一种混合酸模拟纤维素酶的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种混合酸模拟纤维素酶的制备方法，以多元羧酸、无机酸和离子液体为原料，进行一步合成反应，高选择性，高收率地合成模拟酶。模拟酶可以高效降解纤维素制备还原糖。模拟酶可以回收重复多次使用。本发明制备的模拟纤维素酶催化效果好，不易降解，是一类具有应用潜力的模拟纤维素酶。
【专利说明】一种混合酸模拟纤维素酶的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物化工领域，具体涉及一种混合酸模拟纤维素酶的制备方法。
【背景技术】
[0002]酶(德语:Enzym，源于希腊语:ε ν ζ υ μ ο v，“在酵里面”)，指具有生物催化功能的高分子物质。在酶的催化反应体系中，反应物分子被称为底物，底物通过酶的催化转化为另一种分子。几乎所有的细胞活动进程都需要酶的参与，以提高效率。与其他非生物催化剂相似，酶通过降低化学反应的活化能(用Ea或AG表示)来加快反应速率，大多数的酶可以将其催化的反应之速率提高上百万倍；事实上，酶是提供另一条活化能需求较低的途径，使更多反应粒子能拥有不少于活化能的动能，从而加快反应速率。酶作为催化剂，本身在反应过程中不被消耗，也不影响反应的化学平衡。酶有正催化作用，也有负催化作用，不只是加快反应速率，也有减低反应速率。与其他非生物催化剂不同的是，酶具有高度的专一性，只催化特定的反应或产生特定的构型。
[0003]模拟酶用合成高分子来模拟酶的结构、特性、作用原理以及酶在生物体内的化学反应过程，从原理的本质定义为是用人工方法合成具有酶性质的一类催化剂。酶是一类有催化活性的蛋白质，它具有催化效率高、专一性强、反应条件温和等特点。酶容易受到多种物理、化学因素的影响而失活，所以不能用生物体内的酶广泛取代工业催化剂。研究模拟酶主要是为了解决酶的以上缺点。模拟酶是一个新的研究领域，是仿生高分子的一个重要的内容。目前模拟酶的研究主要有以下几方面:模拟酶的金属辅基、模拟酶的活性功能基、模拟酶的高分子作用方式、模拟酶与底物的作用、模拟酶的性状等。
[0004]离子液体是指全部由离子组成的液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体、室温熔融盐(室温离子液体常伴有氢键的存在，定义为室温熔融盐有点勉强)、有机离子液体等，目前尚无统一的名称，但倾向于简称离子液体。在离子化合物中，阴阳离子之间的作用力为库仑力，其大小与阴阳离子的电荷数量及半径有关，离子半径越大，它们之间的作用力越小，这种离子化合物的熔点就越低。某些离子化合物的阴阳离子体积很大，结构松散，导致它们之间的作用力较低，以至于熔点接近室温。
[0005]2009年张平，孟祥光等用组氨酸与铜离子组成的模拟酶体系来催化蔗糖水解，在70V、pH7的中性溶液中，6h可达到80%以上的转化率。但是这个实验结果不是直接对纤维素的催化水解，因此目前对于模拟纤维素的研究还鲜见报道。
【发明内容】
[0006]发明目的:为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种降解效率高、可循环重复使用的一种混合酸模拟纤维素酶的制备方法。
[0007]技术方案:为实现上述技术目的，本发明提供一种混合酸模拟纤维素酶的制备方法，包括如下步骤:将多元羧酸与无机酸、离子液体混合，加热条件下搅拌反应，反应结束后加入萃取剂将未反应的底物萃取除去，减压蒸馏，干燥获得模拟酶。
[0008]具体地，所述多元羧酸为乙二酸、丙二酸、戊二酸、丁二酸、顺丁烯二酸或柠檬酸中的任意一种、两种或三种的混合物。
[0009]所述的无机酸为硫酸、盐酸、磷酸或硝酸中的任意一种，优选地，所述的无机酸为硫酸、盐酸、磷酸或硝酸中的任意一种，优选地，为质量浓度为0.1%的盐酸或质量浓度为0.15%的磷酸。
[0010]所述离子液体为所述离子液体为[EMIM][DEP]、[EMIM]Ac、[BMIM]Ac、[AMIM]Ac、[AMIM]C1, [MM頂][DMP]、[MM頂][DEP]、[EMM] [DMP]、[BMIM]C1 或[BmpyM] Cl 中的任意一种，优选地，所述的离子液体为[丽頂][DMP]。
[0011]优选地，步骤(I)中所述的加热温度为20?80°C。
[0012]步骤⑴中所述的加热方式为油浴加热，加热的时间为0.1?0.5h。
[0013]作为替代方案，步骤(I)中所述的加热方式为微波加热，微波处理功率为700w?2000w，处理时间20s?Imin0
[0014]优选地，所述多元羧酸与无机酸、离子液体的质量比为(0.01?0.3): (0.01?0.1): 100。
[0015]有益效果:与现有技术相比，本发明具有如下优点:
[0016](I)本发明制备模拟酶的过程简单，模拟纤维素酶的制备率高，制备获得的模拟酶绿色环保，反应结束后将反应体系加入反胶束/双水相体系中，除去糖类即可实现循环利用，回收方法可参见 Yuanyuan Feng,Qiang Li*,Guoping Kang,Gengsheng Ji, Yubin Tangand Jie Tu.Aqueous two-phase/reverse micelle continuous process for recyclingand simultaneous purificat1n of polar 1nic liquid from enzymatic hydrolysate.Journal of Chemical Technology & B1technology.2014.DOI 10.1002/jctb.4587 或者专利201210434684.7( —种离子液体原位酶解纤维素体系中纤维素酶的回收方法)。
