定化，转速20～200rpm，优选80～150rpm，均匀搅拌1～10h，优选2～5h，所述声波频率为10～60HZ，优选20～40HZ。所述固定化酶催化剂用于合成维生素A棕榈酸酯。本专利技术提供一种维生素A棕榈酸酯的合成方法，将原料VA醋酸酯和棕榈酸、本专利技术所述的固定化酶催化剂加入反应器，于一定温度和压力下反应一定时间后，取样并以液相色谱分析反应转化率，计算反应选择性。颗粒状的固定化酶经过简单的过滤分离后可进行循环套用。本专利技术VA棕榈酸酯的制备方法中，所述VA醋酸酯首先预热至30～100℃，优选50～60℃。所述VA醋酸酯和棕榈酸的摩尔比为1:0.7～1:2，优选1:1.05～1:1.5。所述固定化酶与VA醋酸酯的质量比为1:100～1:10，优选1:50～1:20。本专利技术VA棕榈酸酯的制备方法中，所述反应器内反应温度为20℃～80℃，优选50℃～60℃；反应时间为1～10h，优选3～7h；所述反应压力为微正压0.001～0.08MPa，优选0.01～0.03MPa；所述搅拌转速为50～700rpm，优选100～400rpm；所述反应气氛为惰性气体氛围，优选氮气，所述氮气流量为1～5mL/min，优选2～3.5mL/min。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固定化酶催化剂，其特征在于，包括脂肪酶和载体，所述载体为有机高分子改性的金属氧化物；/n优选的，所述有机高分子包括甲壳素、木质素、纤维素、淀粉、天然橡胶、果胶中的一种或多种，优选纤维素；/n优选的，所述金属氧化物为金属M的氧化物其中金属M优选为金属Fe、Co、Ti、Ni、Cr、V、Hf、Ce、Zn、Ni中的一种或多种，优选为Ti的氧化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种固定化酶催化剂，其特征在于，包括脂肪酶和载体，所述载体为有机高分子改性的金属氧化物；
优选的，所述有机高分子包括甲壳素、木质素、纤维素、淀粉、天然橡胶、果胶中的一种或多种，优选纤维素；
优选的，所述金属氧化物为金属M的氧化物其中金属M优选为金属Fe、Co、Ti、Ni、Cr、V、Hf、Ce、Zn、Ni中的一种或多种，优选为Ti的氧化物。


2.根据权利要求1所述的固定化酶催化剂，其特征在于，所述脂肪酶包括Chirazymel-2脂肪酶、皱褶假丝酵母脂肪酶、Novo435脂肪酶、CALB脂肪酶、RMIM脂肪酶、Candidasp.99-125脂肪酶中的一种或多种，优选Candidasp.99-125脂肪酶；
优选的，所述脂肪酶的负载量为改性载体质量的1-80.0wt％，优选10-40.0wt％；
优选的，制备所述有机高分子改性的金属氧化物时，加入的有机高分子的质量为加入的金属前驱体质量的1～80wt％，优选10～50wt％。


3.根据权利要求1所述的固定化酶催化剂，其特征在于，所述有机高分子改性的金属氧化物的制备方法为：
(1)取将金属前驱体加入至混合溶剂一中，搅拌一定时间后氮封待用，将有机高分子加入到有机溶剂二中配制成一定浓度的有机高分子助纺剂溶液，搅拌并加热至一定温度后氮封待用；
(2)将金属前驱体溶液以一定速率滴加至有机高分子助纺剂溶液中，搅拌均匀后转移至静电纺丝用注射器中，于一定电压下电纺，然后再在一定温度下焙烧，制得有机高分子改性的金属氧化物的纳米棒。


4.根据权利要求3所述的固定化酶催化剂，其特征在于，所述步骤(1)中所述金属前驱体为金属M的盐类或有机物，无机盐包括氯化物、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐；有机物包括有机金属卤化物、有机金属膦配位化合物以及有机金属骨架MOF材料；
金属M优选为金属Fe、Co、Ti、Ni、Cr、V、Hf、Ce、Zn、Ni中的一种或多种，优选为Ti；优选的，所述步骤(1)中，混合溶剂一为醇和酸的混合物，优选甲醇/甲酸、乙醇/乙酸、甲醇/乙酸、异丙醇/丁酸、乙二醇/丁二酸，更优选乙醇/乙酸；醇和酸的体积比为0.1:1～2:1，优选0.5:1～1:1；
优选的，所述步骤(1)中，每克金属前驱体加入的混合溶剂一的体积为1～100mL，优选的10～50mL。


5.根据权利要求3所述的固定化酶催化剂，其特征在于，步骤(1)中，所述有机溶剂二为有机醇类物质，优选甲醇、乙醇、正丁醇、乙二醇、丙二醇、异丙醇，优选甲醇；
优选的，步骤(1)中，每克有机高分子中加入有机溶剂二的体积为10～1000mL，优选的50～250mL；
优选的，步骤(1)中，有机高分子溶液加热至温度为10～100℃，优选30～70℃。


6.根据权利要求3-5任一项所述的固定化...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗朝辉，林龙，王嘉辉，吕英东，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37