专利名称：三明治结构化酶膜反应器及其制备方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及酶膜反应器的制备，特别是- 一种—明治结构化酶膜反应器及其制备方
法和应用。
背景技术：
酶膜反应器将酶促反应的高效率与膜的选择透过性有机结合，可使过程强化。近年来，酶膜反应器在生物、医药、食品、化工、环境等领域得到了日益广泛的应用。固定化酶膜反应器具有反应速率快、选择性高、可重复使用、能够有效消除产物抑制、传质面积人、传质速率快以及易于连续化、fi控与集成化等优点。目前酶的固定化通常有吸附，共价结合、交联法和包埋等方法。 根据酶的存在状态，nj将酶膜反应器分为游离态和固定化酶膜反应器两类。前者酶均匀地分布于反应物相中，酶促反应在接近本征动力学的状态下进行，但酶易发牛剪切失活或泡沫变性，装置性能受浓差极化和膜污染的显著影响。固定化酶膜反应器中，酶通过吸附、交联、包埋、化学键合等方式被"束缚"在膜上，酶装填密度高，反应器稳定性和生产能力高，产品纯度和质量好，废物量少。但酶往往分布不均匀，传质阻力也较大。
共价结合即将酶和支持物之间通过共价结合力固定在一起，固定化酶稳定性提高。共价结合固定化比其他固定化力'法在提高酶的热稳定性、PH:稳定性和化学试剂稳定性方面要更胜一筹，此外共价同定化还能有效防止蛋O酶的自身降解作用。但共价同定化也
是最有可能造成酶蛋A构象改变，从rfn影响固定化酶催化活性的固定化方法。 包埋和微胶袅小同于甜两种固定方法，其溶液中的酶分子是自由的，但同时又被
固定在凝胶或半透膜形成的网格结构之中。这样既能克服吸附固定法易使酶脱落，防止酶泄漏到本体溶液相中，也克服了共价结合易改变酶构象等不足。但包埋法和微胶囊法所造
成的扩散限制要比前两者来得大，从而降低了酶促反应速度。此外微胶囊法目前尚缺乏具体的合成方面的应用。
发明内容
本发明的目的在f提供是一种三明治结构化酶膜反应器及其制备方法和应用，可
以克服现有技术的不足，本发明创造性的设讣了-一种"三明治式"酶膜反应器，将酶分子包夹于超滤膜之间，由于超滤膜的孔径只有几纳米到几十纳米，能有效防止酶泄漏现象。同时
在膜的-'侧施以压力，以压力差为推动力推动反应液流过超滤膜，减少了扩散限制效应，NJ
时通过压力及酶量控制底物込输一，使反应速度和底物运输相匹配。这种"三明治"法也可应用于其他固定化酶反应中，适用范围广泛。 本发明提供的一种三明治结构化酶膜反应器是以PES与PEG或Pluronic F127为原料，按质量比例为100 : 10 100 : IOO制备，具体歩骤为-R先将PES与PEG或PluronicF127溶f DMF中，混合均匀得铸膜液。将铸膜液在平板玻璃....匕刮制成液膜浸入水中，将该膜剥离，水洗，浸泡。铸膜置于膜组件中加入葡萄糖转苷酶溶液使酶溶液中的水完全渗过
3膜，将另一块压实膜铺在酶上，同定压实，即将酶包埋于两膜之间，制得"—明治"式酶膜反应器。 本发明提供是的--种三明治结构化酶膜反应器的制备包括以下歩骤
1)P卜:S/P卜:(；和P卜:S/Pluronic卜'127膜的制备 首先将PES与PEG或Pluronic F127溶丁'DMF中，PES与PEG或Pluronic F127的质量比为l()O : 10 100 : l()()之间，于50 70°C———F搅拌约4 6小时确保混合均匀，然后静置约4 5小时完全除去溶液中的气泡。 2)在室温下，将铸膜液在平板玻璃....匕刮制成均匀的液膜后，立即浸入水屮，此时
DMF溶入水中，使高分子溶液转化为凝胶膜，将该膜剥离下来并用去离子水洗去残液，最后
