一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法；一种仿生连续水解反应系统，其特征在于，该系统包括依次连接的进料装置、动力装置、仿生反应器和出料装置；所述仿生反应器包括多个串联连接的酶反应段，每个酶反应段的腔体内壁间隔设置有若干凸起单元，以增加腔体单位反应面积、加速腔体内反应物的混合和提高酶解反应效率；在每个酶反应段的腔体内壁负载有多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积涂层，在涂层的外表面负载有酶催化层；每个酶反应段的外表面设置有保温层；每个酶反应段均设置为能拆解结构，能拆解结构用以实现对酶反应段进行拆解，以便对酶反应段内部的酶催化层进行查看和补充；本发明专利技术可广泛应用于环保、化工以及能源等领域。等领域。等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法


[0001]本专利技术涉及生物
，尤其涉及一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法。

技术介绍

[0002]随着节能环保的概念的普及，针对天然可再生能源进行深入开发已成为行业趋势，尤其是天然可再生木材经过化学处理、机械法加工得到的木质纤维素，木质纤维素是一种无毒、无味、无污染和无放射性的有机絮状纤维物质，具有优良的柔韧性及分散性；木质纤维素不溶于水、弱酸和碱性溶液，pH值中性；木质纤维素比重小。木质纤维素主要由木质素、纤维素和半纤维素三组分构成，半纤维素连接着外侧的木质素和内侧的纤维素。纤维素和半纤维素等多糖可以被转化制备单糖，并用于生产燃料或化工原料，从而降低对不可再生资源的依赖和减少二氧化碳排放，对利用可再生资源和改善生态环境等具有十分重要的意义。
[0003]在现有的自然界中，白蚁是能够高效降解木质纤维素的昆虫之一，其主要借助于白蚁自身的结构，通过口器和砂囊将木质纤维素物理破碎成细小颗粒，并在唾腺分泌的漆酶的作用下对木质素进行初步降解，之后在中肠酶解消化非结晶纤维素及半纤维素，再进入后肠进行结晶纤维素的转化，同时，白蚁肠道表面存在绒毛、褶皱等微结构，能够增大肠道比表面积，并在一定程度上强化物质混合。但其中的分解酶是呈游离状态分布在白蚁体内，在消化过程中上一阶段的分解酶是会随着分解消化的进程不断流通至下一分解阶段，存在大量分解酶的消耗。
[0004]以及现有技术公开号为CN213681497U公开了一种木质纤维素连续化处理装置，包括依次连接的配料罐、调浆罐、加热盘管、闪蒸罐、反应管道、冷却罐、pH调节罐和固液分离罐。该装置一方面采用氨化、碱相结合的手段，其可实现温和条件下的木质纤维素连续化处理，且能耗低，预处理效果好。但其中采用的酶均为游离体系，在单次反应后无法实现酶的重复利用，生产成本较高，并且通过对原料的应用前需要通过酸、碱等化学方法进行预处理，对预处理设备要求高，并且酸碱试剂可能造成腐蚀，且预处理后会产生抑制物，不利于后续的酶解及发酵。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提出一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法，旨在解决现有技术中无法实现酶的重复利用的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是，一种仿生连续水解反应系统，其特征在于，该系统包括依次连接的进料装置、动力装置、仿生反应器和出料装置；
[0007]所述仿生反应器包括多个串联连接的酶反应段，每个酶反应段的腔体内壁间隔设置有若干凸起单元，以增加腔体单位反应面积、加速腔体内反应物的混合和提高酶解反应效率，并且在每个酶反应段的腔体内壁负载有多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积涂层，在涂层的
外表面负载有酶催化层；每个酶反应段的外表面设置有保温层；
[0008]每个酶反应段均设置为能拆解结构，能拆解结构用以实现对酶反应段进行拆解，以便对酶反应段内部的酶催化层进行查看。
[0009]本专利技术采用聚乙烯亚胺辅助多巴胺共沉积构建功能化涂层，多巴胺可以在碱性条件下通过自聚合形成具有活性醌基的聚多巴胺涂层，可以与酶的氨基通过席夫碱反应共价结合。聚乙烯亚胺是具有丰富氨基的柔性间隔臂，可以与酶的羧基进行酰胺键结合。将含酶溶液通入具有共沉积涂层的微反应器，在室温条件下孵育，使酶固定到载体表面。
[0010]本专利技术反应底物连续流入仿生反应器，扩散至壁面与酶催化层吸附并发生催化反应，反应后的产物从酶催化层表面脱附，扩散回主体溶液并流入下一个酶反应段进行反应，以此类推，最终在出料装置进行产物收集。
[0011]根据本专利技术所述的仿生连续水解反应系统的优选方案，每个酶反应段均连接有采集装置，所述采集装置用于对酶反应段腔体内反应物进行采集，并将采集物输送给分析处理装置，所述分析处理装置与动力装置连接，所述分析处理装置对采集物的成分进行分析，以监控各酶反应段内部的催化反应情况，进而调控所述动力装置的输出功率。
