[发明专利]一种用于纤维素酶固定的载体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及酶制剂领域，特别是涉及一种用于纤维素酶固定的载体材料及其制备方法。

背景技术

纤维素酶是一种多组分的复合酶体系，主要包括外切β-葡聚糖酶、内切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶，由各组分酶协同作用将纤维素降解成葡萄糖。纤维素酶的各个组分大部分是糖蛋白，结构中的糖基对纤维素酶免受蛋白酶水解有一定的保护作用。不同来源的纤维素酶分子结构和折叠方式有所不同，它们的通性是一般均由三部分结构组成：球状的具有催化功能的催化活性区、具有结合纤维素功能的结合区以及连接它们的一端高度糖基化的肽酸。目前的研究认为，纤维素材料要进行有效的酶解，首先需将纤维素酶吸附于固体底物上，然后将底物剪切成小的片段，在水解成纤维寡糖直至葡萄糖。

酶的固定化是将酶结合在固体材料上或限制在一定空间内，仍能保持活力和特性，并且可以循环使用的一类技术。固定化酶的制备方法主要有四种：包埋法、交联法、吸附法以及共价结合法。包埋法是指将酶分子包埋在多孔高分子材料的三维空间结构中使酶固定化，该方法制备工艺简单，形成条件温和并且对酶活性的影响较低，但是载体的孔径大小会对酶促反应中各个物质的扩散产生影响。交联法是利用交联剂与氨基酸残基反应形成共价键，使酶分子相互结合成网状结构，从而达到酶固定化的效果。交联法可以使固定化酶的稳定性提高，使用寿命延长，但共价交联减少了酶的反应位点，从而破坏了酶的活性。吸附法是指游离酶通过静电作用或氢键等结合在载体上而制备固定化酶的方法，该方法具有可逆性、简易性以及酶活力高等优势，但由于酶与载体的相互作用较弱，易于脱落。共价结合法是通过共价键结合的方法将酶固定在合适的载体上，酶与载体产生化学作用，结合力强，酶泄漏率低，具有较好的稳定性和循环使用性能，但反应激烈，容易使酶活力损失。以上四种方法各有优缺点，可以采用多种方法混合使用以提高固定化酶的使用品质。

中国专利CN201310674347.x公开了一种纤维素酶固定化载体的制备方法，包括如下步骤：(1)纤维素的炭化，将纤维素在400℃-500℃的惰性气体保护条件下炭化；(2)载体的修饰，在炭化后的纤维素中，加入离子液体和处理剂，搅拌均匀，保温处理得纤维素载体溶液；(3)载体干燥成型，在纤维素载体溶液中加入溶剂，搅拌均匀洗涤除去杂质，然后干燥、真空脱气制成纤维素酶固定化载体。该发明具有载体表面积大、吸附位点多，可与酶稳定结合等优点。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于纤维素酶固定的载体材料及其制备方法，该载体材料机械强度优良，稳定性较好，与酶的结合力较强，在使用过程中酶分子不易从载体上脱落，使用寿命较长。

本发明的另一目的是提供该用于纤维素酶固定的载体材料的使用方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于纤维素酶固定的载体材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将硅酸乙酯溶解于乙醇溶液中，加入纳米Fe₃O₄颗粒超声分散20-45min，之后在剧烈搅拌过程中滴加冰醋酸和无水乙醇的混合物，滴加完成后继续搅拌4-5h，之后静置60-72h，烘干，研磨后制得纳米SiO₂/Fe₃O₄复合材料；

(2)将聚丙烯腈溶解于DMSO中，加入纳米SiO₂/Fe₃O₄复合材料，超声分散1-2h，加入硅烷偶联剂搅拌混合均匀，之后进行喷雾，制得聚丙烯腈复合微球；

(3)将步骤(2)制得的聚丙烯腈复合微球加入DMAC中，浸泡4-6h后，加入氯化锂混合均匀后，加入甲壳素和催化剂，混合均匀后，通入氮气，常温下搅拌2-4h后加热，控制温度在100-120℃，搅拌反应18-24h，降至室温后，用无水乙醇清洗后，再用去离子水清洗，抽真空烘干。

优选的，所述步骤(1)中纳米Fe₃O₄颗粒的使用质量与硅酸乙酯的体积比为30-45g/L。

优选的，所述步骤(2)中聚丙烯腈与纳米SiO₂/Fe₃O₄复合材料的质量比为4:1。

优选的，所述步骤(2)制备的聚丙烯腈复合微球的粒径为5μm-7μm。

优选的，所述步骤(3)中聚丙烯腈复合微球和甲壳素的使用量质量比5:28。

优选的，所述步骤(3)中催化剂为金属钠。

一种用于纤维素酶固定的载体材料，由以上方法制备而成。