固定化酶及其制备方法技术

本发明专利技术公开了固定化酶及其制备方法，其中，该固定化酶包括：基质，所述基质是由竹炭粉形成的；连接子，所述连接子沉积在所述基质表面；以及酶，所述酶与所述连接子结合。该固定化酶采用来源广泛、环境友好、价格低廉、孔隙率发达的竹炭粉为载体基质，并且基质表面沉积有连接子，该连接子能提高固定化酶载体材料的化学稳定性和生物相容性，通过连接子介导吸附固定脂肪酶。该固定化酶稳定性好、催化活性高、分离成本低、可重复利用。可重复利用。

【技术实现步骤摘要】
固定化酶及其制备方法


[0001]本专利技术涉及生物
，更具体地，涉及固定化酶及其制备方法。

技术介绍

[0002]酶是一种高效、绿色、应用广泛的生物催化剂,因其固定化形态在多种性质上均优于游离态,酶固定化技术应运而生并不断发展。我国固定化技术研究始于20世纪70年代,目前固定化酶在食品、医疗、能源、环境治理等领域得到了广泛的应用,固定化酶技术已成为酶工程研究的重点和热点之一。
[0003]固定化酶性能很大程度上受到固定载体和固定方法的影响，开发对酶活影响最小且不容易发生泄漏的载体材料和固定技术一直是固定化酶的研究目标。随着生物技术与材料、化学等学科的不断交叉发展，新的载体修饰方法和新型材料不断涌现，丰富了固定化技术研究的载体来源，涌现一批围绕新型载体展开的固定化策略研究。迄今包括金属有机框架材料、磁性纳米、二氧化硅等材料已成功用于酶固定化。各种固定化酶载体材料都有其各自的优点,相应的研究开发也得到了长足的发展,取得了许多重要成果。目前新型固定化技术研究主要集中在进一步提高酶活性，增强固定化酶环境耐受性以及操作稳定性。但新型固定化技术的研究容易陷入载体制备过程繁琐、生产投入较高的缺陷之中。
[0004]因此，构筑简单高效、绿色经济及性能优异的固定化酶的合成方法学具有十分重要的科学研究和实际应用意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种固定化酶，该固定化酶以具有多孔结构和较高孔隙度、价格低廉的天然竹炭作为基质材料，以连接子介导吸附固定脂肪酶，不仅克服了游离酶稳定性差、分离成本高、无法重复利用等不足，其制备方法简单，反应条件温和。相较于竹炭直接吸附脂肪酶，沉积连接子的竹炭载体不仅酶固载量高，且所制得的固定化酶对底物具有更高的亲和性和更高的酶催化效率。
[0006]需要说明的是，本专利技术是基于专利技术人的下列工作而完成的：
[0007]载体是酶固载中比较重要的一部分，因此，近年来新型载体如金属有机骨架材料、磁性纳米材料等材料在酶固定化
备受关注。但新型固定化技术的研究容易陷入制备过程繁琐、生产投入较高的缺陷之中。专利技术人采用价格低廉、孔隙率发达、环境友好的竹炭为载体基质，利用多巴胺作为还原剂在竹炭表面沉积纳米金，不仅提高固定化酶载体材料的化学稳定性和生物相容性，而且提高了酶对底物的亲和性和酶催化效率，其制备方法操作简单，反应条件温和。
[0008]因而，根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种固定化酶。根据本专利技术的实施例，该固定化酶包括：基质，所述基质是由竹炭粉形成的；连接子，所述连接子沉积在所述基质表面；以及酶，所述酶与所述连接子结合。
[0009]根据本专利技术实施例的固定化酶，采用来源广泛、价格低廉、孔隙率发达、环境友好的竹炭粉为载体基质，并且基质表面沉积有连接子，该连接子能提高固定化酶载体材料的化学稳定性和生物相容性，通过连接子介导吸附固定脂肪酶，分离成本低、可重复利用。相比于游离酶，固定化脂肪酶对催化环境耐受性增强，其热稳定性、重复利用性等显著提高。同时，连接子的存在促进了固定化酶对底物的亲和性及其催化效率。
[0010]另外，根据本专利技术上述实施例的固定化酶，还可以具有如下附加的技术特征：
[0011]根据本专利技术的实施例，所述连接子为金纳米粒。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述连接子通过多巴胺沉积在所述基质表面。
[0013]根据本专利技术的实施例，所述固定化酶的催化pH值为6
‑
9，优选地，为8。
