[发明专利]一种用于生产肌醇的固定化多酶体系以及生产肌醇的方法

说明书

本发明涉及一种用于生产肌醇的固定化多酶体系，其由多孔多巴胺微球与用于生产肌醇的多酶混合物均匀混合而成。本发明将淀粉转化为肌醇的酶法催化路径中的全部4个酶采用多孔微球同时进行固定化从而获得固定化多酶体系，利用该固定化多酶体系催化淀粉转化为肌醇，可以实现酶的可回收利用，从而大大降低了肌醇制备所需投入的酶用量，减少了生产成本。

技术领域

本发明涉及肌醇的生产领域，具体涉及一种用于生产肌醇的固定化多酶体系以及利用该固定化多酶将淀粉或其衍生物转化为肌醇的制备方法。

背景技术

肌醇又名环已六醇，是水溶性维生素B族中的一种。肌醇是人、动物与微生物生长的必需物质，广泛应用于医药、食品、饲料等行业。目前全球的需求量大概在每年10000吨左右，由于目前肌醇的高售价，使得肌醇的市场前景还未得到充分的开发，例如2013年全球饲料产量为9.6亿吨，如果都加入0.2-0.5％的肌醇，那么饲料工业所需肌醇的产量应该达到每年190-480万吨。在这种情况下，目前中国国内，甚至全世界的产量都远远不能满足需求，目前肌醇的生产主要还是传统的高温加压水解植酸(六磷酸肌醇)，然后利用离子交换方法等去掉植酸水解产生的磷酸盐等。该工艺设备材质要求严格，由于离子交换树脂需要定期再生而造成大量的酸性或者碱性溶液排放进入环境，同时排出大量的磷酸盐，环境污染严重。

专利文献CN106148425A针对肌醇制备提供了一种肌醇的酶催化转化方法，通过体外多酶催化淀粉以及淀粉衍生物生产肌醇，该方法原料转化率高，肌醇产率高，步骤简捷，对环境影响小，可实现肌醇的规模化生产。但是该方法中多个酶分子需要经过繁琐的提取和纯化才能得到，代价较昂贵；而且这些水溶性酶分子在催化结束后较难回收，造成浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生产肌醇的固定化多酶体系，其将肌醇酶法催化转化的多酶采用多孔微球进行固定化，获得固定化多酶，并利用该固定化多酶催化生产肌醇，可以实现酶的可回收利用，从而大大降低了肌醇制备所需投入的酶用量，减少了生产成本。

具体而言，本发明提供了一种用于生产肌醇的固定化多酶体系，其是由多孔多巴胺微球与用于生产肌醇的多酶混合物均匀混合而成。

本发明采用多孔多巴胺微球做为多酶固定化载体。从固定化酶载体结构的角度出发，多孔的微球结构能够促进底物/产物的快速传递，赋予固定化多酶高的催化活性；从材料组分角度出发，多巴胺能够提供适宜的亲疏水性，赋予固定化多酶增强的稳定性；从酶的回用性出发，微球具有较大的粒径，可通过简单的离心进行固定化多酶的回收利用，降低多酶催化制备肌醇的酶使用量，从而降低生产成本。

所述多孔多巴胺微球可以采用包括如下步骤的方法制备而成：

(1)将碳酸钠水溶液迅速倒入氯化钙水溶液中进行搅拌反应，固液分离后，收集固体产物，即多孔碳酸钙微球；

(2)将所述多孔碳酸钙微球与多巴胺溶液混合反应，固液分离后，收集固体产物，即多巴胺-碳酸钙微球；

(3)将所述多巴胺-碳酸钙微球与乙二胺四乙酸混合反应去除碳酸钙，固液分离后，收集固体产物，即多孔多巴胺微球。

本发明对制备多孔多巴胺微球的方法进行优化，从而改进微球的结构、组成以及与酶的结合力，从而提高固定化多酶体系的催化和回收性能。

制备多孔多巴胺微球的步骤(1)中，原料的浓度以及搅拌速度决定了微球的基本结构和形态。本发明优选所述碳酸钠水溶液与氯化钙水溶液的浓度相等，更优选其浓度为0.1～1M；在实际操作时，优选将碳酸钠水溶液迅速倒入等体积的氯化钙水溶液中。步骤(1)中的搅拌速度对微球尺寸、形态、均匀性等有实质性影响，从而影响了固定化多酶的催化效果，本发明优选所述搅拌的速度为700～1500rpm，更优选为700～1000rpm。