疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂、制备方法及其应用。所述方法以二乙烯基苯和烷基功能化离子液体为原料，经自由基共聚合成疏水烷基功能化聚离子液体PIL

【技术实现步骤摘要】
疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于固定化酶
，涉及一种疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂、制备方法及其在催化大豆油酯交换制备生物柴油中的应用。

技术介绍

[0002]生物柴油是一种由甘油三酯(triglycerides,TGs)和短链醇经酯交换反应所制得的长链脂肪酸单烷基酯混合物。与化石燃料相比，生物柴油作为一种可持续性的生物燃料，可以通过化学法或酶法催化动/植物油或餐饮废油(waste cooking oil,WCO)获得。其中，WCO的利用在一定程度上可以解决食物残渣过剩引起的资源浪费和处理不当所导致的环境污染及食品安全问题，进一步促进食品供应链底物转化和循环经济的发展。然而，与酶法相比，化学催化法在生物柴油制备过程中存在诸多缺点，如纯化成本高、设备腐蚀损害大、废水污染严重、反应条件苛刻等。因此，从原子经济和环境角度出发，在温和条件下开发一种高效、稳定、可循环的酶催化剂是一种很有前途的绿色技术。
[0003]脂肪酶因其具有通用性强、耐有机溶剂、热稳定性好、环境友好、水解功能化等优点而被广泛应用于生物
南极假丝酵母脂肪酶B(Candida antarctica lipase B,CalB)是一种晶体细胞大小为3
×4×
5nm的高活性脂肪酶。然而，游离脂肪酶在均相酶反应体系中易聚集而失活。因此，通过包埋、共价结合、交联、物理吸附等方式固载酶以克服其聚集效应的固定化技术应运而生。
[0004]研究结果表明，脂肪酶的选择性、活性和稳定性与脂肪酶的固定化方法、脂肪酶与载体的相互作用以及脂肪酶的表面修饰有关。金属有机框架(MOFs)、碳纳米管、磁性纳米颗粒、介孔二氧化硅和层状材料均可被用作脂肪酶载体，通过调节脂肪酶与载体之间的相互作用来提高反应效率。上述载体的比表面积、孔道结构、表面性质、疏水性和官能团都有助于酶的分散和稳定。此外，在固定化脂肪酶的各种载体中，利用界面活化的方法将脂肪酶固定化到疏水载体上已成为人们关注的热点。研究表明，脂肪酶的疏水残基与疏水载体之间的吸附作用可以打开脂肪酶“盖子”，使得催化剂的开放/活性构象可以在疏水
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亲水界面稳定，并与底物密切接触。此外，多电荷载体通过静电相互作用可以紧密地固定脂肪酶。例如，将CalB固定在PMCBs
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DETA上，并以叔丁醇作为溶剂，可获得92.3％的生物柴油产率(Renew.Energy,2020,145,1246
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1254)。Lipase@Fe3O4‑
poly(GMA
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co
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MAA)可以将菜籽油转化为生物柴油，产率和活性恢复率分别为92.8％、67％(Renew.Energy,2020,158,474
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486)。MgFe2O3@OA@CRL的生物柴油收率为98％，活性回收率为94％(Renew.Energy,2020,162,124
‑
133)。然而，由于物理吸附力弱，未能有效保证脂肪酶的催化稳定性。通常会导致其脱落或从载体的疏水位点移开。因此，设计一种新型的亲疏水性可调和相互作用力强的材料作为脂肪酶载体以增强游离CalB的活性和稳定性至关重要。
[0005]聚离子液体(Poly(ionic liquid)s,PILs)是一类骨架含有离子液体单元的新型多功能多孔聚合物，兼具介孔材料、离子液体和聚合物的优点。可以通过单体设计和离子交换调控其表面亲疏水性、官能团或活性位点。并且聚离子液体还具有电荷密度高、比表面积
