【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化材料制备领域，具体涉及一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂及其制备和应用。
技术介绍
1、由于酶的高活性、高手性选择性和反应条件温和等优势，酶催化合成法成为制备手性胺类药物中间体最有前景的合成方法之一。目前酶的固定化主要由物理吸附法和共价键结合法。物理吸附的缺点是结合力弱易导致酶流失，化学键合法结合力强但会降低酶的活性和稳定性。辅因子是酶保持催化活性的重要组成部分，转氨酶需要结合辅因子才能协同催化制备手性胺。传统固定辅因子主要通过由连续相进入固定床或通过固体材料吸附的方式固定，这种方法容易造成辅因子损耗及损失，难以实现的辅因子的有效循环再生。目前固定酶和辅因子的载体主要是粒径较小、机械强度较低的亚微米级颗粒，直接填充这些材料到固定床反应器中容易导致高的床层压降，床层堵塞等问题，难以实现连续化反应。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术中固定化转氨酶活性降低、固定化转氨酶在循环过程中流失、辅因子无法高效循环再生以及固定化转氨酶和辅因子的催化剂难以连续化和工业化问题，提供了一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂制备方法，该催化剂可直接装填到固定床反应器进行连续流动酶催化制备手性胺。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用了下列技术方案：
3、本专利技术一方面提供了一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂，所述酶和辅因子共固定化的毫米球粒径为1.0～5.0mm，酶含量为7.9～72.1mg/g，辅因子含量为9.9～39.5mg/g，机械强度为3～12
4、本专利技术另一方面提供了一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂的制备方法，包括以下步骤：
5、步骤1，将固体纳米颗粒、生物酶、辅因子和胺加入去离子水中，磁力搅拌制得混合液；
6、步骤2，将上述混合液加入到注射器中，通过注射泵将混合液连续滴落在一层平铺于平整表面的疏水氧化硅粉末上，液滴在摇床作用下滚动形成具有氧化硅疏水壳层的液滴毫米球；
7、步骤3，将上述液滴毫米球放入恒温摇床中，使其在滚动过程中缓慢干燥后得到酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂。
8、该方法制备的酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂，毫米球内部封装的胺与辅因子之间、胺与固体纳米颗粒之间以及酶与固体纳米颗粒之间的化学键合作用，不但可以有效固定酶和辅因子，而且可以增强毫米球机械强度。同时，胺可以在固体纳米颗粒之间形成网络结构，可以保证辅因子与酶的有效接触提高酶催化活性。整个制备过程条件温和，可以实现原位固载酶和辅因子，保留酶初始活性的同时，在固载过程辅因子中不会明显损耗。毫米球表面疏水性氧化硅壳层不但能够有效降低亲水性物质与辅因子的接触，有效减少辅因子的流失，而且有利于增加有机反应底物与酶以及辅因子的接触，从而提高反应速率。
9、进一步，所述步骤1中固体纳米颗粒、生物酶、辅因子、胺及去离子水的用量比为0.1～0.4g:5～40mg:2～15mg:5～100mg:1～3ml。
10、进一步，所述步骤1中固体纳米颗粒为介孔氧化铝、介孔氧化硅、实球氧化铝、实球氧化硅或中空氧化硅中的任意一种或两种按任意比混合的混合物；所述生物酶为转氨酶ata-101～ata-165及其突变体中的一种或多种；所述辅因子为磷酸吡哆醛(plp)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nadh)或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nadp+)中任意一种；所述胺为聚乙烯亚胺、聚丙烯胺、五乙烯六胺或聚乙二醇二胺中的任意一种。
11、进一步，所述步骤2中平整表面为玻璃表面、陶瓷表面、纸板表面、塑料表面、金属表面中的任意一种。
12、进一步，所述步骤2中注射器的针头内径为0.1～3.0mm，流速为0.05～1.0ml/min。
13、进一步，所述步骤2中疏水氧化硅粉末包括瓦克h18型疏水气相氧化硅、赢创德固赛r974型疏水气相氧化硅或自制疏水介孔氧化硅中的任意一种；所述疏水氧化硅粉末的厚度为1.0～3.0mm；所述自制疏水介孔氧化硅为亲水介孔氧化硅经疏水性硅烷嫁接修饰后制得。
14、进一步，所述步骤3中缓慢干燥的温度为20～40℃，时间为4～12h。
