[发明专利]硅烷化活性炭的制备方法、固载化酶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物化工领域，特别涉及硅烷化活性炭的制备方法、固载化酶的制备方法。

背景技术

酶是具有生物催化功能的生物大分子，即生物催化剂，它能够加快生化反应的速度，但不改变反应的方向和产物，是一种催化反应条件温和、高选择性、无污染的天然高分子催化剂。在生物体内，酶参与机体所有的生命活动，使生物体内极其复杂的代谢活动不断地、有条不紊地进行。例如人体从食物中摄取的蛋白质，必须在胃蛋白酶的作用下，水解成氨基酸，成为人体可吸收利用的营养成分。在生产生活中，酶同样发挥着极其重要的作用，例如酿造酱油、食醋、酒，制作诊断疾病的试剂盒，治理环境污染等，因此酶在食品加工、医药、环境保护等方面有着广阔的应用前景。

然而，处于自由状态下的酶具有不稳定性，容易变形，在反应体系中的很难分离和提纯，因此固载酶技术应运而生。固载酶技术是用物理或化学方法处理生物酶使之固定于固相载体，但仍具有酶活性的一种技术。酶经固载后，不仅容易分离，而且对温度与pH值变化的稳定性高，可提高生成物的质量。

常用的酶固载方法有物理吸附法、包埋法和共价结合法。物理吸附法是通过物理吸附或静电引力将酶吸附在活性炭、氧化铝、离子交换树脂等具有活泼表面的载体上，优点是操作简便，缺点是结合不牢，酶容易脱落，从孔道里漏出，导致很差的操作稳定性。包埋法是将酶分子包埋在凝胶的网格中或微型胶囊中，优点是酶包埋在聚合物中不易漏出，操作条件温和，对外界环境的缓冲作用大，可防止酶体的机械损伤，易于再生，产物分离提取容易，适合实验室操作，缺点是持久性差，包埋反应可能会减损酶的活性。共价法相对于物理吸附法和包埋法具有一定的优势，它是通过酶分子上的官能团，如氨基、羧基、腈基、酚基、巯基、咪唑基，将酶分子通过共价键结合于天然或合成高聚物载体上，酶与载体结合牢固，酶分子不会脱落，具有较好的稳定性，因此目前多采用共价结合法进行酶的固载。例如将淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶通过共价结合方法固载到聚氯乙烯材料上，由这些材料制造成刷子、毛巾、容器等，在用于去除污渍时具有很好的效果。

但利用现有的固载方法，酶的固载量相对较低。例如：通过使用金属离子和戊二醛将过氧化氢酶固载到皮胶原纤维上，载体上酶的固载量只有20～30mg/g；采用聚合物微球固载生物酶，酶的固载量在30mg/g以下；用交联法将葡萄糖异构酶固载到活性炭上，并将固载酶应用于填充床反应器中，固载酶质量分数也只有1%～3%。因此，如何提高生物酶的固载量成为固载酶技术中亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了硅烷化活性炭的制备方法、固载化酶的制备方法。该制备方法通过在硅烷化反应体系中加入少量的水，提高了生物酶的固载量。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种硅烷化活性炭的制备方法，包括如下步骤：

取活性炭，经氧化，得到氧化后的活性炭；

在有机溶剂和水存在的条件下，氧化后的活性炭与硅烷偶联剂发生硅烷化反应，即得；

以g/mL计，氧化后的活性炭与水的用量比为1:（0.05～0.2）。

硅烷偶联剂比较活泼，在水中易分解，所以硅烷化反应体系中一般不加入水进行硅烷化反应。本发明在硅烷化反应体系中加入少量水，从而可将硅烷偶联剂固载量提高10倍，其机制为：加入少量水有利于硅烷试剂与活性炭表面上的酚羟基发生水解反应，更容易将硅烷试剂共价固载到活性炭载体上。本发明中使用多胺基的硅烷偶联剂也可以使酶的固载量增加。

在本发明提供的一些实施例中，硅烷偶联剂为二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷或2-氨乙基三甲氧基硅烷中的一种或两者以上的混合物。

二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷能够提高固载量，这种硅烷偶联剂除了有一个伯胺之外还有另外两个仲氨基团，在接枝戊二醛时也会参与反应，相对于其他硅烷偶联剂能够接枝更多的戊二醛。目前，还未见将二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷作为硅烷偶联剂的报道。作为优选，硅烷化反应采用的硅烷偶联剂为二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷。

作为优选，氧化后的活性炭与水的用量比为1:（0.1～0.17）。

在本发明提供的一些实施例中，以g/mL计，氧化后的活性炭与硅烷偶联剂的用量比为1:（0.67～1）。

在本发明提供的一些实施例中，硅烷化反应为在63～120℃条件下进行硅烷化反应12～24h。

作为优选，硅烷化反应的时间为13～24h。