浸泡f去离了水中20 40小时左右。 3)葡萄糖转苷酶(Lransglucosidase)的固定化 将前面制得的膜固定于超滤杯的膜组件中，加压至表压().2MPa压力下用水压实0,5小吋，再将搅拌槽和贮液槽中溶液放空，迅速加入酶溶液，控制压力在表Ji0, 1MPa,直至酶溶液中的水完全渗过膜，紧接着将另一块铸膜铺在酶l:，固定压实，即将酶包埋于膜之间，制得"三明治"式酶膜反应器。 本发明提供三明治结构化酶膜反应器用于实现异麦芽低窄糖的高效制备。
本发明提供的- 一种-:明治结构化酶膜反应器，可克服现fl技术的不足，它将酶分了包夹f超滤膜之间，由f超滤膜的孔径只有几纳米到几十纳米，能有效防止酶泄漏现象。同时在膜的--侧施以压力，以压力差为推动力推动反应液流过超滤膜，减少了扩散限制效应，同时通过压力及酶量控制底物运输量，使反应速度和底物运输相匹配。这种"二明治"法也可以应用T其他固定化酶反应中，适用范围广泛。
图1为实施例1-3制备的三明治式结构化酶膜反应器SEM照片。
具体实施方式
实施例丄准确称取:1 6()g聚醚砜(PBS)和1. ()8g嵌段式聚醚卜'l 27 (P 1 uroni c Fl 27)，溶解于
15, 32g的N， N- 二甲基甲酰胺(DMF)中，丁' 60 "C下搅拌4小吋，再静置5小吋后。在室温下，将铸膜液在平板玻璃l:刮制成均匀的液膜后，立即浸入水巾，待形成凝胶膜后，将该膜剥离下来用去离子水洗去残液，最后浸泡于去离子水中20小时。 将前面制得的膜固定于超滤杯的膜组件屮，加压至表压0, 15MPa压力——F7-I:j水压实0. 5小时，再将搅拌槽和贮液槽中溶液放空，迅速加入含100mg葡萄糖转苷酶的溶液，控制压力在表压0. 1MPa，直至酶溶液中的水完全渗过膜，紧接着将另一块膜铺在酶上，固定压实。配置麦芽糖溶液i60mgZml， pH 6. 0，加入超滤杯中，恒温50°C ，测得该酶膜反应器催化
麦芽糖的转化率为1()()%。
实施例2准确称取3. 6()g聚醚砜(PES)和2. 1.6g嵌段式聚醚F1.27 (Pluronic Fl27)，溶解于
16. 10g的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，于60。C下搅拌4小时，再静置5小时后。在室温下，
4将铸膜液在平板玻璃上刮制成均匀的液膜后，立即浸入水中，待形成凝胶膜后,将该膜剥离下来用去离了水洗去残液，最后浸泡f去离了水中20小时。 将甜面制得的膜固定于超滤杯的膜组件中，加压至表压O, i5MPa压力下用水压实().5小时，再将搅拌槽和贮液槽中溶液放空，迅速加入含15()mg转移葡萄糖苷酶的溶液,控制压力在表压O. lMPa,直至酶溶液中的水完全渗过膜，紧接着将另.^块膜铺在酶上，固定压实。配置麦芽糖溶液5()mg/ml，pH 5, 0，加入超滤杯巾，恒温4()°C ，测得该酶膜反应器催化麦芽糖的转化率为32%。
实施例3 准确称取3. 60g聚醚砜(PES)和0. 36g嵌段式聚醚F127 (Pluronic F127)，溶解于16, (Mg的N， N- 二甲基甲酰胺(匿)中，f 6(rC K搅拌'1小时，再静置5小时后。在室温'|、'，将铸膜液在平板玻璃上刮制成均匀的液膜后，立即浸入水中，待形成凝胶膜后，将该膜剥离下来用去离子水洗去残液，最后浸泡于去离子水中2()小时。 将前面制得的膜固定T超滤杯的膜组件中，加压至表压O, 15MPa压力下用水Ji实0, 5小时，再将搅拌槽和贮液槽巾溶液放空，迅速加入含200mg转移葡萄糖苷酶的溶液，控制压力在表压0. 1MPa，直至酶溶液中的水完全渗过膜，紧接着将另--块膜铺在酶上，固定压实。配置麦芽糖溶液150mg/ml，pH 7. 0，加入超滤杯屮，测得该酶膜反应器催化麦芽糖的转化率为100%。
