一种新型高强度载体的制备及其在固定化酶上的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种新型高强度载体的制备及其在固定化酶上的应用。此类载体是由含双键和氰基的功能单体、含两个或两个以上双键的交联剂在致孔剂的存在下进行悬浮自由基共聚合，所得到的交联聚合物再经过功能基化反应，得到含有氨基功能基的大孔树脂。该树脂用作固定化酶载体具有载酶活力高、机械强度高和储存稳定性好等优点。性好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种新型高强度载体的制备及其在固定化酶上的应用


[0001]本专利技术涉及一种含有氰基的大孔氨基树脂载体，该树脂载体强度明显高于现有产品，采用该系列树脂载体制备的固定化酶活性明显提高。
技术背景
[0002]酶催化反应具有反应条件温和、以水为反应介质、催化反应选择性高和转化率高等优点。同时酶也有稳定性差、价格昂贵、难以与产物分离和难以回收再利用等缺点。将酶固定于载体上便于其催化反应的发生可以很好地解决上述问题。固定化酶是将游离酶经过一定的化学或物理方法处理，使其局限在一定的空间内进行催化反应的不溶性的可以重复或连续使用的酶。固定化酶的形式多样，按照不同的样式可以分为颗粒型、线条型、薄膜型和酶管型，其中颗粒型可以应用于制备酶柱或直接应用在反应釜中进行大规模搅拌催化反应，从而成为工业发酵生产中应用最为广泛的样式。固定化酶的性能主要取决于固定化方法和所使用的载体材料。酶的固定化方法中共价结合法，又称共价偶联法，是将酶蛋白的侧链基团与载体中的活性官能团进行共价键合，形成牢固而不可逆的连接。固定化后的酶表现出良好的稳定性，可以连续使用而且具有较高的活性，成为目前应用和研究中最为常见、最为活跃的一类酶固定化方法。载体材料的结构和性质也直接决定着固定化酶性能的发挥，酶的固定化对载体材料有很高的要求。人工合成的有机高分子材料与天然高分子材料和传统的无机材料相比，具有机械强度强、热稳定性和化学稳定性高，具有良好的反应聚合能力和优异的耐溶剂性，且结构和性能更容易调节控制等优点，有利于固定化酶技术的广泛应用。当前人工合成高分子材料载体主要有聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酸酯或丙烯酰胺两大类，均有不足之处。一般来说，前者亲和性、选择性较差，且骨架柔韧性差，重复使用易于脆裂；后者则在孔隙率高的情况下，难于保持很好的机械强度。二者最终都导致固定化酶活性下降。