大、孔隙率良好、热稳定性好等优点。不仅用于气体储存与选择性分离、传感器设计等领域，其作为催化活性中心(如杂多酸、贵金属纳米颗粒和游离酶等)的固定化载体也具有独特的优势。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂、制备方法及其在催化大豆油酯交换制备生物柴油中的应用。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0008]疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂的制备方法，以烷基功能化离子液体单体溴化1
‑
乙烯基
‑3‑
辛基咪唑(VI
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C8)和交联剂二乙烯基苯(DVB)为单体，偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂，经自由基共聚制备烷基功能化聚离子液体(PIL
‑
C8)，并将其作为固定化游离脂肪酶的催化剂载体，具体步骤如下：
[0009]步骤1，疏水烷基功能化聚离子液体的制备：将VI
‑
C8、DVB和AIBN溶解在含有无水乙醇、水和乙酸乙酯的混合溶液中，加热搅拌反应，反应结束后，过滤，水洗，最后干燥得到疏水烷基功能化聚离子液体PIL
‑
C8；
[0010]步骤2，脂肪酶的固定化：按PIL
‑
C8与脂肪酶(CalB)的质量比为1:0.2，将PIL
‑
C8和脂肪酶分散在PBS缓冲溶液中，然后室温搅拌，过滤，水洗，最后真空干燥得到疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂(CalB
0.2
@PIL
‑
C8)。
[0011]优选地，步骤1中，VI
‑
C8、DVB和AIBN的摩尔比为1:1.1:0.11。
[0012]优选地，步骤1中，所述的混合溶液中，无水乙醇、水和乙酸乙酯的体积比为1:1:5。
[0013]优选地，步骤1中，加热温度为80℃，反应时间为24h。
[0014]优选地，步骤1中，干燥温度为50℃，干燥时间为12h。
[0015]优选地，步骤2中，脂肪酶为南极假丝酵母脂肪酶B。
[0016]优选地，步骤2中，PBS缓冲溶液的pH＝7.0。
[0017]优选地，步骤2中，搅拌速度为150rpm，搅拌时间为12h。
[0018]优选地，步骤2中，真空干燥温度为30℃，干燥时间为6h。
[0019]本专利技术还提供上述制备方法制得的疏水聚离子液体固定化脂肪酶。
[0020]进一步地，本专利技术提供上述疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂在催化大豆油酯交换转化为生物柴油中的应用。
[0021]具体地，应用方法为：将疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂、大豆油、水和甲醇混合，30℃～40℃下进行大豆油酯交换反应生产生物柴油。
[0022]本专利技术中，为降低甲醇对CalB的抑制作用，甲醇分2～3次加入，更优选为3次。
[0023]优选地，水的质量为大豆油质量的20％～30％。
[0024]优选地，甲醇与大豆油的摩尔比为5:1～8:1。
[0025]优选地，反应时间为20～24h。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0027](1)采用以疏水调节为主、表面电位辅助的改性体系，聚合物骨架中丰富的离子位能显著提高脂肪酶的吸附能力，同时在催化剂中形成高度分散、稳定、高效的活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.疏水聚离子液体固定化脂肪酶催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，疏水烷基功能化聚离子液体的制备：将VI
‑
C8、DVB和AIBN溶解在含有无水乙醇、水和乙酸乙酯的混合溶液中，加热搅拌反应，反应结束后，过滤，水洗，最后干燥得到疏水烷基功能化聚离子液体PIL
‑
C8；步骤2，脂肪酶的固定化：按PIL
‑
C8与脂肪酶的质量比为1:0.2，将PIL
‑
C8和脂肪酶分散在PBS缓冲溶液中，然后室温搅拌，过滤，水洗，最后真空干燥得到CalB
0.2
@PIL
‑
C8。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，VI
‑
C8、DVB和AIBN的摩尔比为1:1.1:0.11；所述的混合溶液中，无水乙醇、水和乙酸乙酯的体积比为1:1:5。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛美玲，郭轩，李芷君，王俊凯，王倩，黄阿根，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：