[0014]根据本专利技术的另一个方面，本专利技术提供了制备前述固定化酶的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：将竹炭粉与第一缓冲溶液进行第一混合，以便得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液与还原剂进行第二混合，以便得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液与金属盐进行第三混合，以便利用所述还原剂还原所述金属盐，使金属沉积在所述竹炭粉的颗粒表面，得到载体中间体；以及将所述载体中间体分散在第二缓冲溶液中，再与酶溶液进行第四混合，以便使所述酶溶液中的酶结合到所述连接子上，获得所述固定化酶。
[0015]根据本专利技术实施例制备前述固定化酶的方法，以低成本、孔隙率发达的竹炭为载体基质，基质来源广泛、硬度和比表面积都较大，生物相容性更优于其它碳材料，且极具环保性，符合绿色化学和可持续发展的理念。并且，利用还原剂还原金属盐在竹炭表面沉积金属，以金属为连接子连接酶，提高固定化酶载体材料的化学稳定性和生物相容性，通过连接子介导吸附固定脂肪酶，其制备方法操作简单，反应条件温和；且酶固定化率高，所制得的固定化酶对底物具有更高的亲和性和更高的酶催化效率。
[0016]根据本专利技术的实施例，所述第一缓冲液的pH值为7.5
‑
9.0。
[0017]根据本专利技术的实施例，所述第二缓冲液为磷酸盐缓冲液，优选地，所述磷酸盐缓冲液的浓度为40
‑
60mM，pH值为6.0
‑
9.0。
[0018]根据本专利技术的实施例，所述金属为金纳米粒。
[0019]根据本专利技术的实施例，所述金属盐为金盐，优选地，为氯金酸。
[0020]根据本专利技术的实施例，所述还原剂为多巴胺。
[0021]根据本专利技术的实施例，所述竹炭粉、所述还原剂、所述金属盐和所述第一缓冲溶液的比例为1g:20
‑
40mg:0.3
‑
0.5mMol:20
‑
40mL，优选地，为1g:25
‑
35mg:0.35
‑
0.45mMol:25
‑
35mL。
[0022]根据本专利技术的实施例，所述载体中间体与所述酶溶液中的酶的质量比为1:0.15
‑
0.4。
[0023]根据本专利技术的实施例，所述第二混合为在室温下第一磁力搅拌20
‑
30min。
[0024]根据本专利技术的实施例，所述第三混合为在室温下继续磁力搅拌反应1
‑
2小时。
[0025]根据本专利技术的实施例，所述第四混合是在30
‑
65℃条件下，第二磁力搅拌0.5
‑
4h。
[0026]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0027]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0028]图1显示了根据本专利技术一个实施例的扫描电镜图，其中A和B竹炭，C为竹炭
‑
聚多巴胺
‑
纳米金(C
‑
PDA
‑
Au)固定化酶载体；
[0029]图2显示了根据本专利技术一个实施例的X射线光电子能谱(XPS)谱图，其中，A为竹炭，B为竹炭
‑
聚多巴胺
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固定化酶，其特征在于，包括：基质，所述基质是由竹炭粉形成的；连接子，所述连接子沉积在所述基质表面；以及酶，所述酶与所述连接子结合。2.根据权利要求1所述的固定化酶，其特征在于，所述连接子为金纳米粒，任选地，所述连接子通过多巴胺沉积在所述基质表面。3.根据权利要求1所述的固定化酶，其特征在于，所述固定化酶的催化pH值为6
‑
9，优选地，为8。4.一种制备权利要求1
‑
3任一项所述固定化酶的方法，其特征在于，包括：将竹炭粉与第一缓冲溶液进行第一混合，以便得到第一混合溶液；将所述第一混合溶液与还原剂进行第二混合，以便得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液与金属盐进行第三混合，以便利用所述还原剂还原所述金属盐，使金属沉积在所述竹炭粉的颗粒表面，得到载体中间体；以及将所述载体中间体分散在第二缓冲溶液中，再与酶溶液进行第四混合，以便使所述酶溶液中的酶结合到所述连接子上，获得所述固定化酶。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一缓冲液的pH值为7.5
‑
9.0，任选地，所述第二缓冲液为磷酸盐缓冲液，优选地，所述磷酸盐缓冲液的浓度为40
‑
60mM，pH值为6.0

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，姚桂红，邢仕歌，姚美伊，
申请(专利权)人：中国检验检疫科学研究院，
类型：发明
国别省市：