[0017](2)制备的模拟酶纤维降解效果好。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1本发明制备的模拟纤维素酶的表征图，其中，A:离子液体[MEIM] [DMP]，B:顺丁烯二酸，C:离子液体[MEM] [DMP]与顺丁烯二酸组成的模拟酶，D:离子液体[MEM] [DMP]与顺丁烯二酸、盐酸组成的模拟酶；
[0019]图2为实施例4制备的模拟酶降解纤维素的转化率图。
【具体实施方式】
[0020]下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
[0021]实施例1
[0022]将0.1克乙二酸、0.1克丁二酸和0.05克硫酸置于三口圆底烧瓶中，室温下缓慢加入100克离子液体[AMM]Ac，80°C磁力搅拌，得到无色液体。用乙醚萃和乙酸乙酯分别萃取3次取除去杂质；并通过减压蒸馏除去水等低沸点杂质，获得模拟酶。
[0023]模拟酶酶解纤维素:将20g模拟酶加入微波反应管，称取0.2g微晶纤维素加入微波反应管。置于微波反应器中微波500W，1900C反应，使纤维素降解4min转化率可达96.5%。
[0024]实施例2
[0025]将0.1克丙二酸、0.1克丁二酸和0.05克硫酸置于三口圆底烧瓶中，室温下缓慢加入100克离子液体[MMM] [DMP]，20°C磁力搅拌，得到浅黄色液体。用乙醚萃和乙酸乙酯分别萃取3次取除去杂质；并通过减压蒸馏除去水等低沸点杂质，获得模拟酶。
[0026]模拟酶酶解纤维素:将20g模拟酶加入微波反应管，称取0.2g微晶纤维素加入微波反应管。置于微波反应器中微波500W，1900C反应，使纤维素降解4min转化率可达
97.2%。
[0027]实施例3
[0028]将0.1克丙二酸、0.1克丁二酸和0.01克盐酸置于三口圆底烧瓶中，室温下缓慢加入100克离子液体[BmpyM]Cl，20°C磁力搅拌，得到浅黄色液体。用乙醚萃和乙酸乙酯分别萃取3次取除去杂质；并通过减压蒸馏除去水等低沸点杂质，获得模拟酶。
[0029]模拟酶酶解纤维素:将20g模拟酶加入微波反应管，称取0.2g微晶纤维素加入微波反应管。置于微波反应器中微波500W，1900C反应，使纤维素降解4min转化率可达
98.3%。
[0030]实施例4
[0031]将顺丁烯二酸0.023g和盐酸0.02g加入密闭的微波反应管，置于油浴中，室温下缓慢加入30g离子液体[EMM] [DMP]，80°C磁力搅拌，得到无色液体。用乙醚萃和乙酸乙酯分别萃取3次取除去杂质；并通过减压蒸馏除去水等低沸点杂质，获得模拟酶。制备的模拟酶的红外图谱如图1所示。其中，A:离子液体[EMM] [DMP]，B:顺丁烯二酸，C:离子液体[EMM] [DMP]与顺丁烯二酸组成的模拟酶，D:离子液体[EMM] [DMP]与顺丁烯二酸、盐酸组成的模拟酶。
[0032]模拟酶酶解纤维素:将20g模拟酶加入微波反应管，称取0.2g微晶纤维素加入微波反应管。置于微波反应器中微波720W，180°C反应，使纤维素降解(见图2)3min转化率可达97.26%，如图2所示。
[0033]实施例5
[0034]将顺丁烯二酸0.023g，丙二酸0.02g，盐酸0.02g加入密闭的微波反应管，置于油浴中，室温下缓慢加入10g离子液体[AMM]Ac，80°C磁力搅拌，得到无色液体。用乙醚萃和乙酸乙酯分别萃取3次除去杂质；并通过减压蒸馏除去水等低沸点杂质，获得模拟酶。
[0035]模拟酶酶解纤维素:将20g模拟酶加入微波反应管，称取0.2g微晶纤维素加入微波反应管。置于微波反应器中微波500W，1900C反应，使纤维素降解4min转化率可达98.1%。
[0036]如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
【权利要求】
1.一种混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:将多元羧酸与无机酸、离子液体混合，加热条件下搅拌反应，反应结束后加入萃取剂将未反应的底物萃取除去，减压蒸馏，干燥获得模拟酶。
2.根据权利要求1所述的混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于，所述多元羧酸为乙二酸、丙二酸、戊二酸、丁二酸、顺丁烯二酸或柠檬酸中的一种、两种或三种的混合物。
3.根据权利要求1所述的混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于，所述的无机酸为硫酸、盐酸、磷酸或硝酸中的任意一种，质量浓度为0.1%?0.2%。
4.根据权利要求1所述的混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于:所述离子液体为[EMM] [DEP]、[EMM]Ac、_M]Ac、[AMIM]Ac, [AMIM]C1, [MM頂][DMP]、[MM頂][DEP]、[EMM] [DMP]、[BMIM]C1 或[BmpyM]Cl 中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的加热温度为20?80°C。
6.根据权利要求1所述的混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的加热方式为油浴加热，加热的时间为0.1?0.5h。
7.根据权利要求1所述的混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述的加热方式为微波加热，微波处理功率为500w?2000w,处理时间20s?lmin。
8.根据权利要求1所述的混合酸模拟纤维素酶的制备方法，其特征在于，所述多元羧酸与无机酸、离子液体的质量比为(0.01?0.3): (0.01?0.1): (30?100)。
【文档编号】B01J31/04GK104437629SQ201410769067
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】李强, 季更生, 李天程, 张大钊, 朱珣之, 屠洁 申请人:江苏科技大学