一种油酸分子修饰的纳米凝胶包被生物炭基固定化脂肪酶及其制备方法与流程

本发明涉及脂肪酶固定化技术领域，尤其涉及一种油酸分子修饰的纳米凝胶包被生物炭基固定化脂肪酶及其制备方法。

背景技术：
生物酶法合成生物柴油被公认为是一种节能环保型能源技术。生物酶法是以脂肪酶为催化剂，在非水溶液体系中催化动植物油脂（脂肪酸甘油三酯）与短链醇合成脂肪酸单烷基酯（即生物柴油），这种催化合成方法具有原料预处理简单、醇用量少、能耗低、产物分离回收方便以及环境友好等优点。然而，游离的脂肪酶催化活性和使用寿命不足限制了其在催化制备生物柴油中的应用。许多策略如脂肪酶分子修饰和酶固定化技术已经被用于改善脂肪酶在非水溶液体系中的催化活性和稳定性。酶固定化技术由于能提高脂肪酶的催化性和重复使用效率，明显降低酶催化工艺的成本，因而已成为制备生物柴油的关键技术之一。传统的脂肪酶固定化材料，包括已商业化的固定化脂肪酶Novozym435所采用的大孔丙烯酸树脂，往往采用惰性的无机或有机材料（在中国专利公开号CN1844382A、CN101280297A、CN101381721A、CN101613690A、CN102191236A、CN103468668A中均有介绍），这些酶固定载体及其固定化过程缺乏可调控性。与传统的惰性载体相比，智能化高分子材料（如温度敏感型水凝胶）是一类理想的酶固定载体，其在增加酶负载量、保持酶分子构象和催化活性、以及提高固定化酶再利用性等方面具有重要的应用价值。我们前期研究表明，聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶（PNIPAAm）及其共聚物是一类具有温度敏感性的智能水凝胶（Hu等，JournalofMaterialsChemistry.2009），在33℃左右体积剧烈变化并产生相分离，这个温度被定义为较低临界溶液温度（LCST）。当外界环境温度低于LCST，PNIPAAm水凝胶通过溶胀作用大量吸水；反之，外界温度高于LCST时，水凝胶剧烈收缩并将所吸收于凝胶内部的水排出，这种独特的“溶胀吸水/收缩排水”特性已被广泛用于负载酶等生物大分子。在非水相中，固定化脂肪酶分子表层是否保持适度水分是稳定酶活性构象的关键环节之一。酶蛋白分子表面通过氢键结合作用吸附着一层水分子，这些水分子对酶活性构象起到平衡和稳定作用，并且调节酶分子与底物的结合以及酶分子与产物的分离。因此，利用这类温敏性水凝胶有望实现固定化脂肪酶表层水分含量的可调可控。生物炭是一种低成本、多功能的环保材料，已被广泛用于温室气体减排、退化土壤改良、以及重金属和有机污染物的环境修复等领域,目前有关生物炭载体用于固定化脂肪酶的研究尚未见报道。因此，结合采用生物炭和温敏性高分子凝胶，研新型脂肪酶固定化载体与固定化技术具有创新性和必要性，新型固定化脂肪酶及其制备方法对于安全、高效转化生物柴油具有重要的实际应用价值。

技术实现要素：
因此，针对以上内容，本发明提供一种油酸分子修饰的纳米凝胶包被生物炭基固定化脂肪酶及其制备方法，采用该方法进行处理的脂肪酶的催化活性得到大幅度的提高。为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：一种油酸分子修饰的纳米凝胶包被生物炭基固定化脂肪酶的制备方法，包括以下步骤：将茅草生物质碳化成生物炭基质，采用油酸分子修饰的纳米凝胶对所述生物炭基质表面进行包被，包被后的生物炭基质与脂肪酶溶液充分接触，对脂肪酶进行界面活化与交联固定，冷冻干燥后获得固定化脂肪酶。进一步的改进是：所述茅草生物碳的碳化条件为初步限氧热裂解后，继续在氮气保护下以3～10℃/min的升温速率加热到400～900℃，再炭化1～4h。进一步的改进是：所述油酸分子修饰的纳米凝胶采用热引发自由基聚合反应合成，反应液的投料组分分别为：功能单体N-异丙基丙烯酰胺、油酸钠，交联单体N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，乳化剂曲拉通，以及引发剂过硫酸钠。进一步的改进是：按以下方法制备油酸分子修饰的纳米凝胶包被生物炭基质：取油酸修饰的聚N-异丙基丙烯酰胺纳米胶乳液，加入茅草生物炭，25℃搅拌混匀1～12h，60～80℃加热1～6h，过滤收集沉淀，60℃真空干燥。进一步的改进是：脂肪酶进行界面活化...