一种生物酶反应器的构建方法
【技术领域】
[0001]本发明创造属于生物酶反应器的构建技术领域，涉及一种新型的生物酶反应器的构建方法。
【背景技术】
[0002]面对越来越严重的环境危机和能源危机，环境友好型的催化剂逐渐被大家认同。酶催化因其具有反应条件温和、专一性强、效率高等优势而得到越来越多的关注。但是，游离酶对所处环境十分敏感，在强碱、强酸、高温及部分有机溶剂中不够稳定，容易变性失活。而酶的固定化不仅可提高酶的稳定性，还有利于酶的回收和重复利用及连续自动化生产，这对降低生产成本，提高生产效率具有重要意义。
[0003]利用固体材料作为酶的载体，通过为酶构建一个适宜的催化微环境，从而提高酶的稳定性和催化活性。在众多研究的材料中，二氧化硅材料的结构最简单、成本最低廉，尤其是通过溶胶-凝胶方法制备的，也是最安全的材料，无论是对环境，还是对于人体健康。对于酶的固定化，当前最主要的方法是将酶吸附到预合成的硅材料中，而硅材料结构的不同对固定化后酶的性能有重要影响。Hollmann等人采用溶胶-凝胶法将漆酶固定在硅材料中并用于去除雌激素，在反应过程中固定化后的漆酶热稳定性和有机溶剂耐受性都得到了不同程度的提升(Immobilizat1n of Laccase by Encapsulat1n in A Sol -Gel Matrix and Its Characterizat1n and Use for the Removal of Estrogens，B1technol.Prog.，2011，27，6)，但因为扩散抑制效应的存在，使得反应时间较长，产率相对降低，不利于实际应用。而Bernal课题组通过将β -半乳糖苷酶固定于大孔二氧化硅中，在提高了热稳定性和溶剂耐受性的基础上，一定程度上降低了扩散抑制的影响，提高了固定化酶的催化活性(Hierarchically Porous Rutile Titania:HarnessingSpontaneous Composit1nal Change in Mixed-Metal Oxides, Chemistry of Materials, 2006，18，6345-6351)，尽管酶在固定化后，热稳定性和催化活性都有了一定程度的提高，但在重复使用过程中酶分子极易从孔中脱落，导致催化活性降低的现象非常严重，重复使用性无法满足需要。造成这些现象的原因，可以说在设计载体材料的时候，没有考虑到酶分子的结构特征和催化过程的需求，导致酶分子无法在反应环境中充分展现自身的催化性會K。
【发明内容】
[0004]本发明创造为解决现有技术中的问题，提供了一种生物酶反应器的构建方法，解决了现有技术中存在的因生物酶在反应中难以获得最佳催化微环境，使得固定化酶的稳定性、重复使用性、催化活性以及反应传质效率难以满足需求的问题。
[0005]本发明创造提供的生物酶反应器的构建方法，通过包括下述的步骤获得:将酶液、十六烷基棕榈酸酯的柠檬油精溶液(溶液A)、鸡蛋卵磷脂的异丙醇溶液(溶液B)、模板剂水溶液混合(溶液C)，得到混合乳液(乳液D)，然后将混合乳液(乳液D)中部分溶剂蒸发，再加水调节模板剂浓度后，加入前驱体，充分反应后获得生物酶反应器。
[0006]其中，溶液A中十六烷基棕榈酸酯的含量为5_15wt %，溶液B中鸡蛋卵磷脂的含量为0.1-0.5wt%，溶液C中模板剂的含量为2.5-4.5wt% ;该三种溶液的质量用量比为溶液A:溶液 B:溶液 C = (1-2): (0.3-0.9): (8-15)。
[0007]其中，所述酶液、溶液A、溶液B、溶液C的混合方式和顺序无限制，优选的，先将酶液在震荡条件下加入溶液A，然后向其中缓慢加入溶液B，然后在连续搅拌条件下，将上述酶液、溶液A和溶液B的混合液加入到溶液C中，能够为构建稳定的双水相微环境提供有利条件。
[0008]其中，所述乳液D中60wt%以上的溶剂被蒸发，优选为80wt%以上。
[0009]其中，所述乳液D部分溶剂被蒸发后，加水将模板剂的浓度调整至2.5-4.5wt%。
[0010]其中，前驱体的加入量为Vts_ /Vmm = 0.01-0.05。
[0011]其中，在上述过程中加入前驱体后，将混合物于35-50°C反应釜静置，水解缩合反应充分进行后，减压过滤并去除模板剂，得到生物酶反应器。
[0012]进一步，所述水解缩合反应的温度优选为40±2°C。
[0013]进一步，所述去除模板剂的过程采用乙醇洗涤反应产物12h。
[0014]其中，所述前驱体可以为二(三乙氧基硅基)烷类、二(三乙氧基硅基)稀类、二(三乙氧基硅基)苯类、二(三乙氧基硅基)噻吩类、正硅酸烷基酯类或戊基硅倍半硅氧烷类化合物；优选为钛酸酯化合物，更优选为钛酸正丁酯、四异丙基钛酸酯、二(三乙醇胺)钛酸二异丙酯。
[0015]其中，所述模板剂为聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，优选为P123 (EO20PO70EO20)、F127 (EO106PO70EO106)、或聚环氧乙烷-聚(乳酸-羟基乙酸)_聚环氧乙烷。
[0016]本发明创造构建的生物酶反应器，具有介孔-微孔兼备、孔径大小一定、表面亲疏水性质满足需要的优良性质。在模板剂的作用下，通过构建多相双乳液体系和仿生钛化过程，能够有效且灵活调节孔道结构特征和表面性质，同时实现脂肪酶的固定化，有效提高了酶的稳定性、催化活性和重复利用性能，简化了反应结束后回收催化剂的操作，并能够满足连续自动化催化生产的需要。采用本发明创造获得的生物酶反应器作为合成生物柴油的催化剂，生物柴油得率可达85%、甚至90%以上，且重复利用15次以上的反应产物得率无明显下降，得率下降率不超过8 %。
【附图说明】
[0017]图1是生物酶反应器结构示意图，其中，蓝色(A)部分为含有孔道的硅或钛结构，白色部分(B)为材料中的空洞，内部存在的为生物酶分子。
【具体实施方式】
[0018]下面通过结合附图对本发明创造进行进一步说明。为叙述方便，具体实施过程中略去了对一些公知的或常规的过程或手段的具体描述。
[0019]实施例1
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