[0012]根据本专利技术所述的仿生连续水解反应系统的优选方案，所述仿生反应器包括三个串联连接的酶反应段；与动力装置连接的酶反应段是漆酶反应段，与出料装置连接的酶反应段是纤维素酶反应段，连接在漆酶反应段与纤维素酶反应段之间的酶反应段为半纤维素酶反应段；所述漆酶反应段负载的酶催化层为漆酶催化层，所述半纤维素酶反应段负载的酶催化层为半纤维素酶催化层，所述纤维素酶反应段负载的酶催化层为纤维素酶催化层。
[0013]漆酶反应段可以对木质纤维素外侧的木质素进行降解与结构修饰，增加酶对木质纤维素中多糖部分的可及性。半纤维素酶反应段、纤维素酶反应段可以依次催化木质纤维素中的半纤维素及纤维素转化为可供后续发酵的木糖、葡萄糖等单糖。进而实现特定的酶对特定组分进行修饰或降解。
[0014]根据本专利技术所述的仿生连续水解反应系统的优选方案，所述仿生反应器还包括预热反应段，所述预热反应段位于所述漆酶反应段与半纤维素酶反应段之间。预热反应段用于将待处理物预热到一定的温度，以便后续的催化酶进行催化反应。
[0015]根据本专利技术所述的仿生连续水解反应系统的优选方案，所述多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积层是将一定浓度的多巴胺与聚乙烯亚胺的混合溶液以预设流速充满酶反应段内腔，然后在持续流通预设时间后，冲洗酶反应段，再对酶反应段干燥处理后制得。
[0016]根据本专利技术所述的仿生连续水解反应系统的优选方案，所述酶催化层是将含酶溶液通入具有多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积层的酶反应段内腔，在室温条件下孵育，之后用缓冲溶液冲洗反应段以去除未结合的酶，获得酶催化层。
[0017]此外，为实现上述目的，本专利技术还提出一种采用上述任一项所述的一种仿生连续水解反应系统进行酶解的方法，所述方法包括以下步骤：
[0018]将一定浓度的木质纤维素浆液加入至进料装置，所述木质纤维素浆液为木质纤维素颗粒与缓冲溶液的混合溶液；
[0019]启动动力装置，将所述进料装置中的木质纤维素浆液输送至仿生反应器的每个酶反应段，每个酶反应段负载的酶催化层对混合溶液进行相应的酶解反应；
[0020]根据木质纤维素浆液浓度、各个酶反应段的长度来确定在各个酶反应段的持续反
应时间，反应完成后通过出料装置对固液相产物进行收集。
[0021]优选地，所述木质纤维素浆液的浓度为5
‑
50g/L，所述缓冲溶液的pH值为3～7的柠檬酸
‑
柠檬酸钠混合溶液。
[0022]本专利技术所述的一种仿生连续水解反应系统及其进行酶解的方法的有益效果是：
[0023]通过负载在每个酶反应段内部的多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积层吸附不同的催化酶，进而实现对催化酶的固定，并且将负载有不同酶催化层的酶反应段依次串联，进而实现对木质纤维素的依次降解处理，以及避免催化酶的流动损失，使得负载的催化酶层可以重复使用，以及不需要增加分离装置对催化酶与产物进行分离处理，进而简化酶催化的工艺也降低了酶的成本投入，以及有效提升酶解反应效率；通过将每个酶反应段均设置为能拆解结构，用以实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仿生连续水解反应系统，其特征在于，该系统包括依次连接的进料装置(1)、动力装置(2)、仿生反应器(9)和出料装置(8)；所述仿生反应器(9)包括多个串联连接的酶反应段(40)，每个酶反应段的腔体内壁间隔设置有若干凸起单元，以增加腔体单位反应面积、加速腔体内反应物的混合和提高酶解反应效率，并且在每个酶反应段的腔体内壁负载有多巴胺与聚乙烯亚胺共沉积涂层，在涂层的外表面负载有酶催化层；每个酶反应段的外表面设置有保温层；每个酶反应段均设置为能拆解结构，能拆解结构用以实现对酶反应段进行拆解，以便对酶反应段内部的酶催化层进行查看。2.根据权利要求1所述的仿生连续水解反应系统，其特征在于，每个酶反应段均连接有采集装置，所述采集装置用于对酶反应段腔体内反应物进行采集，并将采集物输送给分析处理装置，所述分析处理装置与动力装置(2)连接，所述分析处理装置对采集物的成分进行分析，以监控各酶反应段内部的催化反应情况，进而调控所述动力装置(2)的输出功率。3.根据权利要求1或2所述的仿生连续水解反应系统，其特征在于，所述仿生反应器(9)包括三个串联连接的酶反应段(40)；与动力装置(2)连接的酶反应段是漆酶反应段(3)，与出料装置(8)连接的酶反应段是纤维素酶反应段(6)，连接在漆酶反应段(3)与纤维素酶反应段(6)之间的酶反应段为半纤维素酶反应段；所述漆酶反应段负载的酶催化层为漆酶催化层，所述半纤维素酶反应段负载的酶催化层为半纤维素酶催化层，所述纤维素酶反应段负载的酶催化层为纤维素酶催化层。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖强，林凯，夏奡，黄云，朱贤青，朱恂，邓志超，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：