对比例1 准确称取3, 60g聚醚砜(PES)和i, 08g聚乙二醇(PEG)，溶解于15, 32g的N， N- 二甲基甲酰胺(I)MF)中，于6()TTF搅拌4小时,再静置5小时后。于室温下，将铸膜液在平板玻璃上刮制成均匀的液膜后，立即浸入水中，待形成凝胶膜后，将该膜剥离下来用去离子水洗去残液，最后浸泡于去离子水中20小时。 将前面制得的膜固定于超滤杯的膜组件中，加压至表压0, 15MPa下用水压实0, 5小时，再将搅拌槽和贮液槽屮溶液放空,迅速加入含l()Omg葡萄糖转苷酶的溶液,控制压力在表压O. 1MPa，直至酶溶液中的水完全渗过膜，紧接着将另---块膜铺在酶上，同定压实。配置麦芽糖溶液160mg/ml，pH 6, 0，加入超滤杯中，测得该酶膜反应器催化麦芽糖的转化率为76%。
权利要求
一种三明治结构化酶膜反应器，其特征在于是以PES与PEG或PluronicF127为原料，按质量比例为100∶10～100∶100制备，具体步骤为首先将PES与PEG或Pluronic F 127溶于DMF中，混合均匀得铸膜液；将铸膜液在平板玻璃上刮制成液膜浸入水中，将该膜剥离，水洗，浸泡；铸膜置于膜组件中加入葡萄糖转苷酶溶液使酶溶液中的水完全渗过膜，将另一块压实膜铺在酶上，固定压实，即将酶包埋于两膜之间，制得“三明治”式酶膜反应器。
2. —种三明治结构化酶膜反应器的制备方法，其特征在f包括以下步骤 丄)PES/PEG和PES/Pluronic F丄27膜的制备首先将P卜:S与P卜:(；或PI罰ni c卜'l 27溶于■'中，P卜:S与P卜:(；或PI罰ni c卜'l 27的质说 比为100 : 10 100 : IOO之间，丁'50 70"C下搅拌约4 6小时确保混合均匀，然后 静置约4 5小时完全除去溶液巾的气泡；2) 在室温下，将铸膜液在平板玻璃上刮制成均匀的液膜后，立即浸入水中，此时DMF溶入水屮，使高分子溶液转化为凝胶膜，将该膜剥离--F来并用去离子水洗去残液，最后浸泡于去离子水中20 40小时；3) 葡萄糖转苷酶的固定化将前面制得的膜固定于超滤杯的膜组件中，加压至表压0, 2MPa压力下用水压实0. 5小 时，再将搅拌槽和贮液槽中溶液放空，迅速加入酶溶液，控制压力在表压().lMPa，直至酶溶 液中的水完全渗过膜，紧接着将另--块铸膜铺在酶上，固定压实，即将酶包埋T膜之间，制 得"三明治"式酶膜反应器。
3. 权利要求l所述的三明治结构化酶膜反应器的应用，其特征在于用于实现异麦芽低 聚糖的高效制备。
全文摘要
本发明涉及一种三明治结构化酶膜反应器及其制备方法和应用。它是以PES与PEG或Pluronic F127为原料，按质量比例为100∶10～100∶100制备，将PES与PEG或Pluronic F127溶于DMF中，混合均匀得铸膜液；将铸膜液在平板玻璃上刮制成液膜浸入水中，将该膜剥离，水洗，浸泡；铸膜置于膜组件中加入葡萄糖转苷酶溶液使酶溶液中的水完全渗过膜，将另一块压实膜铺在酶上，固定压实，即将酶包埋于两膜之间，制得“三明治”式酶膜反应器。本发明具有有效防止酶泄漏现象、减少了扩散限制效应，同时通过压力及酶量控制底物运输量，使反应速度和底物运输相匹配的特点。可应用于其他固定化酶反应中，适用范围广泛。
文档编号C12P19/18GK101693873SQ20091007080
公开日2010年4月14日 申请日期2009年10月15日 优先权日2009年10月15日
发明者姜忠义, 张蕾, 苏延磊 申请人:天津大学;