[发明专利]一种固定化酶皮克林乳液反应体系及其应用

说明书

本发明公开了一种固定化酶皮克林乳液反应体系及应用，包括以介孔纳米材料为载体的固定化酶、构成乳液的油相和水相组成，体系的乳液粒径在10‑80μm，它以反应原料作为油相，缓冲溶液作为水相，以介孔纳米材料为载体的固定化酶作为催化剂和乳化剂。本发明所述皮克林乳液酶法反应体系中，直接将反应原料作为油相，介孔纳米材料固定化酶不仅是反应催化剂同时也是皮克林乳液的乳化剂，与常规添加有机试剂或乳化剂的乳液相比，催化活性与稳定性显著提高，产物易于分离纯化，易于重复使用和规模化放大，且适用范围更广，更有利于绿色环保。

技术领域

本发明属于生物催化技术领域，涉及一种固定化酶皮克林乳液反应体系的构建与应用。

背景技术

酶是一种绿色、高效的生物催化剂。但在一些高粘度或者杂相反应体系下，游离态的酶稳定性差，活性不高，且难以回收再利用，大大限制了其在工业中的应用。有研究者通过添加有机试剂来改善反应体系的黏度，但是会存在产物分离和有机溶剂残留的问题。皮克林乳液是指利用固体颗粒作为乳化剂而形成的乳液，其不仅可降低反应能，加快反应进程，而且有利于乳化剂和产物的分离回收。目前，固定化酶和皮克林乳液在食品、医学、能源、环境等领域均得到了广泛的应用。

目前，大量研究的皮克林乳液酶法反应体系是以酶液或者稀释酶溶液为水相，额外添加有机溶剂作为油相，尝试利用不同类型的材料制备皮克林乳液，但有机溶剂的加入便带来繁琐的分离纯化步骤，且容易产生残留，不适合食品级产品的制备。专利CN107955808 A公开了一种基于双面粒子稳定的皮克林乳液的制备方法及其固定化酶应用，以稀释的游离酶溶液和缓冲液为水相，不仅降低酶浓度同时减少酶与底物接触面积，催化活性下降。专利CN 107973919 A公开了一种基于多巴胺稳定的皮克林乳液的制备方法及其固定化酶应用，其通过额外添加多巴胺来提高乳液和酶的稳定性，但其成本高，操作复杂，产物分离纯化困难，应用范围受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种固定化酶皮克林乳液反应体系，介孔纳米材料固定化酶同时作为乳化剂和催化剂，增大酶与底物接触面积，降低反应活化能；同时该乳液直接将反应原料作为油相，常规添加有机试剂或乳化剂的乳液相比，催化活性与稳定性显著提高，产物易于分离纯化，易于重复使用和规模化放大，且适用范围更广，更有利于绿色环保。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种固定化酶皮克林乳液反应体系，包括固定化酶、构成乳液的油相和水相组成；其中，将酶固定于介孔纳米材料中形成固定化酶，固定化酶同时作为催化剂和乳化剂；反应原料作为乳液的油相，缓冲溶液作为乳液的水相。

按上述方案，乳液的油相指的是能够以固定化酶作为催化剂制备目标产物的反应原料，主要包括酯化反应的反应原料、酯交换反应的反应原料、手性拆分反应的反应原料、水解反应的反应原料。例如制备油酸植物甾醇酯对应的反应原料植物甾醇和油酸，制备功能化磷脂对应的反应原料磷脂和共轭亚油酸乙酯，苯乙醇手性拆分对应的反应原料1-苯乙醇和乙酸乙烯酯，制备单甘酯对应的反应原料月桂酸和甘油，制备丁酸丁酯对应的反应原料丁酸和丁醇，水解橄榄油对应的反应原料橄榄油，等等。

按上述方案，作为乳液水相的缓冲溶液的pH范围是5-8，浓度为0.03M-0.3M，主要选自磷酸盐缓冲溶液，Tris缓冲溶液等。

按上述方案，所述乳液的粒径在10-80μm；所述的介孔纳米材料的颗粒直径50～500nm，比表面积为100～700m²/g，介孔的孔径尺寸为8～50nm，介孔纳米材料固定化酶的固载量在50～600mg/g范围内。

按上述方案，所述的介孔纳米材料主要选自二氧化硅颗粒、碳颗粒、有机聚合物颗粒(如聚酯颗粒等)、金属氧化物颗粒(如TiO₂等)等中的一种或几种。

按上述方案，所述的酶主要包括猪胰腺酶、皱褶假丝酵母、解脂假丝酵母、南极假丝酵母、洋葱假单胞菌脂肪酶、磷脂酶、纤维素酶、蛋白酶或水解酶等。