15、本专利技术另一方面提供了上述酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂的应用，所述毫米球催化剂直接装填到固定床反应器中，通过恒流泵从固定床上端输送反应物溶液，并向反应物溶液中添加辅酶再生物，产物从固定床下端收集。
16、进一步，所述辅酶再生物为异丙胺、α-苯乙胺或2-辛胺中的任意一种
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
18、1.本专利技术制备的酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂实现了对生物酶和辅因子的原位固定化，酶和辅因子分布在内部纳米颗粒与胺形成网络结构中，胺与辅因子之间较强的化学键合作用，既可以吸附辅因子，又能保证辅因子具有足够的自由度参与酶催化过程；固体纳米颗粒与胺和酶之间通过非共价作用紧密结合，增强了毫米球骨架结构稳定性，得到机械强度高达3～12n的毫米球催化剂；
19、2.本专利技术制备的酶和辅因子共固定化的催化剂是粒径为毫米级的微球，不需要后处理就可直接填充到固定床反应器进行连续流动酶催化；
20、3.本专利技术制备的酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂，制备方法简单，条件温和，制备过程中不影响酶的初始活性，在固载过程辅因子中不会明显损耗；
21、4.本专利技术制备的酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂，表面疏水性氧化硅壳层能够有效降低及有效减少辅因子的流失，有效保证反应底物的分配及产物的扩散，实现高效传质；
22、5.本专利技术制备的酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂，可直接装填到固定床反应器中进行连续化合成手性胺产品，连续反应1500h以上，反应转化率基本维持不变，且转氨酶活性基本保持不变，辅因子也基本没有损失。
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1.一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂，其特征在于，所述酶和辅因子共固定化的毫米球粒径为1.0～5.0mm，酶含量为7.9～72.1mg/g，辅因子含量为9.9～39.5mg/g，机械强度为3～12N。
2.如权利要求1所述的一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤1中固体纳米颗粒、生物酶、辅因子、胺及去离子水的用量比为0.1～0.4g:5～40mg:2～15mg:5～100mg:1～3mL。
4.根据权利要求2所述的一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤1中固体纳米颗粒为介孔氧化铝、介孔氧化硅、实球氧化铝、实球氧化硅、中空氧化硅中的任意一种或两种按任意比混合的混合物；所述生物酶为转氨酶ATA-101～ATA-165及其突变体中的一种或多种；所述辅因子为磷酸吡哆醛、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸中任意一种；所述胺为聚乙烯亚胺、聚丙烯胺、五乙烯六胺、聚乙二醇二胺中的任意一种。<...
【技术特征摘要】
1.一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂，其特征在于，所述酶和辅因子共固定化的毫米球粒径为1.0～5.0mm，酶含量为7.9～72.1mg/g，辅因子含量为9.9～39.5mg/g，机械强度为3～12n。
2.如权利要求1所述的一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤1中固体纳米颗粒、生物酶、辅因子、胺及去离子水的用量比为0.1～0.4g:5～40mg:2～15mg:5～100mg:1～3ml。
4.根据权利要求2所述的一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤1中固体纳米颗粒为介孔氧化铝、介孔氧化硅、实球氧化铝、实球氧化硅、中空氧化硅中的任意一种或两种按任意比混合的混合物；所述生物酶为转氨酶ata-101～ata-165及其突变体中的一种或多种；所述辅因子为磷酸吡哆醛、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸中任意一种；所述胺为聚乙烯亚胺、聚丙烯胺、五乙烯六胺、聚乙二醇二胺中的任意一种。
5.根据权利要求2所述的一种酶和辅因子共固定化的毫米球催化剂制备方法，其特征在于，所述步骤2中平...
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