技术实现思路

[0003]针对上述现有固定化酶载体的问题，特别是固定化酶载体的机械强度差导致的酶活降低，本专利技术提供一种新型高强度载体的制备方法及其在固定化酶上的应用。本专利技术选用具有比表面积大、机械强度高、稳定性高、价格低、易制备、易分离的含氰基的交联聚合物微球作为固定化酶载体的基质，(BOZENA N.KOLARZ et.al，POLYACRYLAMIDE SORBENTS SYNTHESIS ANDSORPTION PROPERTIES，Reactive Polymers，11，1989，29
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35；ANDRZEJ TROCHIMCZUK et. al，ACRYLIC ANION EXCHANGERS AND THEIR SORPTION PROPERTIES TOWARDS COPPER(II)ANDCOBALT(II)，Reactive Polymers，7，1988，197
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202)。含氰基的交联聚合物微球含有大量活泼的氰基，容易进行化学改性，使其带有所需的官能团，可为酶的固定化提供有效的结合位点和简单、温和的固定化过程。
[0004]氨基是固定化酶载体比较常用的活性基团(于浩峰等，CN107641623B)。本专利技术了一种新型大孔树脂作为固定化酶载体，该类树脂含有通用的伯氨基，合成成本低，储存稳定
性好、机械强度高且对于青霉素G酰化酶、D
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氨基酸氧化酶、GL
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ACA酰化酶等在内的多种工业酶具有较好的固定化效果。
[0005]本专利技术的酶固定化载体的制备方法为，第一步为制备含氰基的交联聚合物，第二步为含氰基的交联聚合物与氨基化试剂进行反应引入氨基功能基，然后与过量的二醛反应，二醛中的一个醛基与载体上的氨基反应形成希夫碱而使二醛共价固载于载体上，固载于载体上的二醛的另一个未参与反应的醛基作为活性基团，酶的固定化过程为酶分子的氨基与载体上的活性醛基反应形成希夫碱，使酶固定化于载体上。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：含双键和氰基的功能单体与含有个或两个以上双键的交联剂在致孔剂的存在下进行悬浮自由基共聚合，得到含氰基的交联聚合物，所得到的含有氰基的交联聚合物与过量的含有两个伯氨基的氨基化试剂进行功能基化反应，得到含有氨基的大孔树脂。所述含氰基的交联聚合物的制备方法为由含双键和氰基的功能单体、含两个或两个以上双键的交联剂在致孔剂、自由基引发剂存在下进行悬浮自由基共聚合得到。其中，功能单体、致孔剂和引发剂混溶为油相，分散剂、盐和水混溶为水相。所述含双键和氰基的功能单体包括含丙烯腈、甲基丙烯腈和2
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丁烯腈中一种或多种的组合，优选的，为一种或二到三种不同单体的组合。所述两个或两个以上双键的交联剂包括二乙烯苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、衣康酸烯丙基酯、三聚氰酸三烯丙基酯、三聚异氰酸三烯丙基酯中一种或多种的组合，其中优选的为而其中一种或二到三种的组合。上述单体加入适当的致孔剂和引发剂，搅拌溶解后加入分散介质中，采用业内熟知的方法悬浮聚合。其中所用的致孔剂包括甲苯、乙苯、己烷、庚烷、辛烷、十二烷、液态石蜡、乙酸丁酯、丁醇、己醇、环己醇、辛醇中一种或多种的组合，优选的为1种或二到三种的组合。自由基引发剂包括过氧化物，例如过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、过氧化硬脂酰、二叔己基过氧化物、二叔丁基过氧化物等，或者偶氮化合物，例如偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈，以上所有化合物中一种或多种的组合。分散剂没有特别限制，只要其在悬浮聚合中有分散稳定的作用即可。包括亲水性保护胶体剂，比如聚乙烯醇、聚丙烯酸、明胶、淀粉和羧基甲基纤维素中一种或多种的组合。一般地，分散相中还含有一种或多种无机盐，包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵中一种或多种的组合。本专利技术所描述的含氰基的交联聚合物的制备方法为悬浮自由基共聚。其中，水相与油相的比例为3～10，优选的比例为4～8；分散稳定剂在水相中的用量为0.1～2％，优选的用量为0.5～1％；盐在水相中的用量为0～ 30％，优选的为3～10％；油相中含双键和氰基的单体在可聚合单体中的含量为50％～95％，优选的含量为60～70％；交联剂在可聚合单体中的含量为5％～50％，优选的含量为8～20％；致孔剂与可聚合单体的比例为3/10～2/1，优选的比例为1/2～1/1；引发剂用量与可聚合单体的比例为0.2～2％，优选的比例为0.5～1％；上述含量或比例都以重量计。聚合得到的含氰基交联聚合物与过量的含有两个伯氨基的氨基化试剂的反应进行衍生化，制备含有氨基的固定化酶用载体。所用的含有两个伯氨基的氨基化试剂包括：乙二胺、1，4
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丁二胺、1，6
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己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的一种或多种的组合，优选的为一或一到三种的组合；氨基化反应所用氨基化试剂中含有0～20％(质量比)的水，优选的含有0～10％的水；氨基化反应的温度为80～160℃，优选的为85～120℃；氨基化反应时间为5～24小时，优选的为 8～12小时。
[0007]含氨基的微球与过量的二醛反应形成单希夫碱而引入醛基，所用的二醛包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于酶固定化的含醛基的高强度载体(大孔树脂)，其特征在于：所述的大孔树脂是由含有氰基的交联聚合物与过量的含有两个伯氨基的氨基化试剂反应得到含氨基的树脂，然后与过量的二醛反应得到。2.根据权利要求1所述的大孔树脂的制备方法，其特征在于：所述含氰基的交联聚合物的制备方法为由含双键和氰基的功能单体、含两个或两个以上双键的交联剂在致孔剂、自由基引发剂存在下进行悬浮自由基共聚合得到，其中，功能单体、致孔剂和引发剂混溶为油相，分散剂、盐和水混溶为水相。3.根据权利要求1所述的含氰基的交联聚合物，其特征在于：所述含双键和氰基的功能单体包括含丙烯腈、甲基丙烯腈和2
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丁烯腈中一种或多种的组合。4.根据权利要求1所述的含氰基的交联聚合物，其特征在于：所述两个或两个以上双键的交联剂包括二乙烯苯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、衣康酸烯丙基酯、三聚氰酸三烯丙基酯、三聚异氰酸三烯丙基酯中一种或多种的组合。5.根据权利要求2所述的含氰基的交联聚合物的制备方法，其特征在于：所述制备方法所用的致孔剂包括甲苯、乙苯、己烷、庚烷、辛烷、十二烷、液态石蜡、乙酸丁酯、丁醇、己醇、环己醇、辛醇中一种或多种的组合。6.根据权利要求2所述的含氰基的交联聚合物的制备方法，其特征在于：所述分散剂没有特别限制，只要其在悬浮聚合中有分散稳定的作用即可，包括亲水性保护胶体剂，比如聚乙烯醇、聚丙烯酸、明胶、淀粉和羧基甲基纤维素中一种或多种的组合；所述盐包括氯化钠、氯化钾、氯化铵、氯化钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵中一种或多种的组合。7.根据权利要求2所述的含氰基的交联聚合物的制备方法，其特征在于：所述悬浮自由基共聚合中，水相与油相的比例为3～10，优选的比例为4～8；分散稳定剂在...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎虎生，张肆硕，崔强，李沂航，姜鹭，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：